动力电池期盼奇点时刻:石墨烯刀片无钴电池三大技术路线同迎突破

2020-05-14来源: AutoR智驾关键字:动力电池  石墨烯  刀片  无钴电池

人说,电池已经到达瓶颈,电动车频繁自燃即是证明,下一步应该在更大的范围普及充电桩,但也有人说,电池技术即将突破,电动汽车未来的使用场景与燃油车无异。汽车的电动时代,安全高容量电池是一个绕不过的坎,也是电动汽车能否真正替代燃油车的核心,在电池技术到达天花板之时也可能意味着新技术的爆发奇点时刻不再遥远。


连日来,动力电池领域新闻不断。


这些声音既牵动着消费者,也影响着资本市场。


5月13日,广汽集团旗下的广汽新能源对外宣布:今年底,石墨烯电池量产研发工作将终于从实验室走向实车,广汽新能源埃安车型将搭载相关技术成果。



“基于广汽三维结构石墨烯(3DG)材料而研发的“超级快充电池” 已经完成电芯、模组、电池包样件的测试工作,并搭载整车进行了装车大功率充电测试,电池寿命和安全性均已达到使用标准。


据测试,“超级快充电池”仅需8分钟就可以将电池充电至85%,充电时间与传统燃油车的加油时间相当。”


5月11日,宁德时代举行了2019年度业绩网上说明会。并在说明会中表示无钴电池技术研发顺利,这意味着电池成本将进一步降低。


4月16日,特斯拉(Tesla)最新发布的一项新专利表明,其寿命达100万英里的电池又得到了进一步发展。


该项专利描述了一种新型电池锂化过程,能够提高电池质量、延长电池寿命,甚至可以节省成本,而这份专利的名称为“镍钴铝电极合成方法”(Method for Synthesizing Nickel-Cobalt-Aluminum Electrodes)。



3月29日,比亚迪正式推出刀片电池,在发布会上展示了电池最为惧怕的针刺测试,并宣称刀片电池具备的的高安全、长续航、长寿命等特点,将把动力电池的发展路线重新拉回到以安全为本的正确道路上。(详见:《刀片电池:新能源领域的一大步,王传福的一小步》)


四家新能源企业在今年上半年前后发布了三种完全不同路线的电池新技术,而新技术要解决的问题也恰恰说明了目前新能源的困境——


充电慢,


寿命短,


不安全,


成本高。


而以广汽新源和特斯拉、比亚迪和宁德时代所宣称推进的电池技术正好完美地解决了上述四大缺陷。(《这是我听到的最直接最触目惊心的电动车电池安全讲解,但这并不意味着电动车没有未来》)


动力电池的奇点时刻真的即将到来吗?


石墨烯的商用前景仍然不明


2010年,石墨烯的发现者荣获了诺贝尔物理学奖。


石墨烯从此成为显学。


2017年,国家工信部制定《十三五材料领域科技创新专项规划》,将石墨烯材料技术划为重点发展领域。



不可否认“石墨烯”这个名词正在以越来越多的频次出现在我们的生活中,因具备超轻、超高强度、超强导电性等特性,被认为是提高电池充电速度、推动动力电池技术进步的重要技术。


近年来,越来越多企业加入石墨烯电池研发制造阵营, 但一直都是只闻其“声”,未见其“物”。


并且越值得期待的产品,越容易被炒作为石墨烯的技术落地,在严格意义上,我们今天能买到的消费品,对于石墨烯的应用依然为0。


2014年据Tesla创始人兼首席执行官Elon Musk表示,特斯拉准备将Model S、即将面世的Model X跨界车以及平价电动车型Model 3的性能再度升级。“我们汽车的续航里程将有可能突破500英里”。彼时他在接受英国汽车周刊《Auto Express》的采访时如此表述。



然而,Musk并没有透露这个计划的细节,但是根据众多媒体的报道,用石墨烯制造的“超级电池”有可能是特斯拉实现该计划的关键。如果认真查找几个国外相关报道,但是无一例外地都说消息源自中国媒体报道。



而最近的炒作也包含了华为的P40将会搭载石墨烯电池,然而至今并没有实现。


事实上,国际锂电学术界和产业界并没有“石墨烯电池”这个提法。维基百科里也没有发现“graphene battery”或者“graphene Li-ion battery”这两个词条的解释。



目前,几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料,在负极性能相似的情况下,锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料,所以现在锂离子电池也有按照正极来称呼的习惯,比如,磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元电池等。


因此石墨烯在电池中的应用有可能是正极也有可能是负极,而由于石墨烯成本是以往材料的几千倍,并不会有厂商把一个电极的材料全换成石墨烯,所以基本就不存在石墨烯电池,只存在“掺/用了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池等”。


由于广汽新能源并没有公布技术细节,广汽新能源埃安车型将搭载的“超级快充电池”中,究竟石墨烯是以主材料还是以添加剂的身份出现仍然是迷。



目前商业中的知名案例,仅有三星宣布开发出石墨烯电池,但有评论指出三星的方法和原料就决定了这不可能是个工业化的方案。


此外石墨烯的最大问题是成本和工艺,再加上手机电池和汽车动力电池仍有体量难度差异,目前学术上仍没有成熟的解决方案。



因此广汽新能源的“超级快充电池”不免让人生疑,厂商拿出一台试验车或者手机宣称充电速度极快并没有难度,石墨烯真正的难度在于成本和可靠的商业化技术突破。


而根据现有条件,石墨烯的产业化前景依然渺茫。


快充和安全是一对矛盾,解决了这一问题的企业完全可以不用再生产汽车而只需专注于电池本身即可成为当今汽车行业的关键先生。


我们不拒绝想象力,但残酷的真相比虚假的噱头更有意义。


刀片电池专利挂着王传福的名字,大概率靠谱


一个多月前,3月29日,比亚迪集团董事长兼总裁王传福在发布会上表示:“‘刀片电池’将把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”


对于比亚迪来说,新能源汽车的安全一直被视为最高级别,至今一直保持着新能源车电池安全零事故。多年来,比亚迪也一直致力于电池安全方面的创新,希望彻底解决新能源汽车安全痛点,引领全球动力电池技术路线重回正道。



在发布会的针刺实验中,三元锂电池,在针刺瞬间表面温度迅速超过500℃并开始剧烈燃烧,稳定性更高的传统磷酸铁锂块状电池,针刺之后无明火、有烟,表面温度达到200℃~400℃,而比亚迪的“刀片电池”,在针刺后无明火、无烟,电池表面温度维持30℃-60℃左右。


目前国标《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》仍然在征求意见阶段,现在仍作为可选项目由企业选择性执行,其中很大一部分原因是目前大多数三元锂电池无法通过测试。



从成本的角度考虑,比亚迪在原有的基础上,比亚迪在电池尺寸上面做了更改,呈现“扁平”和“长条”形状,此外的技术细节比亚迪也没有过多公布。


但结论可以总结为三条:


1、刀片电池的体积能量密度提升;


2、刀片电池整体成本下降;


3、刀片电池具有非常高的安全性;


此外,比亚迪也宣称刀片电池已经量产并且将搭载在下个月上市的“汉”车型中。


而企业的重视程度也可以作为判断靠谱程度的重要依据。


由于很快要量产,比亚迪也需要在知识产权方面让它得到保护,而一般作为企业核心竞争力的专利都会写上企业领导的名字。



我们从公开资料可以看见的信息是关于比亚迪刀片电池的核心专利上写着比亚迪创始人王传福的名字。


在逐渐进入夏天的阶段,中国再次发生多起电动汽车自燃事件,比亚迪从发布技术,很快量产,高度保密的做法,以解决电动车自燃问题为突破口,让一度不被看好的认为走错路线的比亚迪动力电池重回聚光灯下。



但安全和电池密度容量一直是一对矛盾,刀片电池是否已经解决了这一矛盾,在“汉”上市之后相信消费者的评价会是客观的。


慢慢开始自研电池之路的特斯拉


特斯拉目前的电池供应商为松下和宁德时代,但特斯拉意图自研电池的脚步一直没有停止,大概率的原因可能是当前市场上即便目前最优秀的电池仍不能让马斯克满意。


目前有报道称特斯拉发布了一项最新电池技术的专利,这一专利相对更加务实,是在以往的基础上改进而来。



特斯拉宣称以前的电池加热方法有时会导致名为锂基板 Li5AIO4 的杂质形成,而降低电池中的锂含量。


虽然可以减少污染,但也会使电池的性能变差。


为了解决上述问题,特斯拉提出了“合成镍钴铝电极的方法”。


如专利中所述,电池将被加热到足以使单晶生长的温度。


锂与其他金属的比例经过修改后,将有限限制第一次加热过程中杂质的形成。锂将在低于第一个加热周期的温度下进行第二次加热。


参与该专利的研究人员指出,该工艺有助于开发出无杂质的单晶 NCA,使电池可以达到 4000 多次充电周期。


特斯拉在专利中写道,在电池中使用 NCA 电极将使单晶材料无杂质地呈现出来,污染物的减少可能会延长电池的整体寿命,这将帮助特斯拉为其汽车生产续航可达 100 万英里电池的道路上迈出一大步。



事实上特斯拉的电池一直处于改进的状态,多年来,公司用于车辆和能量存储系统的电池变得更加高能量密度。借助千兆工厂等设施实现的规模经济

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关键字:动力电池  石墨烯  刀片  无钴电池 编辑:鲁迪 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qcdz/ic497120.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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