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动力电池四国大战

时间:2018-11-07 09:13来源:电动汽车观察家 作者:综合报道
点击: 次
       汽车快速电动化，使得动力电池成为大国竞争新战场。中国、美国、德国、日本四个全球科技创新大国，都在动力电池上发力，希望夺取下一代出行工具利润最丰厚的市场。
ABAA11现场
 
       近日，第十一届国际电动车用新型锂电池会议（ABAA11）在浙江湖州举行。ABAA是全球一流的动力电池会议，现任主席是美国阿贡国家实验室杰出学者和高级电池工程主管Khalil Amine。当天会议，开幕客套话过后，就是重头戏：中美德日四国代表上台介绍了动力电池研究的目标、机制和进展。
 
       先来看看四国的发言代表。
      这个阵容，发言应有足够代表性。
 
     中国：300wh/kg的2020目标接近实现
 
      欧阳明高在演讲中开宗明义，电动汽车的竞争，主要取决于电池。而竞争主要围绕电池成本和效率（cost-efficient）展开。
 
      中国2020动力电池研究目标，也由电动汽车的目标倒推而来。到2020年，A0级电动汽车能耗要达到10kwh/百公里；A0级电动汽车总成本，可以和燃油汽车竞争。
 
      在电池方面，无疑需要提升电池的性能，主要在于能量密度、电池寿命、成本控制、梯次利用和回收。同时，电池的安全管理能力也需要提升。
 
      欧阳明高介绍了在高比能量、低成本电池（300wh/kg，100$/kwh）研究上，目前中国的进展。
    中国动力电池路线图
 
       这就是他此前透露的、科技部新能源车重大专项动力电池专项研究。CATL、力神和国轩，采用高镍正极和硅碳负极。欧阳明高评价，一些性能已经接近应用要求，但安全性能还没有完全达到国标要求。
他举CATL的研究数据表明，能量密度达到304瓦时/公斤，循环寿命在25℃时可达1200次，在45℃时可达800次。
 
       至于2020年之后，欧阳明高透露，中国动力电池2025年能量密度目标400wh/kg，材料体系应该是富锂锰基正极+高比能硅碳负极；2030年，能量密度目标是500wh/kg，材料体系方面，正负极仍是富锂锰基正极+高比能硅碳负极，但是电解液将演变为固态电解液。
 
      美国：降钴或去钴着力降低成本
 
       David Howell介绍，美国能源部的研究着重于电池材料革新、电芯电化学优化、增强可持续性和降低成本。
 
       具体的战略目标是：到2022年9月，电池包的成本要降到150$/kwh（2018年是197$/kwh）。方法是：有效降低或者解脱电池对重要材料的依赖，比如说钴，以及回收利用动力电池材料。同时，他们也希望能够研发出15分钟充满的安全电池。
 
       在这样成本提升的过程当中，技术路线和各国差不都，从目前的石墨/高压镍钴锰，到硅/高压镍钴锰，最后过渡到锂金属电池或者锂硫电池——大约在2030年，电池包成本降到80$/kwh。
 
       降成本的最重要手段就是低钴或者无钴。低钴主要的技术路线是高镍811，寻求用锰、镍、钛来替代钴。去钴则是镍锰、铁锰、铝镍作为正极等方向。
 
       看起来美国的动力电池研究更追求降低成本，对性能提升不那么重视？
 
       也不是。
 
       David Howell还介绍了Battery500计划。2016年7月，当时的奥巴马政府宣布发起了Battery500计划，用五年、投资额5,000万美元，打造能量密度500wh/kg，循环寿命1000次的电芯。
 
       这一电池的技术路线是高比能锂离子正极（镍钴锰）和锂金属负极。2017年这一项目已经实现了309wh/kg，但循环次数只有275次；2018年，已经实现350wh/kg，循环次数150次。
    Battery500计划进展
 
       Battery500计划联合国家实验室、大学和产业界共同攻关。当时，IBM、特斯拉都参与其中。
 
      德国：动力电池要Made in German
 
       Herbert Zeisel介绍，德国对于动力电池研发也非常看重。该国把动力电池研究看做确保技术主权、加强创新能力的重要因素。
 
       德国还发起了电池研发的资助计划。在行动计划中，计划要简化研究成果向产业应用转化，以及实现电池“德国制造”（Made in German）。具体执行方面，这一计划将价值链上下游的参与者都串联起来，从上游的材料、到正极、负极、隔膜、电解质、电池制造商、电池包制造和主机厂。        

       HerbertZeisel认为，德国在电池整个价值链的诸多部分都都处在一个好位置。
    德国研究目标
 
       在电芯方面德国的目标是，2020年能量密度350wh/kg，循环次数1000次，成本90欧元/kwh，而2030年实现能量密度400wh/kg，循环次数2000次，成本75欧元/kwh。
 
       为了达成目标，电池研发的资助计划将继续支持锂离子技术、全固态电池和新概念电池。
 
      日本：着重电池包能量密度
 
       Hidetaka ishikoori所在的NEDO，是日本经济产业省（类似中国工信部）下属的研究开发机构，成立于1980年，是为了开发能够替代石油的新能源技术而设立的，研究内容也包括动力电池、氢燃料电池和氢能等方面。NEDO扮演的角色，是为政府的监管、标准等提供服务，同时推动产业化。
根据NEDO的技术路线图，在2025年之前，日本动力电池将是现在锂电池体系，此后电解质将进入全固态电池阶段，同时锂硫电池也会成为主流，而到2035年左右，会有其他电池出现，比如锂空气电池。
日本电池研究目标
 
       在具体的动力电池研究目标上，日本提出，在2020年实现250wh/kg能量密度的电池包（注意不是电芯），成本降到20000日元/kwh以下，循环次数1000-1500次。到2030年，电池包密度达到500wh/kg，成本降到10000日元/kwh以下，循环次数1000-1500次。
 
       目前的水平，Hidetaka ishikoori举了日产聆风为例，电池包能量密度还在133wh/kg。
 
       部分观点认为，日本不走纯电动路线，直奔氢燃料电池而去。但Hidetaka ishikoori发布的日本乘用车市场计划则显示，2020年日本希望插电式混合动力和纯电动能占据15-20%的市场，氢燃料电池车只有1%；2030年，插电式混合动力和纯电动能占据20-30%市场，氢燃料电池为3%。
日本乘用车市场目标
 
      总结：
 
       中国科学院院士孙世刚在回答我的问题时表示，从四个国家的代表演讲看，动力电池研究大的趋势是一致的，大家都注意能量密度提升、安全性更强、成本更低。技术路线也接近。各国有些细微差别，比如美国的目标是很现实的，比如价格有很明确的路线。
 
       确实，归纳四个国家的动力电池研究目标可见，各国的研究大同小异，而研究进展也没有那个国家特别突出的。在现有动力电池应用方面，中国的动力电池密度已经比较高，甚至略微激进，成本方面，应该是各国最低的，这也是中国大规模商业化应用的优势。
       从未来的研究方向看，动力电池的材料体系还会有多轮革新，甚至可能还会有目前不知道的新电池产生。那么，哪个国家可能从动力电池竞争当中脱颖而出？
 
       在ABAA会议间隙，我曾问各方这个问题。
 
       Khalil Amine没有直接回应，他说，中国目前在电动汽车的推广上领先全球，中国动力电池也较以往进步很快，但是美国、德国等国也在高级动力电池上投入很大。言下之意，目前还难下判断。
 
       David Howell的回答是，可能没有哪个国家会特别突出，因为各国的交流非常密切，在一个地方发明的新动力电池技术很快会被别的国家学去。具有全球视野、全球合作的企业更有机会。
 
       孙世刚评价，中国在动力电池产能方面是领先的，技术水平方面，中国在某些方面有领先，但整体水平，还称不上领先的地步。“我们还得大规模投入研发。特别现在的动力电池研发主要还在高校、研究所，如果转换到企业研发动力比较强的时候，我们就会往前跨得快一点。”
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 动力电池
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