汽车电池行业发展的真实情况揭秘

箴言时歆 2021-01-25 10:21:56

日前,蔚来汽车、智己汽车、广汽埃安都宣称将量产1000公里续驶里程的车型,行业内由此引发了一场争议。与此同时,针对各家车企搭载的“固态电池”、“掺硅补锂电池”、“硅负极电池”等动力电池技术,也引发了很多关注。那么,这场由车企“先声夺人”引发的争论,到底应该如何看待?

汽车电池行业发展的真实情况揭秘

■1000公里续驶里程车型面世还需时日


1月9日,蔚来汽车发布了新车ET7;1月13日,由上汽集团、张江高科和阿里巴巴集团联合打造的智己汽车也发布了两款新车;1月15日,广汽埃安宣布硅负极电池即将量产搭载。值得一提的是,三家车企宣布量产的新车续驶里程都将超过1000公里。


一直以来,“里程焦虑”都是电动汽车消费者的痛点之一。近几年来,车企推出的电动汽车续驶里程可谓“节节攀升”。比如目前在已经批量交付的电动汽车中,国产特斯拉model Y长续驶版为594公里,蔚来汽车ES6长续驶版为510公里。不过,“续驶里程比较虚”已经成为新能源汽车行业“房间里的大象”。对于此次关于1000公里续驶里程引起的争议,很多消费者更是表示疑惑。北京一位车主张先生告诉记者,“车企虽然说是1000公里续驶里程,估计实际能跑700公里”。


新能源汽车独立研究者曹广平在接受《中国汽车报》记者采访时表示,电动汽车如果想跑1000公里,依照目前的电池技术,只需多装电池就可以。但这也意味着低效率,车辆价格高,难以产业化。车主张先生更是提到,“如果搭载的电池能跑1000公里,那就意味着车重增加,电耗很大,浪费能源。”

汽车电池行业发展的真实情况揭秘

在刚刚过去的威马W6量产仪式上,威马汽车创始人、董事长兼CEO沈晖也对1000公里续驶里程引发的争议发表了自己的看法。他也提到,“未来几年,如果国内主流的新能源汽车用的都是续驶1000公里的电池,对社会来说绝对是一种巨大的浪费。”在他看来,“续驶1000公里”技术的实现面临一个周期的问题。


根据三家车企公布的时间,蔚来ET7为2022年第四季度交付,智己汽车新车型为2021年底上市,广汽埃安则表示“不用等到明年”。这也就意味着,等到1000公里续驶里程的车型量产交付,还需要一段时日。沈晖认为,“2~3年后国内的充电桩布局将更完善,换电模式、快充难题也基本已经解决了。那时候,新能源汽车根本不需要背着续驶1000公里的电池到处跑。”


■宣传痕迹重车企对电池技术产业化过于乐观


电动汽车要实现1000公里的续驶里程,从技术层面来讲,背后必然是动力电池技术的进步和突破。据了解,蔚来汽车ET7,搭载的是150kWh的“固态电池”;智己汽车的新车型,搭载的是上汽与宁德时代共同开发的掺硅补锂电池;广汽埃安则表示,搭载的是硅负极电池。


此前,蔚来汽车官方表示,2022年量产的固态电池,准确来说是“半固态电池”。其实,对于能量密度可以轻松突破锂电池上线,达到400~500Wh/kg的固态电池,行业内对其商用化进程基本已经形成共识,时间为2025年—2030年。


掺硅补锂电池,则是指在锂电池的负极掺硅补锂,这样既能提升能量密度,也可以提升循环寿命。硅负极可以提升电池能量密度,但应用难度比较大。1月8日,国轩高科发布了一款能量密度达到210Wh/kg的磷酸铁锂电池,就采用了硅负极材料。


近十年的时间里,我国动力电池的能量密度提升速度非常快,几乎每年都会提升8%~10%。在中国电动汽车百人会(2021)论坛上,中国科学院院士欧阳明高表示,目前电池系统结构创新辅以电池单体材料改进成为近年来中国动力电池技术创新的鲜明特征。可以看出,车企提出的“新概念电池”,大多是针对电池的正负极材料进行创新和改进。


“现在过多提及电池的主机厂,我认为可能仅仅是宣传。”国家科技成果转化基金新能源汽车创业投资子基金合伙人兼总裁方建华在接受《中国汽车报》记者采访时表示,由于这些车企本身没有做电池,对动力电池电化学的属性并不了解。动力电池从实验室到产业化,要走很长的一段路。主机厂对这些半固态电池、固态锂电池的产业化进度过于乐观,而实际上的进度会远远低于他们的预期。


■很难平衡电池多项性能指标当下应关注低温续驶问题


“电池材料的创新是厚积薄发的过程,需要长时间的努力。”欧阳明高提到,“电池材料创新要平衡比能量、寿命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指标,近年来尚无大的突破。”这也就意味着,同时具备长续驶、快充等性能,目前无法实现。


因此,对于此前引发的“续驶1000公里和8分钟快充”的争议,广汽集团发布公告表示,这是两种不同的电池技术。石墨烯基超级快充电池解决“充电速度慢”、长续驶硅负极电池解决“续驶里程短”。而对于硅负极电池的普及,广汽集团表示,受到电池总成本、消费者接受程度的影响,市场需求还存在不确定性。


不过,值得注意的是,宁德时代董事长曾毓群也提到,公司在乘用车领域正在开发的BEV电池包,可以实现超过1000公里续驶、10分钟的快速充电、16年200万公里的使用寿命,基本解决消费者里程焦虑、充电焦虑和寿命焦虑。


对于企业来讲,借推介新技术来提升品牌形象是常见的手段。不过,不可否认的是,对于各家车企创新推出的动力电池技术,如何通过量产来降低成本,是产业化进程中不可避免的过程。曹广平告诉记者,目前车企之所以大力宣传1000公里续驶里程和电池技术,本质在于国内新能源汽车产业竞争加剧,企业都想先声夺人,因此着急扩大品牌宣传。


“虽然1000公里续驶并不是我们追求的主要目标,但电动汽车的能量需求肯定还是要上升的。”欧阳明高认为,当下关注纯电动汽车的低温续驶问题,解决低温下续驶里程衰减问题有实际意义。


发展新能源汽车电池全价值链:是资源帐,经济帐,更是环境帐


国务院在十一月初发布的《新能源汽车发展规划》,引起业界广泛讨论。其中除了计划增加新能源汽车年销量比例,加速充电桩等配套建础建设,还专门提及动力电池的全价值链产业发展,以保障锂、镍、钴、铂等关键资源供应安全——这是国务院首次提出动力电池的全价值链产业发展问题,对未来新能源汽车产业的循环经济及生产减排起着重要的指导意义,甚至有利于助力贡献国家2060年的碳中和目标。


《规划》的具体工作,包括建立电池模块化标准体系:完善动力电池回收、梯级利用和再资源化的循环利用体系,加强全生命周期监管等等;并提出落实生产者责任延伸制度,支持动力电池梯次产品在储能、备能、充换电等领域应用。


就在《规划》全文发布前四天,国际环保组织绿色和平与中华环保联合会共同发布《为资源续航:2030年新能源汽车电池循环经济潜力研究报告》(下称《报告》),其中提出的建议与《规划》大部分一致,并认为发展动力电池全价值链建设除了能保障资源供应,电池梯次利用还能满足未来储能、5G基站等新基建的电池需求;更有相当高的环境效益,能大大减低碳放。


随着中国新能源汽车制造业蓬勃发展的十年,第一波动力电池退役高潮亦即将来临。当前国内新能源汽车保有量达到417万辆,绿色和平研究团队以5-8年的服役期折损20%电量为退役条件来计算,预计在2021年至2030年期间,中国新能源汽车动力电池退役总量将会达到705万吨,累积退役电量达到708GWh。


面对如此规模巨大的能量载体,梯次利用无疑通过循环经济进行能源消纳的最佳策略。事实上,由于汽车行业的动力电池对性能要求比一般电池更高,因此,即使电池经过耗损而不适合在汽车上应用,仍能广泛用于其他场景中,例如发电侧、输配电侧、用电侧的储能系统、5G通信基站及数据中心的备用电系统等等。


《报告》推算,在2025年在中国可以用于梯次利用的退役动力电池电量将达到32GWh,可以覆盖当年全国当年的5G通信基站的备电系统需求。


市场对电池的需求稳步增长,造就了梯次利用动力电池的潜在经济价值。在2030年中国的电动汽车退役电池进行梯次利用后的总价值将达到430亿元人民币,潜力巨大。


据公开信息显示,截至2019年底中国铁塔公司已经在35万个通信基站中累积使用超过4.5GWh梯次动力电池,并计划在2020年内将70-80万个通信基站的铅酸电池更换为锂离子电池。可以预见,有关退役动力电池应用于通信基站的商业模式将在未来几年更具规模。


随着5G普及引发通信基站翻倍增加,以及云计算产业对数据中心的更多需求,退役的动力电池正好可以满足其备用电系统的电池需求,减轻制造新电池的产能压力。


一个逐渐被上游制造行业认可的共识是:动力电池是高消耗资源型产品。中国虽然是多种金属资源的主要产地,但是对于动力电池的主要原材料,钴、锂等关键金属,高度依赖进口,存在一定的供应风险。


目前中国96%的钴资源都需要依赖进口,作为动力电池的第一生产大国,中国从2016至2019连续4年动力电池出货量占据全球超过40%的市场份额,动力电池生产对国家经济发展的重要性将继续提升。预计未来十年中国将需要98万吨钴金属用于动力电池的原料生产。


在这个背景下,动力电池梯次利用除了可以满足其他应用的电池需求,缓解处理大量退役电池的难题,更能减轻中国对进口金属材料的依赖。


实现动力电池的梯次利用,能减缓各种产业对锂电池的需求,有助减轻对相关金属资源的进口依赖,对稳定战略资源供应具有重要意义。


除了资源供应,电池梯次利用还能减缓生产速度,从而降低资源开采及生产的碳排放。据绿色和平研究团队计算,2021-2030年间,中国退役的动力电池将达到708GWh,将这些电池有效地梯次利用将比制造等量的新电池减少近3342万吨碳排放,这约等于2228平方千米森林固定二氧化碳的能力,相当于整个西双版纳热带雨林保护区的面积。


动力电池的资源循环能应付产业对电池的需求,稳定资源供应,帮助减排,然而要有效发展起来,除了政府明确规划方向,最关键的因素在于生产者担起其延伸责任。


发展动力电池全价值链产业能对资源与环境带来裨益,然而这新兴产业在商业模式成熟之前的启动资金谁来买单,将是能否把价值链串起来的关键。虽然已经有个别高瞻远足的先行者,但由于还没看到营利机遇,财政上的扶持政策也暂时从缺,目前业界普遍处于观望的状态。

汽车电池行业发展的真实情况揭秘

政府现在去制定生产者延伸责任机制是最好的时机。在线性的经济模式中,生产者的责任只包括保证产品使用上的符合需要,然而在循环经济的模式中,生产者的延伸责任范围更全面,包含产品使用后全价值链的管理责任。


政府立法加强生产者对社会责任的承担是大势所趋。今年初,德国政府推动的“供应链法案"议案引起社会的高度关注,“供应链法案"强制要求有超过500员工的当地企业要审核并报告其产品价值链上全球各层级的供货商的社会责任及环保行为。如企业不能遵从法规,可被罚款达500万欧元,监禁,或者进入政府采购黑名单。这法规如成功出台将是覆盖最全面的,最进取的生产者延伸责任法规。


国际上最早推行生产者责任延伸制度(EPR)的欧盟虽然还没有设定强制性的汽车动力电池收集率或梯次利用率目标,但以欧洲多国在报废汽车及电子产品执行EPR制度的经验来看,生产者责任组织(PRO)这机制值得借鉴。生产者责任组织是代表生产企业履行责任延伸的执行主体,需要全数承担收集、退役电池梯次利用及拆解处理的经费。汽车生产企业和电池生产企业须加入生产者责任组织,并为其提供运营资金。以上经验,都值得中国的政策制定者参考。


电池退役潮来势汹汹,发展循环经济迫在眉睫。如此大规模的退役电池,若能被梯次利用到储能、通信基站、低速电动车等场景,将有效减少对新增电池的需求,从而减缓不可持续的贵金属资源的开采和冶炼,产生长远环境效益。梯次利用是动力电池循环经济的起步点,政府出台生产者承担延伸责任体系便是道路上的地基,让掌控着产品生命周期的生产者以技术和资本研发并执行解决方案,打通资源循环的道路。

来源:中国汽车报网 · 赵琼 、绿色和平资深项目经理江卓珊 能源杂志

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