动力电池:“反客为主”的2022

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4680电池

说到特斯拉的电池,作为一种典型的“破坏性技术”,4680电池正在挤占更多的原本是主流方壳动力电池的市场份额。

自2020年9月22日特斯拉的电池日上亮相以来,4680电池就充满争议。马斯克“狂推”4680电池,说这款自研电池能做到单体能量提高5倍、充放电功率提高6倍、续航里程提高16%。而且,优势在于成本更低、能量密度更大、充放电功率上限也更高。

而对特斯拉的4680电池,业内爱恨交加,但很多车企和电池企业跟进得很快。比如,我之前写过的江淮(思皓),还有,宝马、宁德时代、比亚迪。当时,江淮技术负责人还对我说过,对4680电池“结束油车时代”有着十足的信心。

2022年11月,作为宝马46950电池的量产供应商,亿纬锂能用生产线的开工仪式做了回答。而且,在“第六届动力电池应用国际峰会(CBIS2021)”上,亿纬锂能的相关负责人又透露:2021年公司已经成功量产铁锂版的大圆柱电池,并且准备在2023年量产46系列的大圆柱电池。

宁德时代也没落下,9月9日宁德时代官方宣布,与宝马集团宣布达成一项长期协议,从2025年开始,宁德时代将为宝马集团“新世代”车型架构的纯电车型,供应标准直径为46mm的新型圆柱电池。

同声相应,同气相求。9月份,比亚迪也公布了业内称为“4090”电池(暂定)的专利,虽然从其外形来看,有别于目前主流的圆柱、软包、方形等电池,但本质上讲,其新专利可以完全兼容特斯拉4680电池的单体结构。所以,更像是特斯拉4680电池的一种“魔改”。

不仅如此,8月也有媒体报道,蔚来汽车正在自主研发磷酸锰铁锂和4680电池,并计划量产上述两种电池,供给蔚来及子品牌阿尔卑斯。而另一家小鹏汽车,去年也传出研发电池的传闻,并且最近投入50亿元开始组建电池公司。

虽然有很多负面报道,但是特斯拉的4680电池“战车”一直在轰隆隆地推进着。就在12月25日,外媒报道,特斯拉已经证实,4680电池当前的周产量已经可以供应1,000辆Model Y的需求。

而去年2月,特斯拉才宣布其位于弗里蒙特(Fremont)的试生产工厂完成了首批100万个电池的生产。不到一年,特斯拉已经达到了每周生产86.8万个4680电池的产量。除了弗里蒙特的试生产工厂外,特斯拉为了缩短供应链,还正在德克萨斯州工厂内建立产能更高的生产线。

2023年,特斯拉的4680电池的量产推进速度,是显而易见的。而特斯拉带起来的4680电池概念,不仅仅是影响动力电池行业本身,还在带动电池的产业链例如高镍正极、硅碳负极、电解液、结构件等材料环节,牵涉到的企业有上千家。无疑,正在形成动力电池领域中的一条新产业链。

因此,“46系”圆柱电池考验的不仅仅是电池技术本身,更是动力电池行业对新产业链的整合能力,2023年,电池企业和车企都需要用全局的观念来思考布局。

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固态电池和其他电池

2022年,固态电池时不时地会发点声音出来。但正所谓“光听楼梯响,不见人下来。”对于固态电池来说,离量产至少还有七八年时间。这是肯定的。

我们用一句话就能说明,就是“理想很丰满,现实很骨感。”为什么?我在《半固态电池,可能就是电动车的终点》里也说过,电是一种流动的能量,而固态的物质是没有流动性的,所以这天然就是个悖论。

就像早在2021年完全放弃了固态电池的Fisker,因为无法落地。Henrik Fisker很痛苦地认识到,“固态电池是一种这样的技术,当你觉得已经完成了90%,几乎达到目标时,然后你意识到剩下的10%比前面的90%困难得多。”

不过悖论并不影响2022年业内对它的研究和推进。

就在7月份,蜂巢能源全固态电池实验室研发出国内首批20Ah级硫系全固态原型电芯。该系列电芯能量密度达350~400Wh/kg,现已顺利通过针刺、200℃热箱等实验,一旦量产应用,电动车可实现续航里程1000公里以上。不过,还是那句话,从实验室到量产,路特别长。

毕竟,走硫系路线的丰田很早就宣布了硫化物固态电池的进展。但是,很明显现在还是处在实验室状态,离量产还差着“十万八千里”。所以,退而求其次,业内也在研究更现实的磷酸铁锂的升级或替代方案。

为什么是磷酸铁锂电池呢?因为,2021年磷酸铁锂的装车量超过三元电池。根据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据,当年磷酸铁锂电池产量累计125.4GWh,占总产量57.1%。此后,磷酸铁锂电池一直处于主流地位。

但是,一方面,2022年磷酸铁锂的价格涨了60%,让车企和电池企业难以承受。另一方面,磷酸铁锂电池的装机能量密度提升也遇到瓶颈,在2019年达到164.5Wh/kg峰值后就没有增长,目前已逼近其可量产的能量密度上限(175~185Wh/kg)。

而在不断的探索中,锰元素的高电压吸引了不少研究人员的关注,锰基电池材料量产正在成为现实。近年来,除了国轩高科对外透露在磷酸锰铁锂领域进行布局,宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、欣旺达等电池企业也已经在磷酸锰铁锂领域进行了布局。

7月份有消息称,宁德时代、欣旺达及亿纬锂能的磷酸锰铁锂电池已在上半年通过电池中试环节,正在送样品给车企测试。其中宁德时代计划于下半年量产该产品(目前没什么新消息)。而比亚迪旗下的弗迪电池在去年初开始小批量采购磷酸锰铁锂材料,处于内部研发阶段。

只是,磷酸锰铁锂(LMEP)电池有两个缺陷,是量产的拦路虎。一是,磷酸锰铁锂的循环寿命较短、充放电能力较差。因为锰元素的溶出会导致循环寿命变短,充放电能力和寿命变差。二是,磷酸锰铁锂的低电导率导致其容量难以发挥,且与电解质会发生副反应导致其材料的容量难以发挥。这是量产前必须要解决的问题。

不过,相比固态电池,这个难度要小多了。而除了国内企业,特斯拉CEO马斯克也表示出很大的兴趣,“特斯拉看好在电池中加入锰元素的技术路线,并一直探索在电池中使用更多锰材料。”不管怎么说,多家企业都将大力发展磷酸锰铁锂电池。而2022年登场后,磷酸锰铁锂能否在2023年唱“主角”呢?

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