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
2019年諾貝爾化學獎授予Goodenough等鋰電池開拓者北京時間十月九日下午5點45分，瑞典皇家科學院宣布將2019年諾貝爾化學獎授予美國德州大學奧斯汀分校的JohnB.Goodenough教授，紐約州立大學Binghamton分校的M.StanleyWhittingham教授，以及日本旭化成公司化學家AkiraYoshino，以表彰其在鋰電池研究開發的卓越貢獻。
圖表1：鋰電池基本組成
資料來源：公開資料整理
道阻且長，鋰電池研究半世紀不言放棄自上世紀下半葉以來，鋰電池的緊要組成部分正極、負極、電解液、隔膜繼續取得技術沖破。
商業化的鋰電池以石墨或硅碳復合材料為負極，以含鋰的化合物如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰(三元材料)、磷酸鐵鋰等作正極，以有機溶劑溶解鋰鹽并摻雜不同類型添加劑形成耐正極氧化、耐負極還原的電解液作為鋰離子傳輸介質，以多孔的聚乙烯、聚丙烯薄膜本身或輔以涂覆改性手段物理隔離正負極、絕緣電子而又準許鋰離子通過。鋰離子在正負極材料中嵌入、脫嵌從而實現充放電過程;在鋰離子嵌入或脫嵌的過程中，會同時伴隨與鋰離子等物質的量的電子通過外電路在正負極傳導，由此完成閉路循環，并實現電池充電或對外電路做功的效果。
另外，富鋰材料、硫、氧氣等強氧化劑，鋰金屬/合金等強還原劑，聚合物、氧化物、硫化物等固體電解質及多種鋰鹽等分別/耦合成為新型鋰電池的關鍵組元。在下一代電池(廣義涵蓋富鋰錳基電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、鋁等其他金屬空氣電池等)中，以鋰離子為載流子的各種新型鋰電池依然占據著緊要的研究方向。
圖表2：鋰電池關鍵材料發明時間段
資料來源:第三屆國際電池安全研討會(IBSW)
自1990年索尼推出商用的高安全性鈷酸鋰-石墨電池至今，以單體能量密度(比能量)提升情況作為評價標準，鋰電池技術的進步幅度約為每年3%。但和其他二次電池技術相比，鋰電池體現了更快的進步幅度，超過鉛酸、鎳鎘、鎳氫等電池。鋰電池也體現了更好的倍率、循環性能，且成本下降幅度較快，同性能安全性也在繼續改進。
圖表3：二次電池技術進展(以能量密度提升計)
資料來源：WebofScience
圖表4：鋰電池技術進展(以能量密度提升計)
資料來源：我國科學院，清華大學
鋰電助力，新能源汽車產品力繼續提升
純電動/插電混動汽車是新能源汽車的緊要組成部分，鋰電池技術的進步筆直驅動了優質新能源汽車產品的誕生，關鍵的評價指標是工況續航里程。以純電動乘用車為例，問世于2008年，采用鈷酸鋰-石墨電池的特斯拉roadster1代證實了電動車的較高動力性。近10年后，采用鎳鈷鋁-硅碳電池的特斯拉Model3證實了高性能電動車的可量產性和用戶接受度。
我國新能源汽車也有較多優質產品。比亞迪、上汽、廣汽等等自主品牌都推出了有技術競爭力的車型，具備超過400km的工況續航，且輔之以較低的百公里電耗、較高的功率/扭矩，具備較高的電池系統能量密度。比亞迪、廣汽等車企還向國際汽車龍頭豐田輸出新能源汽車相關技術;北汽新能源EX3通過多重碰撞探測。另外，我國新能源汽車產業鏈也有相當國際競爭力。
圖表7：國內外典型純電動乘用車技術指標
資料來源：公開資料整理
行而將至，由鋰電諾獎看新能源汽車征程
Goodenough教授以97歲高齡見證鋰電池的半個世紀發展歷程并獲諾貝爾獎，充足說明了技術進步對時間可能存在的高需求。鋰電池誕生初期，鋰金屬-液體電解質體系危險性極高，幾乎導致電池技術路線夭折，但(立足于鋰離子本征優點的)繼續研發使得其后來居上，成為最廣泛使用的二次電池；對新能源汽車而言，其(配合高效燃煤機組/可再生能源電力的)節能減排作用已較顯著，相比于燃油車型的緊要不足在于續航、快充難兼顧，成本仍偏高，有效使用壽命偏低，安全性仍有問題待處理。我們認為，新能源汽車雖然在系統能量密度方面不及燃油車型，但具備電驅、電控、電力系統的本征優點，具備和智能駕駛更好協同的潛力。續航里程、充電便捷性可以通過技術研發、基礎設施建設和用戶習慣培養加以相當程度處理;成本可以通過提高直通率、規模效響應優化電池組帶電量等方式加以相當程度處理；使用壽命也可以通過電池材料、單體、系統集成等多方面的研發加以相當程度處理;安全性問題可以在科學、技術、工程等多角度著手，從電池材料、單體、系統集成、整車設計、數據回溯與整車使用優化等方面繼續發力加以相當程度處理。我們中性預期純電動乘用車有望在2025年附近實現對燃油乘用車的全生命周期成本優點，且產品力進一步提升；插混乘用車平價時間點可能更早；對電價較低、油價較高的國家或地區而言，營運車型相比于家用車型的平價時間點更早。
圖表8：汽車產業全面電動化驅動力
資料來源:寧德時代
當前，以我國、歐洲、美國(加州等區域)為代表的緊要經濟體，大眾、戴姆勒、寶馬、豐田、本田等為代表的緊要傳統車企，對新能源汽車均有宏大的車型、銷量規劃及平臺開發踐行。大眾MEB平臺的首款車型ID.3已公布;豐田將其新能源汽車銷量100萬輛目標的實現時間自2030年提早至2025年。特斯拉、我國緊要車企等對純電動轎車/SUV的開發也在繼續進行。我們認為，當前補貼退坡對新能源汽車銷量的影響是暫時的，高性價比路權產品、10-20萬元區間性能-性價比兼顧產品、30萬元左右/以上高性能體驗產品均有有效的用戶需求。隨著相關技術的進步、產品力的提升、基礎設施建設的推進和用戶習慣的培養，以純電動技術路線為代表的新能源汽車具備和燃油汽車分庭抗禮、長期共存、各具優點場景的能力。
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