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新能源车电池未来4个点

特普生科技 特普生科技 2023-03-22 13 405

全球电动汽车销量在 2022 年保持强劲势头。但要确保未来增长,就需要加大力度实现电池制造和关键矿物供应的多元化,以降低瓶颈和价格上涨的风险。英国TOP20强管理咨询公司Vendigital 的董事和汽车行业专家Dominic Tribe 在此为我们探索各种电池方法的优缺点。

电池化学和相关技术正在协助塑造未来的全球电动汽车 (EV) 市场,技术创新者和原始设备制造商共同努力寻找更可行和可持续的解决方案。但它们是否会来得足够快,以满足消费者在实现净零排放的道路上的需求?

根据国际能源署 2022 年 5 月发布的最新数据,全球电动汽车市场正在快速增长,包括纯电动和插电式混合动力车型在内的电动汽车销量在 2021 年达到 660 万辆。该报告还证实,尽管供应链严重中断,但电动汽车的销量在 2022 年度继续强劲增长。到 2021 年底,全球道路上的电动汽车总数已达到 1650 万辆,是 2018 年的三倍多。

数据还显示,一些国家对电动汽车的需求增长速度快于其他国家,这主要受政府政策的推动,并得到补贴和激励措施的支持。以中国为例,2021年电动汽车销量达到330万辆,约占全球总量的一半。欧洲和美国的电动汽车销量也同比强劲增长。

在推动寻找更多不含锂和钴的电池生产材料的过程中,技术创新正在加快步伐。虽然燃油车向电动汽车的转变肯定会发生,但 2022年全球售出的新车中只有大约十分之一是纯电动或插电式混合动力汽车。里程焦虑仍然是许多驾车者关注的问题,但电池电动汽车的成本也是更广泛采用的主要障碍。BEV 目前的成本比同等的内燃机 (ICE) 车辆高出约 20% 至 50%。这种价格差异的很大一部分是由于与现代电池生产相关的成本。例如,近期对钴和锂等濒危资源的需求增加导致价格大幅上涨,而将重型电池运送到生产线的相关成本自疫情开始以来也大幅增加。

推动无钴

汽车制造商和电池技术创新者正在合作寻找提高电池性能和降低生产成本的方法。他们的大部分研发工作都集中在优化能量密度和延长电动汽车电池的使用寿命,这有助于降低总拥有成本。更多地了解驾驶员行为也可能有助于提高能量密度,创新者正在探索更好地热管理电池单元或改变整体车辆设计的方法,以便从车载电池中获得更多收益。

为了更好地控制电池生产并减少全球供应短缺的影响,特斯拉投资了一个工厂来制造自己的电池,目前正在为其 Model 3 和 Model 生产无钴锂离子磷酸盐 (LFP) 电池Y 范围。尽管与其他锂技术相比,LFP 电池的能量密度略有降低,但 LFP 电池的使用寿命更长,而且重量轻,可能更安全且易于使用。由于它们不含钴——一种主要来自刚果民主共和国矿山的有限资源——它们通常更具可持续性,而且它们的生产不易受成本波动和供应中断的影响。

在为电池生产寻找更多不含锂和钴的材料的过程中,技术创新正在加快步伐,目前正在试验许多其他替代化学物质,包括钠离子、镁离子和锌离子,以命名很少。每种化学反应都有明显的优点和缺点。例如,钠离子电池与锂离子电池相似,这使得它们更容易转换,因为它们与当前的制造方法兼容。然而,钠离子的重量是锂离子的三倍,电池电压较低,因此功率也较低。由于开发钠离子电池的创新活动仍处于实验室阶段,它们可能需要很多年才能为大规模市场生产做好准备。

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每种电池化学成分都有其优缺点

目前正在探索的其他替代电池化学物质包括镁离子电池,它比锂离子电池具有更高的稳定性。镁可用于阴极和阳极应用——镁离子用于阴极,镁金属用于阳极。镁也更丰富,并且可能不太容易因树枝状晶体生长而降解。不利的一面是,当金属镁阳极与常用的溶剂和阴离子发生反应时,会形成一层不溶性盐的钝化层,从而可能影响电池的性能。这项技术也处于非常早期的阶段。

由于新兴的电池化学技术还有一段路要走,汽车制造商一直将注意力集中在以其他方式推动改进,以充分利用迅速扩大的全球电动汽车市场。例如,中国电动汽车制造商蔚来开发了一种混合电池组,其中包含 LFP 和镍/钴/锰 (NCM) 化学物质。尽管该电池组实际上只是现有电池技术的融合,但性能数据令人印象深刻,以与之前的 70kWh 电池相同的价格提供 75kWh 的容量,续航里程增加了几个百分点。

近岸外包优势

在很大程度上取决于单个汽车制造商通过增强电池性能使其车辆脱颖而出的能力的时代,许多汽车制造商都在寻求缩短供应链,以便更紧密地控制生产流程。这使得获得足够的国内电池生产能力变得越来越重要。

英国政府决定向 BritishVolt 投资 1 亿英镑(1.23 亿美元),用于在英格兰东北部开发新的电池超级工厂,预计这将使国内产量超过 30GWh。然而,这仍远低于到 2030 年满足英国电动汽车需求预测水平所需的 90GWh 产能。捷豹路虎最近宣布,其下一代电动汽车的生产将转移到斯洛伐克,因为英国没有表现出能够满足其电池要求的迹象。

虽然英国的一些电动汽车制造商可能希望通过收购自己的电池生产设施来追随特斯拉的脚步,但这不一定是最明智的选择。从 BritishVolt 购买定制电池不仅更容易、更快捷,还有助于限制 OEM 在动荡的市场中面临成本上升和供应链中断的风险。BritishVolt 在获取技术知识以帮助推动下一代电池开发方面的持续投资也意味着原始设备制造商不太可能犯投资错误。

新的单元格格式

目前,汽车制造商尚未就哪种电池形式最适合车辆应用达成明确共识。圆柱形电池因其可扩展性和坚硬的外壳而受到特斯拉和 Rivian 的青睐,这意味着它们在制造过程和运输过程中可能更安全且易于处理。特斯拉还认为软包电池存在过高的热失控风险。然而,软包电池目前构成了大多数 EV 电池形式。它们被包括通用汽车、戴姆勒和吉利在内的汽车制造商广泛使用,并提供更好的车辆包装解决方案和易于电池组化成。棱柱形电池也占有一席之地,目前已被大众使用。一些中国汽车制造商正在选择更新的棱柱形式,例如比亚迪的刀片电池,比传统的棱柱形电池更长更薄。由于其较高的放热起始温度,该电池具有更好的散热性能和更低的热失控风险。

对于哪种电池形式最适合车辆应用,汽车制造商尚未达成明确共识,除了批量生产软包电池外,SK Innovation 的子公司 SK On 还证实,它正在为包括福特、大众、宝马和梅赛德斯-奔驰在内的全球汽车制造商开发各种方形电池。虽然现在还处于早期阶段,但方形电池可以提供额外的保护,防止外部冲击,因为它们采用铝制外壳。

随着电动汽车市场的不断发展,将有更多的合作机会来优化电池性能。迄今为止出现的大多数电池化学初期都使用了替代阴极材料,但专注于发现新阳极和电解质材料的研发活动可能同样富有成效。例如,人们对锂固态电池越来越感兴趣,它可以显着提高能量密度,同时解决与液体电解质相关的一些问题,例如泄漏和腐蚀。

在电池创新方面有如此多的潜在路线图,原始设备制造商有机会尽早合作,以期在改变游戏规则的技术进步中占有一席之地。他们成功的关键在于灵活性,并且在涉及他们的投资策略时,避免在一个篮子里放太多鸡蛋。电池温控方面的厂家也可尽早开展合作与研发,为新能源电动汽车热管理的未来电池在寿命和性能之间取得良好的平衡而做出贡献。

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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