电池新技术撑开新能源车创新空间
2023-06-30 09:02:35 经济参考报
近年来，新能源车产业聚焦电池技术新突破，力图破解车主的里程和价格“焦虑”。在6月27日到29日于天津举行的世界经济论坛第十四届新领军者年会（又称“夏季达沃斯论坛”）上，行业人士认为，柔性电池等新技术的日益成熟，为新能源汽车的革新提供了可能，而钠离子电池、锂硫电池等原材料价格更低的电池向商业化迈进，则有望为新能源汽车的推广铺就更广阔的道路。
新技术开辟电池产业新空间
(资料图片仅供参考)
顺应世界经济论坛倡导的绿色低碳发展，一汽丰田向论坛提供了两款配备有新能源动力的车型作为会务用车，其中100辆智能电混双擎MPV格瑞维亚作为官方接待用车，另100辆纯电轿车bZ3作为会务组工作用车。这也拉开了新能源汽车亮相论坛的序幕。
近年来，随着汽车、智慧医疗等行业需求井喷，电池技术迭代快速演进。在此背景下，柔性电池的技术路线正在从实验室向一线应用靠拢。在世界经济论坛新近发布的十大新兴技术中，柔性电池赫然在列。凭借轻便和可塑形的特点，它有望给新能源汽车行业带来革新。
“它可能会藏在你的手表或衬衫里，融入你的生活，在未来你甚至不会意识到自己穿戴上了相关设备。”贝鲁特美国大学电气与计算机工程系副教授约瑟夫·康斯坦丁在论坛上说，与传统电池相比，柔性电池在视觉上更加“友好”，灵活轻便的特征使得其融入各类产品的可能性更高。举例说，未来可能所有的纺织品内都可以内嵌包括柔性电池在内的产品，“想象一下，如果你的一件衣服可以融合众多的智能产品，能出现在几乎任何日常生活场景中，是多么酷的体验。”他说，如果能够更具性价比，柔性电池将很有可能应用在新能源汽车上。
与会人士认为，目前能量密度、材料可塑性、无毒害污染等是柔性电池走向大规模应用仍需突破的瓶颈。“因为更加轻便化某种程度上就意味着总储能的降低”，约瑟夫·康斯坦丁说，多种电池技术线路都需要在能量密度与材料柔性方面做出平衡。
传统锂电池领域也有新突破。去年，中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所唐永炳研究员团队的一项新型锂离子电池技术就完成了规模化量产，研发出的新型锂离子电池技术最低工作温度可达零下70摄氏度，最高工作温度达80摄氏度，且低温与高温性能可同时兼顾。
据悉，除克服低温条件下无法工作及高温时的安全风险外，该电池的能量密度较传统锂离子电池提升了13%至25%，能在20分钟即可充满电。基于铝基复合负极的性能优势，并结合开发的高性能电解液，这种低温电池产品可以摆脱对昂贵的纳米级正极材料的依赖，从而使得电池成本可降低10%至30%。
专家认为，着眼于实现新能源汽车续航能力更强、更具性价比的目标，未来，相关研究一方面需要寻求更加优质的材料组合，另一方面也需要在产品落地中探索与传统应用场景的深度融合模式。
“廉价电池”原材料来源广泛
国际能源署去年发布的《2022年全球电动汽车展望》中指出，随着电动汽车对动力电池需求的增长，动力电池关键原材料供应趋紧和价格飙升成为众所瞩目的问题。面对这一状况，不少企业开始将目光投向钠离子电池或锂硫电池。他们预计，随着技术不断成熟，电池的价格有望大幅下降。
以钠离子电池为代表的“廉价电池”的广阔前景，受到国内多家企业青睐。从现有研究进展看，钠离子电池距离“走进寻常百姓家”似乎并不遥远。有观点认为，2023年或将是钠离子电池的产业化“元年”。
天风证券的研究报告认为，与铅酸电池相比，钠离子电池一方面在循环使用、成本、能量密度等方面都具有较为明显的优势，有望向下“蚕食”铅酸电池市场；另一方面，因整体性能与锂电池接近、成本优势显著，安全优势突出，有望向上制衡锂电池应用的垄断性。同时，钠离子电池与锂电池的制造工艺相似，生产线可以快捷切换，也有助于调动现有锂电池产能的积极性。
今年2月举办的“第二届全国钠电池研讨会”上，思皓新能源与中科海钠联合打造的钠离子电池试验车公开亮相。此次装车试验的思皓花仙子首次应用了蜂窝电池技术的钠离子电池包，续航里程为252公里，电池容量为25千瓦时，快充充电时间为15分钟至20分钟。由中科海钠投资建设的钠离子电池规模化量产线已于2022年11月正式投产。
宁德时代表示，该公司研发的钠离子电池预计将于今年实现产业化，具体规模取决于客户项目的进展情况。宁德时代特别提到，钠离子电池成本优势比较明显，待供应链成熟后会更具优势。孚能科技此前也对外宣布，收到江西江铃集团新能源汽车有限公司的通知，同意就EV3车型开展钠离子电池前期适配性预研工作。根据客户生产、销售计划，应用钠离子电池的EV3车型将在2023年上市销售。
尽管钠离子电池的进展突飞猛进，但整体看仍然处于“从0到1”的阶段。面对新技术的进步以及锂价可能长期处于高位，钠离子电池应用场景将会逐渐扩大，从而推进对磷酸电池及铅酸电池的替代，而在大型储能领域，钠离子电池则还有很长的路要走。
备受关注的还有锂硫电池。
锂硫电池在正极材料中使用了硫碳复合物，负极则为锂金属，利用氧化还原反应完成离子移动和正负极材料还原，并实现充放电。由于负极材料使用了锂金属，锂硫电池的能量密度大大提高，这也是锂硫电池的最大优势。相比磷酸铁锂电池和三元锂电池，锂硫电池的能量密度更高，有望在续航里程上实现新突破。更关键的是，由于没有镍、钴、锰等金属，锂硫电池的重量更轻，成本也更低。不仅如此，锂硫电池正极材料所需的单质硫可以从硫磺中通过进一步加工获得，而2022年我国硫磺产量超过900万吨，这是锂硫电池能实现低价的基础。
当然，锂硫电池的普及也需突破多重技术瓶颈。例如，在充放电过程中，硫的体积膨胀、收缩幅度都比较大，这不仅会影响导电效率，还会增加正极结构的变化风险，降低循环的稳定性。
回收再利用赋予电池“第二生命”
与动力电池技术开发同样备受关注的，还有废旧电池的再利用。曾当选世界经济论坛全球杰出青年的比安卡·戈贝尔常年关注电池回收领域，她认为，即便加大矿产开采，世界也将会迎来电池材料短缺，回收利用技术升级则将提供全新的解决方案。
比安卡·戈贝尔说，目前电力及能源行业排放的温室气体已经占到全行业的三分之一，甚至超过传统工业、交通业等。她预计，到2030年锂离子电池的年需求量将达到2.8亿千瓦时，镍、锂等材料在2027年左右就会开始出现明显短缺，与此伴生的是电池行业对环境的威胁将进一步扩大。因此，各国建设更大规模的电池材料回收体系刻不容缓。
“完整的回收体系将赋予电池‘第二生命’。”比安卡·戈贝尔认为，电池经过合理的梯次利用，能够有效延长其使用寿命。她举例表示，即便只保留原始健康状态百分之七十甚至更低的电池，也可以应用到市政储能等领域。
电池回收技术是实现电池低碳化的关键环节之一。近年来，随着动力电池退役潮来临，大量新兴企业进入电池回收领域。目前，我国锂镍等部分高价值元素回收技术处于国际领先水平，但面临产业链上下游各自为战、环境污染压力大、无资质企业扰乱市场等现实挑战。
华中科技大学材料科学与工程学院教授姚永刚说，从主流的回收方式来看，能量残值较高的电池主要被梯次利用渠道吸纳，电池组经过检测拆分重组等工艺后，将重新用于风光发电、通信基站、市政设施等使用场景；残值较低的则会通过回收利用，即利用暴力破碎、材料筛分、酸碱溶出萃取等工艺，实现对高价值元素的回收，但同时不可避免带来大量的废水废气废固污染。
目前，上下游企业协同联动的电池回收体系尚未建成。中国电池联盟高级顾问、综合部主任杨清雨表示，整个产业链包括所有电池应用端、回收渠道、网络、梯次利用、预处理、材料再利用等多个环节，不可避免会出现技术壁垒、数据壁垒以及物流壁垒。
专家建议，针对目前回收利用行业内产业化技术工艺与装备落后的现状，要加强研发平台建设，鼓励龙头企业、优势高校建设国家和省级创新中心等研发平台， 鼓励企业加大研发投入力度。同时，激励企业在退役电池的拆解、分选、配组、清洁高效回收利用等环节开展自主研发或者产学研项目合作，以科技创新为基石，真正赋予废旧电池“新生”。
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