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技术追不上需求,2021动力电池技术有了哪些突破?

路咖汽车 2022-02-07 11:14 发文

首款无钴电池下线、钠离子电池和4860电池早已箭在弦上,除了这些,2021年在动力电池领域还有哪些技术突破?

众所周知,被誉为新能源汽车“心脏”的动力电池,技术上的任何突破,都会对电动汽车性能产生影响。关于这一点,相信每一位汽车行业从业者以及消费者都知道。但是在全球新能源汽车市场飞速发展的大趋势下,电池技术的进化、更新速度,似乎有些跟不上市场步伐了。于是乎,全球各大汽车厂商、电池企业,甚至科研团队等等,都在通过自己的方式寻求动力电池技术上的突破甚至变革。那么在刚刚过去的2021年,动力电池技术有了哪些方面的突破呢?

首款无钴电池下线,电动车惧怕寒冬将成过去?

在电动汽车领域,现在动力电池面临的最大考验便是续航问题,这种情况在北方寒冷极端天气下会更为明显,电池活性降低,续航能力会大打折扣。于是,几乎所有车企都希望在续航里程方面寻求突破。

经过了五年的技术攻关,广汽埃安率先研发出了海绵硅负极片电池技术,这项技术能将锂离子电池单体电芯体积减小20%,重量减轻14%。在提升电池能量密度的同时,又能降低电池的重量。更重要的是,搭载使用海绵硅负极片电池技术的动力电池,已经在广汽埃安新推出的AION LX Plus车型上实现了搭载,CLTC工况续航更是达到了1008公里。而这个成绩也让它成为首款得到工信部“认证”的纯电续航超1000KM的车型。

同样完成新技术落地的还有长城汽车旗下的蜂巢能源,它在2021年7月16日宣布,全球首款无钴电池正式批量生产,并且应用于长城欧拉的樱桃猫车型上,相信未来也会逐步搭载到长城旗下更多新能源车型上。根据蜂巢能源方面介绍,这次批量生产的无钴电池的能量密度达到240Wh/kg,容量为115Ah-MEB,能量密度非常高,要知道业界目前三元锂电池电池包的能量密度处在160-190Wh/kg的水平。如此高密度的动力电池搭载,也意味着纯电汽车将会有更长的续航里程,即便寒冬有续航衰减,也不会有太大影响。

当然,电池技术是否先进不仅要看能量密度,还要看它的成本以及安全性,在这方面这款无钴电池电芯的寿命比同级高镍三元电池长,电芯循环寿命超过3000次,能够轻松通过150℃的热箱测试和140%SOC的过充测试,并通过了GB/IEC62660/UL2580等多项标准认证。

钠离子电池箭在弦上,更便宜的电车要来了?

2021年动力电池发展依旧迅速,有已经落地的新技术电池,也有即将下线、箭已经在弦上的全新动力电池。其中,此前马斯克发布的全新产品——4680电池也有了新进展。在此前报道中,特斯拉在社交媒体上公布了4680的新型电池及其生产线视频,并称这一生产线将用于美国得克萨斯州和柏林的超级工厂,而这也进一步说明4680电池即将下线。

相较于当前使用的21700电池,特斯拉的4680电池采用了激光雕刻无极耳技术制作,能量增加了5倍、电力容量提升6倍。应用到特斯拉汽车后,可使得续航里程提高16%、每千瓦时成本降低14%。另外,4680电池还有较高能量密度优势,由于4680圆柱电池与硅基负极的匹配性高,因此硅基负极的比容量高于石墨负极,所以更容易使单位体积的电池带电量更多,从而提升车辆的续航里程。不过由于生产成本较高,未来4680电池或许只会是豪华电动车的主流电池之一。

2021年,另一个动力电池重磅消息就是电池界“巨头”——宁德时代正式发布了第一代钠离子电池产品,根据此前我们的了解,此次展示的钠离子电池的电芯单体能量密度达到160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可以达到80%;-20°C低温的环境下,可保持90%以上电池效能等特点。更重要的是,钠离子电池的生产成本相对较低,并且钠元素的获取要比锂元素更加容易,因此无论从扩大产能规模,还是降低车辆成本,都有积极意义。

当然,钠离子电池劣势也非常明显,对比锂离子电池,钠离子能量密度相对更低,当前钠离子电池电芯单体能量密度普遍值是120Wh/kg,比三元锂电池的240Wh/kg和磷酸铁锂电池180Wh/kg要低很多。与此同时,钠离子电池充放次数很少,普遍循环次数最高只有1500次,和磷酸铁锂电池的6000次和三元锂电池的3000次相比,几乎不在一个数量级。

应对这些劣势,宁德时代推出了“AB电池解决方案”,具体是将钠离子电池和锂离子电池同时整合在同一套电池系统内,然后再重新排列,构成混搭、串联、并联、集成,后续通过BMS对不同电池进行均衡控制,看起来有些复杂。不过经过一系列的研发后,宁德时代已经有了突破,宣称下一代钠离子电池能量密度将突破200Wh/kg,至于何时会落地,何时首款车型能够搭载钠离子电池,可能还需要一段时间。

双极电池/锂硫电池/锂金属电池,PPT电池哪家强?

在动力电池这个全新跑道上,全球各大企业都在注入大量人力、财力对其研究,而在海外市场动力电池也有不小的突破,但和我们不一样的是,这些技术突破一些还只停留在实验室初级阶段。例如2021年,德国的蒂森克虏伯公司和戴姆勒公司正在开发基于锂离子技术的电动汽车双极电池,该电池项目称为EMBATT-goes-FAB,据称经过优化的电池可以使电动汽车达到1000公里的最大续航里程,能有效解决当前续航焦虑问题,以及电池寿命不足的问题。

我们熟知的梅赛德斯也在动力电池方面进行着尝试,但它的研发方式不同,在概念车梅赛德斯EQXX 上,它只是重新设计了电池包,使其在更小的空间内拥有比量产车多一倍以上的电力,这有些像乐高积木的组合方式。好处是在单个电芯出现故障时,只需拉出其中一个模组,就能轻松更换。

而在美国密歇根大学的实验室内,研究人员声称已经更新了一项相关技术,即锂硫电池。主要原因是锂硫电池可以储存更多的能量,但由于它的充放电循环次数有限,所以无法更好工作。研究人员想出的办法是使用从凯夫拉尔(制造防弹背心的材料)中回收的芳纶纳米纤维,如此一来,不仅能够提高充放电的循环次数,还可以让锂硫电池续航能力提高五倍,并且还能拥有极端环境下正常使用的能力。只不过离开时实验室后,这项电池在实际环境中的循环寿命,可能会因为快速充电而缩短,大约只有十年的寿命。

值得一提的是,在MIT Technology Review 2021发布的“全球十大突破性技术”之中,硅谷初创公司 QuantumScape开发出全新的锂金属电池成功入围并获奖,引发了行业热议。主要原因是,锂金属电池采用的固体电解质(陶瓷),克服了传统锂离子电池存在的这些缺陷,能够轻松突破之前传统锂离子电池的能量密度上限,可以超过400 Wh/kg,相比现在锂离子电池提升30%以上。毫无疑问,如果这项技术最终能够被应用到汽车领域,电动汽车就能拥有更长的续航里程。不过,不少人对于锂金属电池依旧有着担忧,因为在有机电解液中,锂金属负极不均匀锂沉积引起安全隐患,所以金属锂电池始终没能得到应用,至于这一次的突破会不会在商业化上有作为,还有一大段路要走。

总结

2021年,汽车行业遭遇了不小的打击,疫情的反复、芯片危机、原材料上涨等等,一系列困难接踵而至。但是新能源汽车市场依旧发展迅猛,动力电池上的技术创新也一直在持续,包括国内首款续航超1000km的量产车上市,全球首款无钴电池正式批量生产等等。更重要的是,我国作为新能源汽车动力电池装机量最大的市场之一,未来的需求会更加旺盛,而这势必会成为动力电池技术提升的催化剂,相比国外也更容易率先诞生一些新技术,所以2022年的新能源市场,也更值得我们期待。

作者丨李元东

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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