易車原創 現如今在車圈有個有趣的現象,無論是傳統車企,還是造車新勢力,甚至是作為供應商的科技公司都願意選取某壹個特定的日子來彰顯自己的品牌實力或是技術上的重大突破,妳像大眾舉辦了Power Day;特斯拉不用說更是願意搞這些噱頭,像什麽Battery Day呀,AI Day呀;蔚來的NIO Day那可是車友歡聚的盛會;小鵬前不久也舉辦了"1024"科技日。似乎某個品牌要搞個xx Day了,預示著即將會有大事發生,雖然這些花裏胡哨的“節日”對於壹些普通用戶來說並不十分吸引眼球,但我們的確可以見證壹些新的技術上的重大進展與突破,或是對於壹些品牌的粉絲來說,這也是壹種不錯的歡聚日。我尚且把這種紮堆兒辦“Day”的行為當做壹種良性的“內卷”好了。
這不就在12月8日,電池領域的壹家新興科技公司--蜂巢能源,以“蜂速·創未來”為主題舉辦了他們的第二屆電池日,這次電池日聽下來確實給我不少驚艷之處,發布會上,蜂巢能源發布了面向2025年的領蜂“600”戰略及四大支撐戰略,宣布公司2025年全球產能規劃目標提升至600GWh,同時在產品方面推出系列短刀電池新品類,未來將推行電動全域短刀化。
1、產能
這次電池日最重要的壹點就是在產能上的宏偉目標,上面我們提到了,蜂巢能源要在2025年將全球產能提升至600GWh,什麽概念?GWh讀作億瓦時,是個電功單位,1GWh=100萬千瓦時,也就是100萬度電,這麽換算壹下各位是不是大概了解了這是怎樣壹個龐大的數量級,因此要想實現這壹目標就需要有切實可行的戰略作為支撐,為確保產能戰略目標實現,蜂巢能源同步提出了品類創新、AI智能制造、蜂鏈生態夥伴、資本***創等四大支撐戰略,分別在產品、智造、供應鏈、資本四大維度支持領蜂“600”戰略目標實施落地。
但為什麽是600而不是700或者800?其實也是根據數據測算出來的,有行業機構預測,到2025年,全球交通領域的電動化及電力領域儲能對鋰電池的總需求量將超過1.8TWh。1TWh=1000GWh,蜂巢能源的目標是要占據全球25%的市場份額,按照75%產能利用率來計算,既1800GWh×0.25/0.75=600GWh,所以也就出現了要挑戰600GWh的全球產能目標。
2、產品
產品層面短刀電池是此次電池日的壹大重點,是蜂巢能源緊跟行業趨勢推出的全新電池品類。像我們熟知的比亞迪的刀片電池,那麽短刀就是在刀片長度上短壹些,形態上還是十分類似的,未來蜂巢能源將重點布局電動全域短刀化,涵蓋從L300-L600的全尺寸短刀電池產品,覆蓋從1.6-4C全域充電範圍,覆蓋從乘用車到儲能、商用車、工程機械、非高速電車等全域使用場景,覆蓋從無鈷、三元到磷酸鐵鋰全域化學體系。這裏的L600就代表刀片長度為600mm,4C就代表充電倍率,簡單理解就是用1小時去除以C前面的數字,4C就代表充滿電需要1/4小時,0.2C就代表1/0.2=5小時充滿電。
與此同時,蜂巢能源還為短刀電池全品類提供包括蜂速4C快充技術、面向未來的800V電池系統,適應800V高壓平臺的高效熱管理技術、冷蜂熱阻隔技術等系統性技術及產品創新,保障短刀電池產品的高安全、高性能及制造的高效率。
現如今電池的名字真是五花八門,什麽無鈷電池、果凍電池、刀片電池、4680電池、CTP電池、CTC電池等等,讓普通消費者真是看的雲裏霧裏的,其實這些電池雖然名字起得各式各樣,但只要了解了其中的起名邏輯,那麽下次再有廠商新出個電池名各位也能猜個八九不離十了。我簡單將這些電池的起名邏輯分為三類:
第壹種就是按照電池形態來命名,像我們知道的刀片電池,就是因其形狀扁平修長,長得像刀片因此這樣命名。4680電池就代表了它是個圓柱形電池,46代表底面圓的直徑為46mm,80代表圓柱高度為80mm,那麽類比4680,各位肯定知道18650和21700是啥意思了吧,最後壹個0代表圓柱型,前面4個數字就描述了圓柱的尺寸。
刀片電池第二種是按照電池成組形式來命名的,像CTP電池和CTC電池就是這種命名形式,我們知道動力電池結構壹般是電芯(Cell)→模組→電池包,電芯是最小單元,模組是由電芯組成為了提高整個電池系統的安全性,電池包就是壹個個模組組成的,但目前模組是否需要成為了壹個兩難的選擇,去掉模組,把電芯直接集成在電池包上,即CTP(Cell to Pack),這樣的好處是減少了模組之間存留的空隙,整個電池包的體積能量密度隨之提高。
但沒有了模組,對於單體電芯的安全性和可靠性就提出了更高的要求,以前壹個電芯出了問題可以通過BMS電池管理系統在局部模組內進行控制以免影響整個電池包,但去掉模組後,壹個電芯出了問題可能殃及整個電池,因此之前壹般是使用磷酸鐵鋰這種相對安全性高的電芯。
接下來說到CTC即Cell to Chassis,就是更加激進的形式了,將電芯直接集成到了車輛的底盤上,連電池包都去掉不要了,特斯拉在這壹技術上上走到了前面,他們計劃將4680電池直接集成在車體結構上,這樣省去電池包後車輛重量大幅降低,性能和續航都會得到較大改善。
之前特斯拉已經搞出來了個壹體壓鑄技術,整車零部件數量已經大幅下降了,這要以後CTC也實現了特斯拉真就實現Less is more了唄,當然目前像大眾和寧德時代也都有CTC路線的技術探索與嘗試。能否真的裝車量產還得拭目以待了。
第三種是按照正負極材料或者電解質材料來命名的,我們說的無鈷電池說的就是正極材料不再添加鈷這個元素,了解電動車的朋友應該知道現在主流就磷酸鐵鋰和三元鋰兩種電池,這兩種都是說的電極的正極材料。
三元鋰到底是哪三元呢,主流是NCM鎳鈷錳和NCA鎳鈷鋁,現在的趨勢是提高鎳的比例,降低鈷的含量,為什麽這麽做呢?因為提高鎳的比例對於提升電池能量密度有很大幫助,但鎳含量過高也有弊端,會降低電池穩定性和循環壽命,鈷的作用就是在微觀層面抑制鎳離子導致的混亂,保障電池的循環壽命,既然鈷的作用這麽重要為什麽還要去鈷呢?原因是鈷的昂貴性和稀缺性,因此各方都在尋找好的方法來替代鈷的作用,蜂巢能源在這方面擁有三項黑科技:
第壹項是陽離子摻雜技術,該項技術可以提高材料的上限電壓,他們用兩種化學鍵更強大的神秘元素代替鈷,在鎳鋰離子之間構築起穩固的聯系,材料穩定性和能量密度得到顯著提升,成本也隨之降低;
第二項是單晶技術,該項技術可以改善電池安全性和壽命,電池在極片制作過程中需要經過高強度碾壓,傳統的多晶高鎳三元材料被碾壓後顆粒破碎明顯,導致正極與電解液反應產生大量氣體造成嚴重的安全問題,同時材料結構也會崩塌,相比之下,單晶就穩定多了,電芯壽命比多晶高鎳三元電芯高出70%;
第三項是納米網絡化包覆,該項技術可以改善高壓下的材料循環性能,無鈷材料合成過程中,科學家在單晶鎳錳酸鋰表面又包覆壹層納米氧化物,相當於穿上壹層薄衣服,由於這件“衣服”的阻隔,減少了正極和電解液的反應。循環壽命大幅提高。
當然說回命名上,果凍電池是壹種應用了新型果凍狀電解質的鋰電池,具有高電導、自愈合、阻燃等特點,可以實現電池電性能與安全性能的兼得,在幾乎不降低電性能的同時阻止熱擴散。另外值得壹提的是蜂巢能源基於果凍電池技術的NCM短刀L600電池已經成功通過針刺試驗,不起火,不冒煙。能量密度達到230Wh/kg。這種果凍狀其實可以理解為固態電池成功前的壹種過度形態,也就是半固態,可以說是目前比較有前景的壹種技術路線。
以上就是我總結的電池命名裏的壹些小門道,當然還摻雜了很多技術上的解析,很多化學名詞雖然不好理解,但我們可以通過這些前沿的黑科技看到我們自主品牌的電池科技公司在創造著未來新時代的標桿,並引領全行業走向更高的臺階。這點是值得我們稱贊和鼓舞的。
電池作為壹種能源載體,我們不能僅僅看它在“服役”階段所帶來的貢獻或是功勞,更應該註意到壹個嚴重的問題,那就是這些電池在他們無法繼續給車輛提供持續穩定動力的時候,它們的宿命將何去何從?
中國汽車動力電池產業創新聯盟最新數據顯示,2020年我國動力電池累計退役總量約為20萬噸,到2025年這壹數字將上升至78萬噸。動力電池的退役期來臨與鋰資源的約束,意味著鋰電回收勢在必行。
政策如何引導?
在今年8月27日,工信部發布工業和信息化部、科技部、生態環境部、商務部、市場監管總局聯合印發的《新能源汽車動力蓄電池梯次利用管理辦法》。《辦法》中提出,鼓勵梯次利用企業與新能源汽車生產、動力蓄電池生產及報廢機動車回收拆解等企業協議合作,加強信息***享,利用已有回收渠道,高效回收廢舊動力蓄電池用於梯次利用。鼓勵動力蓄電池生產企業參與廢舊動力蓄電池回收及梯次利用。
梯次利用是最優解嗎?
這裏我們看到壹個詞叫梯次利用,那麽什麽是梯次利用呢?其實很好理解,打個生活中簡單的例子就是遙控車上的電池沒電了,卸下來安在空調遙控器裏還能再用很長時間,這樣既讓電池最大化的發揮其效用,也延長了電池的整個生命周期,壹般來說,動力電池電量衰減至80%之後就無法滿足為新能源汽車提供動力,而不得不面臨淘汰。如果電池在還擁有80%的電量和幾千次循環壽命的情況下就直接報廢回收,就會存在很大的資源浪費,如何發揮出退役動力電池的價值就會成為各方的關註焦點,這種行為也被企業視作降本增效的有效措施,甚至成為壹些企業的新興業務,以增加收益。據研究結果表明,電動汽車退役鋰離子動力電池可利用率達到60%,梯次利用價值巨大。
經過幾年的研究探索,我國動力電池梯級利用應用領域已集中在電力系統儲能、通信基站備用電源、低速電動車以及小型分布式家庭儲能、風光互補路燈、移動充電車、電動叉車等相關領域。
壹般大型儲能系統對電池的需求量較大,但由於電池往往來自不同的車輛,如果不能了解這些源於不同渠道的電池的真實狀態及循環壽命,不但會影響儲能效果,甚至會存在安全風險。而且,當前認為最切實可行的辦法是把動力電池包拆成單體,進行檢測、確認性能後再統壹作為儲能使用。
退役動力電池的梯次利用回收包括以下步驟:
(1)電池回收;
(2)電池組拆解獲得電池單體;
(3)篩選出可使用的電池單體;.
(4)電池單體配對重組成電池組;
(5)系統集成與運行維護
在這壹過程中,拆解、檢測、組裝的過程如果僅僅使用人力不僅耗時耗力,且成本不菲。同時,目前各家企業的動力電池結構各不相同,三元電池、磷酸鐵鋰電池,甚至錳酸鋰動力電池等不同結構的電池不僅在性能上有所差別,其使用壽命也有很大差異,這些都是在梯次利用時需要跨越的障礙。
因此雖然國家層面鼓勵退役電池梯級利用,但還有壹種更加粗暴的方式那就是直接拆解,對於支持直接拆解的人們認為梯級利用目前技術還不成熟,梯級利用過程中的安全問題無法保障,並且投入成本過大有悖初衷,並且隨著上遊原材料鎳、鈷價格不斷上漲,直接拆解回收的資源規模化效益遠大於梯級利用。
那麽到底是梯級利用還是直接拆解呢?此時我們可能需要具體問題具體分析了,目前市面上主流的動力電池主要分為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,三元鋰電池的安全性能不好保障,梯級利用作為儲能使用面臨壹定困難,但隨著原材料價格的攀升,直接拆解三元鋰電池具有壹定的盈利空間。相反對於磷酸鐵鋰電池來說,直接拆解沒有什麽資源規模化效益,那麽進入梯級利用可能是更好的歸宿與選擇。
有專家預測至2030年,三元與磷酸鐵鋰電池回收將成為千億市場。在現價情況下2020-2030年三元電池累計回收空間將達1305億元;2020-2030年磷酸鐵鋰電池梯次利用/回收累計市場空間分別將達到680/163億元。
企業做了哪些事?
目前國內動力電池回收與梯次利用行業尚在“起步階段”,更多新的商業模式有待挖掘,但壹些有先見的企業已經對動力電池回收產業進行布局:
比亞迪在電池拆解回收領域,采取精細化拆解、材料回收、活化再生綜合三步走策略。其中精細化拆解獲得正極材料粉末、負極石墨、銅箔集流體、銅箔集流體、外殼、蓋板及塑料附件等原料。</