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动力电池新革命将至:全固态、超充与V2G

时间: 2024-03-27 11:47:02 |   作者: 烟气分析仪

2023年,中国新能源汽车既有产销两旺,连续9年蝉联全球第一的成绩,也有愈演愈烈的价格战。持续至

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  2023年,中国新能源汽车既有产销两旺,连续9年蝉联全球第一的成绩,也有愈演愈烈的价格战。持续至今的价格战,挑动着汽车行业的神经,包括刺激着动力电池产业的发展,材料创新、技术创新和生态创新。

  中国汽车动力电池产业创新联盟多个方面数据显示,2023年,我国动力和其他电池合计累计产量为778.1GWh,累计同比增长42.5%;累计销量为729.7GWh,其中动力电池占比84.5%,累计同比增长32.4%;累计出口达152.6GWh,占累计销量的20.9%,其中动力电池占比83.5%,累计同比增长87.1%。

  3月17日,中国电动汽车百人会论坛(2024)动力电池论坛、汽车与能源融合发展论坛先后展开,相关专家、企业高管就动力电池产业高质量发展方向、挑战机遇等提出自己的见解。

  在2023年,世界前十名排名的动力电池企业里面,有六家是中国的电池企业,特别是宁德时代和比亚迪这样世界级的电池企业。一段时间以来,不少企业相继公布全固态电池的时间节点,并将全固态电池技术重点突破。

  中国科学院院士孙世刚在分析电动交通对动力电池的需求时指出,无论是哪类电池,面临的是提高它的单位体积内的包含的能量、功率密度、安全性、极端环境适应、低成本,是全方位的。

  为什么是电动交通下一代动力电池发展的重要方向?固态电池的安全性好,单位体积内的包含的能量高。

  “当下高能固态电池面临挑战大多数来源于两方面,如何逐步提升固态电解质的离子电导率、与锂金属和高比能电极材料的匹配性,和构筑相对来说比较稳定的固固界面。”

  孙世刚院士指出,已发展的各种提升固态电解质的性能的策略并取得重要进展,但还需要加大力度推进固态电池产业化发展。不光是在应用方面,在源头的技术探讨研究更重要,我们大家可以从源头上设计更好的电解质,做出性能更好的电池。

  中国电子科技集团第十八研究所研究员肖成伟解释道:“第一,通过用固态电解质替代有机电解液,可明显提高锂电池的安全性。第二,基于固态电解质的高稳定性,有利于兼容更高电压的正极材料以及更高比容量的含锂负极材料,可逐步提升锂电池的能量密度。”

  “全固态电池是下一个竞争的热点,像日本、欧盟、美国、韩国和中国都纷纷发布了相应的规划” ,肖成伟指出,在共性产业化技术方面,中国还是采用产学研用创新联合体的形式来进行一定的支持,而前瞻性的研发技术主要是以高校和科研院所为主。

  他预测,理想情形下,全固态电池产业高质量发展趋势,在2027年要做到400Wh/kg,1000次的循环,2C的倍率性能,实现百辆到千辆级别的示范运营。根据运营的情况,做一些技术的迭代提升,包括整车设计的改进。2030年左右实现全固态电池和搭载车辆的小规模量产,2035年左右实现全固态电池大规模量产,并实现普遍的使用。在这个基础上,500-700Wh/kg全固态电池的研究工作也要跟进,在400Wh/kg的基础上随着一些新的技术做相应的应用。”

  汽车行业激烈的价格战,加速了主机厂的淘汰赛,同时这股浪潮也吹向了动力电池企业。惠州亿纬锂能股份有限公司董事长刘金成谈到,希望每个车厂都能够很好地发展,因为车厂是电池行业的客户。

  “不管哪个路径,2023年行业里面的数据,有一个清楚的逻辑,动力电池领域里面两强的格局是非常显著的,除了市场占有率以外,更重要的是他们赚钱了。”刘金成认为,动力电池领域正因为进入两强格局,所以进入到理性良性发展的新阶段。

  从刘金成整理的数据分析来看,2023年,宁德时代和比亚迪的市场占比分别为43.11%、27.21%。在他看来,动力电池领域,没人能卷过前面两个老大——宁德时代、比亚迪,所以二线企业要回归到这个行业最本质、最基本的能力,提升技术和质量水平,杀价格战是没有前途的。

  刘金成给出了两个理由,首先,未来技术迭代,到2027年产业化,但重点是能否生存到2027年。其次,资金能否支撑到新技术到来之时。

  随后,他还提到战略问题。这是因为:“电池行业特别是动力电池行业不再是一个小买卖,都是重资产投资,动辄上百亿、几百亿的投资,如果战略误判踩错了技术方向,你再掉头调整难度是很大的。”

  超快充技术已快速展开来,提高新能源车的补能效率,也就是大家经常谈道的“加电比加油更快”。尽管如此,并不是所有的动力电池都能满足超快充,而超快充电池处于发展阶段,有安全性、技术性,以及接口等问题,这时候超充标准的完善显得很重要。

  欣旺达动力科技股份有限公司研发副总裁李阳兴表示,2023、2024年,汽车电动的产业化真正竞争的是超充。今年也是超充标准落地的元年,未来大功率的充电桩成为公共充电桩的主要建设主体。

  行业端和消费的人端对超充都是有需求的。李阳兴指出,行业端,有效地破解新能源车的充电焦虑,只有更多标配超充的新能源车,充电行业才能良性发展,也将反哺新能源车的销售。消费者端,也需要超充提升用车的体验,用户正在从追求“长续航”转向“适度续航+超级快充”的转变。

  超充电池设计面临两个极限挑战。第一,极限的锂离子电池的动力学过程,如果移动不好,会造成很多安全问题,造成锂的积累。第二,锂离子电池产热和散热问题。

  当然,欣旺达更为关注产品的质量。李阳兴表示,闪充电池的关键技术来自材料创新体系、工艺创新体系、结构创新体系和高安全体系。

  此外,电网超充会给电网带来涌流和谐波的问题,对电网的稳定性有相当的挑战。李阳兴指出,超充电池、超充车更加普及需要超充网络的建设,也有必要进行光储充一体化的建设。

  百人会(2024)上,广州巨湾技研有限公司董事长兼CTO黄向东,围绕超快充技术及产品加速推广应用提出了有关问题与建议。

  他从电池和生态两个方面提出问题。在电池角度,由于行业内卷的加剧,大家确实拼了命降价,哪怕不挣钱也要占领一定的市场占有率,市场上一部分号称快充型的产品是虚标参数和牺牲比能量的,寿命与性能指标也是不达要求的。快充电池目前缺乏认证方面的手段。

  在生态方面,极快充电基础设施是不够的,总量不够多,导致车企被迫入局来构建超充网络,各自为战,不能互用,不能相互连通,导致资源的浪费。

  第一,在生产和应用端要严格遵循《节能与新能源汽车技术路线》的汽车动力电池、蓄电池技术路线图的总体目标。在现在锂离子电池有一定产能过剩的情况下,我们该不要盲目地扩张,鼓励发展新质生产力,而不是让落后产能盲目扩张。

  第二,生态端(充电端),必须加快大功率充电设施基础设施建设的速度,消除人造的围墙和孤岛,实现相互连通,以利于超快充车型消费,来提升电动汽车保有量的占比。

  第三,消费端,延长和优化新能源汽车车辆购置税减免等政策中,增设面向超快/极快充电车型的倾斜条款。

  不管是锂离子还是钠离子电池,不管是液态、固液态,还是全固态电池,随着新能源车的发展,超充技术的普及,电网将不可避免承载慢慢的变大的压力,此时换电站化身储能站,与电网形成V2G双向充电,为电网增加可调节性。

  能源结构的变化,风光已经是大势所趋,然而风电和光伏固有的波动性,包括间歇性和随机性,无法全面取代火电。

  奥动新能源汽车科技有限公司副总裁于新瑞表示,我们就需要利用从电网侧消纳这些波动的风光电力,平滑风光电力输出,储能应当是清洁的调节资源。

  于新瑞认为,储能是新兴电力系统的支柱,从换电角度来讲,是打通车和网之间的桥梁。火电在今天的电网中有两项不可或缺的功能,其一是功率调节,对应我们说的调频,其二是能量调节,对应我们讲的调峰。

  奥动新能源的总体思路是让换电站成为可变容量的储能站。其中,双向充电的PCS提供硬件基础;车网互动的系统作为信息化系统,将分散的换电站与电网连接起来。

  于新瑞表示:“在高效的给海量新能源汽车补能的基础上,通过我们的技术创新,成功让换电站成为可变容量的储能站,也就具备了和普通换电站不一样的,从调峰到调频,到备用电源,到碳资产等这些价值。”

  由此以来,奥动新能源把原先相对独立的能源行业和电动车行业连接起来,通过创新形成减碳的新业态。

  蔚来能源在充换电网络上的建设更为消费者所认知。百人会(2024)上,蔚来能源规划负责人何旭分享了蔚来在车网融合互动方面的进展。何旭表示:“随着中国双碳战略指引,我们在发电侧新能源的发电占比慢慢的变大,它需要的调节能力也慢慢变得强,我们大家都认为随着新能源汽车的持续不断的增加,具备潜在的调节能力跟电网所需增加的调节能力是相当的,这就给咱们提供了一个车网互动的基础。”

  他表示,微观层面上,电动汽车是一个时间不敏感的负荷。实际上电动汽车的充放电能够最终靠价格及政策的引导进行时间和空间上的调控。

  他提出,从全场景上看,在局域配电网表后有序的充电,双向V2G的放电,以及到区域大电网需求侧响应,调峰调频辅助服务,以及到电能量市场,我们大家都认为都存在着车网互动的广阔应用空间。

  2. 蔚来有大量的充换电基础设施,在服务车主的同时,也能用来聚合为电网提供可调节能力。

  3. 蔚来能源建立开始就进行了大量的车网互动的实践,在多方面有各领域的示范项目、技术积累。

  4. 从产品和技术积累上不管是V2G的双向模块,双向换电站,我们都有比较深厚的积累。

  5. 蔚来有成熟的线上线下社区,让我们调度用户的行为,对用户进行调度运营成为了可能性。

  汽车行业的内卷加速,花了钱的人新能源车续航及快速补能需求提升。在此背景下,动力电池技术提升已是箭在弦上。

  面对复杂的竞争环境,超充技术加快速度进行发展,进一步加快了动力电池的新革命。动力电池的密度一次次被拔升,有关技术不断迭代,动力电池从液态、固液态向全固态方向发展,除此以外还有钠离子电池发展。

  技术迭代的同时,动力电池企业是需要保证质量,技术和生态创新。在双碳大背景下,车-补能-电网三者之间的融合发展,将帮助新能源车的长足发展。

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