電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
我國的確是鋰電池大國,然而諾貝爾化學獎花落英、美、日三位鋰電池之父的故事則告訴我們,我們離鋰電池強國太遠了。
十月九日,瑞典皇家科學院宣布,將2019年諾貝爾化學獎授予美國科學家約翰·古迪納夫(JohnGoodenough)、斯坦利·惠廷厄姆(StanleyWhittingham),以及日本科學家吉野彰,以表彰他們為鋰電池發展所做出的貢獻。
上世紀70年代,供職于美國埃克森石油公司的惠廷厄姆發明了鋰電池。他采用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,制成首個鋰電池。但這種鋰電池電化學屬性極不穩定,在充電過程中非常容易起火爆炸;并且在反復充放電的過程中,電池容量衰減極快,并不適用于商業使用。
隨后,古迪納夫則就這個難題進行技術沖破,研發了可充電鋰電池,并且領導項目組發明了可以量產的鋰電池和磷酸鐵鋰電池技術。
1983年,吉野彰提出了我們今天所知的鋰電池專利申請,采用了原始概念并將其變得為安全,高效和可靠,為鋰電池的商用打下基礎。1991年日本索尼公司首次將鋰電池這個研發了20多年的產品推向市場。
到目前鋰電池產業的使用,最有話語權的當屬我國,無論是從體量、消費市場、產業鏈等各方面,我國儼然走在了國際前列。但此次諾貝爾化學獎花落鋰電池,并將獎項頒發給美國、英國、日本的三位科學家,在喜悅和祝福中,無不刺痛著我國鋰電池范疇的神經。
我國的確是鋰電池大國,但我們離鋰電池強國,仍舊很遠。
電動車將“鋰”推向高潮
本屆諾貝爾化學獎花落鋰電池可謂眾望所歸。
輕靈、可充電且能量強大的鋰電池,已經徹底改變了人類的生活,被廣泛使用于從手機到筆記本電腦和電動車等各個范疇,并可以儲存來自太陽能和風能的大量能量,從而使無化石燃料社會成為可能,同時,鋰電池的發明和產業化,也筆直加速了全人類信息技術和新能源技術的發展進程。
目前,從緊要使用來看,鋰電池聚集在兩大范疇:一是移動式產品,如手機、電腦,約占鋰電池使用量的2/3左右,第二大范疇便是車載電池。
在有些人的印象里,電動車是最近幾年才發展起來的清新事物。可事實上,電動車比燃油車出現得更早,直到1912年還在市場上占有份額優點,后來因為技術、成本等問題而被歷史淘汰。
當下,電動車之所以興起,緊要是因為鋰電池技術日趨成熟以及商業化程度提高。換言之,電動車能否成為理想的交通工具,這在一定程度上取決于能否找到適宜的高能量密度電池。鋰電池作為電動車的“心臟”,一直被視為新能源汽車行業的命脈所在。
與此同時,伴隨著國家政策關于新能源汽車產業扶持力度的加大,以及人們環保意識的加強,全球新能源汽車市場進入快速發展通道。期間,幾乎所有緊要車企都已制定電動化轉型戰略。
相關數據顯示,2018年全年,全球電動車銷量沖破200萬輛,市場占比份額達到2.1%,同比上升72%。華爾街研究公司伯恩斯坦表示,將來20年,電動車可能占到全球汽車銷量的40%,以及全球汽車保有量的30%。目前,電動車中車載電池的成本已經占據三分之一,車載電池市場規模將隨著電動車的發展進一步張大,這是一個可以預見的將來。
動力鋰離子電池范疇受全球新能源汽車市場快速發展帶動,成為近年來拉動全球鋰電池市場高速上升的緊要因素。
高工產業研究院(GGII)資料顯示,2018年全球鋰電池市場產量同比上升21.81%,達188.80GWh,過去5年年復合上升率達27.12%。GGII分解認為,將來5年動力鋰離子電池仍將是鋰電池行業上升最快的板塊,其上升緊要受全球各國及地區積極開發、推動新能源汽車帶動。
要怎么樣從大國邁向強國?
鋰電池產業自正式誕生以來,分別經歷了3個階段,即從日本壟斷,到日韓爭霸,再到今朝中日韓三足鼎立。日本、韓國則在技術研發和制造工藝等方面具有一定優點;而我國坐擁原料、市場、政策三大優點,一躍成為全球鋰電池行業的頭部玩家,擁有全球最為完善的鋰電池產業鏈,市場規模最大,在地位上與日韓的老牌鋰電池巨頭平分秋色。
數據顯示,目前,我國動力鋰離子電池公司的產量已占全球總產量的70%以上。2018年,全球動力鋰離子電池出貨量前10名的公司中,我國占據七席。動力鋰離子電池產業化的進程全球領先,龍頭公司的地位已經開始顯現。
“比亞迪、寧德時代等公司都有著非常強勁的動力,技術層面上也很樂觀。”剛剛獲得諾貝爾化學獎的日本科學家吉野彰曾在一次公開的技術交流大會上如此評價我國兩家頭部電池公司。
我國動力鋰離子電池技術水平已經快速提升,部分指標已經達到國際先進水平,緊要表今朝動力鋰離子電池單體能量密度超過了每公斤240Wh,規模化加工使得動力鋰離子電池的成本也在迅速下降,電池的單體已經從2012年的5元/Wh降到了目前的1元/Wh左右。
然而在最基礎和最核心層面,我國并不具備技術優點,甚至離日韓電池產業仍舊存在相當的技術差距。在很多業內人士看來,我國動力鋰離子電池與日韓的差距除了技術水平和制造工藝,更大的差距緊要體今朝研發和管理端,比如在研發的重大技術沖破方面,在電池制造的合格率方面。
吉野彰也表示,雖然我國和韓國正在崛起,但日本用于鋰電池的隔離層、正極和負極等業務仍表現強勁,最關鍵在于控制核心技術就好,雖然能控制下游最理想。
我國電動車百人會理事長陳清泰曾認為,不斷提高自身競爭地位最緊要的是掌握核心技術,而且有能力不斷創造核心技術,“關鍵的是要凝聚優秀人才,保持足夠的研發投入。電池公司還要在國家支持下與高等院校、研究機構合作,開展動力鋰離子電池的基礎研究”。
除了技術差距,我國動力鋰離子電池市場也出現供應緊張和產量過剩并存現象。數據顯示,2017年我國動力鋰離子電池產量已經超過了200GWh,但總體產量利用率卻惟有40%。究其原由,市場兩極分化分明,高端優質產品供不應求,低端產量銷售困難,呈現出結構性產量過剩。
隨著電池技術的不斷提高,車載鋰電池的競爭將日益猛烈。將來,動力鋰離子電池能量密度的提升和成本的下降,將成為市場競爭的焦點,也將是整個新能源汽車行業競爭的關鍵。伴隨市場競爭加劇,一些低門檻、技術落后的動力鋰離子電池公司逐漸被淘汰出局,行業洗牌加速。
值得一提的是鋰電池之后,固態電池的風潮無疑將開啟下一個電池時代。日本新能源產業技術綜合開發機構已經宣布,該國部分汽車、電池公司及學術機構將聯合研發,力爭到2022年全面掌握固態電池的相關技術;德國大眾集團近期也宣布投資1億美元用于固態電池的開發和量產。
業內人士認為,我國公司進入固態鋰電池范疇較晚,且緊要以科研機構或院校為支撐,產業化進程較慢。從全球來看,歐美公司雖然在本輪競爭中失去了位置,但正在為下一階段的競爭布局,是潛在的強大競爭者。
那么,在鋰電池之后的新一輪電池技術爭奪戰中,我國又做好準備了嗎?
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