展枭半月刊

行业动态研究

2020年第17期，总第31期

1、充电还是换电池？电动汽车的两难之选

• 长期以来,电动汽车电池的高成本和低效率限制着电动汽车的发展,这也成为了电动汽车的“里程焦虑”。

• 为破解充电困境,一方面,电动车企业提供了换电池的方案,就像多年前的手机、笔记本电脑一样,拿掉没电的电池,换上充满电的电池一样,但由于换电站和换电方案初期投资成本过大,推广地区受限,至今未能得到应有的效果。

• 于是,在另一方面,随着电池技术不断突破,续驶里程不断增加,电动汽车的快充模式优势日益凸显。

• 现在,总部位于爱沙尼亚的初创公司 Skeleton 和德国卡尔斯鲁厄理工学院合作完成了适用于电动汽车的超级电池技术研发,这种突破性的石墨烯电池能够在 15 秒内充满电。

• 具体来说,这是一种混合电池组,结合了普通的锂离子电池和 Skeleton 自研的超级电容电池,在协同工作下发挥各自优势。

• 从锂电池的优劣来看,锂电池具有很高的能量密度,这意味着它们可以储存大量的能量,但它们的功率密度往往相当低,这意味着它们的充放电速度相对较慢。

• 而对于超级电容器来说,超级电容器可以静态存储电荷,而不是以化学形式存储,因此它们提供了巨大的功率密度,以更高的速度充电和放电,并可持续数十万次循环而不退化。但同时,它们的能量密度与锂电相比是很糟糕的;要想保持同样的能量,则需要一个比同类锂电大很多倍的电池组。

• 于是,当Skeleton将超级电容器的某些元素与锂离子电池相结合,便达到两者兼得的效果,因而制成了一个很有吸引力的解决方案。

• 作为一种突破性的石墨烯电池,其充电时间仅为15秒。这种超快的充电时间加上数十万次的充电周期,使超级电池将在未来成为影响电动汽车的三大主要问题的完美解决方案:充电时间慢、电池退化和续航焦虑。显然,当超级电池走向市场时,也将为电动汽车创造更多机遇和风口。

   

2、特斯拉电池日解密：大电芯、无极耳、高镍化

• 北京时间9月23日4点半，特斯拉电池日在其加利福尼亚州弗里蒙特工厂举行，展示了特斯拉在电池技术领域取得的最新进展。

• 核心要点：

• 1． 电芯技术方案将由2170升级为4680，采用无极耳设计，将带来14％的成本下降；

• 2． 产线效率提升投资额下降，包括干电极工艺、组装化成分容效率提升，贡献18％的成本下降；

• 3． 负极材料改进，导入创新性的硅材料，贡献5％的成本下降；

• 4． 正极材料改进，包括镍锰材料（降低钴含量）、正极加工工序简化、资源提取工序简化、回收工序的改善，贡献12％的降本；

• 5． 车身工序优化、电池封装优化，类似于CTP、CTC的思路，贡献7％的成本下降。

• 从核心要点来看，降本，是特斯拉电池日需要传播的主要核心内容。“我想让更多人买得起电动汽车。”马斯克透露，特斯拉将在未来3年内推出2．5万美元（约合17万元人民币）的新车型，尽管新车尚未命名，但其所搭载的电池已明确将在柏林工厂生产。

   

1、国轩高科副总裁：三元锂811电池安全问题未根本解决

• 近段时间以来，国内已发生了多起电动车起火事故，并且这些车辆也都搭载了三元锂电池。因此，行业对于三元锂电池的安全性，也再度引起了热议。

• 据媒体报道，9月16日－17日，在2020全球新能源汽车供应链创新大会期间。

• 合肥国轩高科副总裁徐兴无接受媒体采访时表示，三元锂811电池的安全问题还未获得根本性解决，“在这种前提下，缓一缓、退一步，是比较明智的选择。”

• 他认为，一些高能量的三元锂电池有必要降低能量密度，动力电池不仅关系乘客的人身安全，还会影响整个行业信心：“总出安全事故的话，对整个市场都会有负面影响。”

• 国产电动车主要使用的镍钴锰（NCM）三元锂电池，含有锰元素后，电池稳定性更加，同时镍元素比例降低，电池也更安全。而811三元锂电池，就是镍钴锰电池中的一种“最优解”。

• 该电池的结构，即正极材料中为镍钴锰，同时含量比例为80％：10％：10％的三元锂电池。

• 单体能量密度可达到300Wh／kg。可随着镍含量的提高，正极材料的稳定性随之下降，热失控的自燃风险也上升。

• 当前，国内宁德时代、力神、孚能，海外LG化学、SK创新等电池制造商，都有布局这种三元811锂电池。

• 但是近些年来，随着补贴退坡，以及三元锂电池频繁发生起火事故，致使不少车企制造厂商，重新把目光投在了磷酸铁锂电池身上。

• 相较于三元锂电池，磷酸铁锂电池的能量密度和低温放电性能的表现要差一些。此前几年，因为能量密度上不去，磷酸铁锂电池还被看作低端电池，无法用在汽车上。

• 不过，随着技术的提升，磷酸铁锂电池的性能也得到了突破式的发展。以比亚迪的“刀片电池”为例，不仅通过“针刺测试”，还在车辆的续航能力及动力性能方面，均表现优异。

• 值得关注的是，国轩高科的主要产品路线也是磷酸铁锂电池。在今年上半年，国轩高科营收24．22亿元，同比下降32．85％。

• 尽管与宁德时代、比亚迪等国内电池巨头，存在一定的差距，但德国大众的入股，却给国轩高科带来了新的一轮增长动力。

   

2、宝马将投逾1亿欧元 扩大德国电动车电池产能

• 宝马表示，到2022年将对莱比锡工厂投资超过1亿欧元，预计有150多名员工将在高压电池生产线工作。

• 9月23日，宝马集团宣布扩大其德国电动车零部件产能，从2021年起，莱比锡（Leipzig）工厂也将生产其电动车的高压电池模组。目前，宝马在德国仅在巴伐利亚州丁戈尔芬（Dingolfing）工厂生产电池零部件。

• 宝马预计，到2022年将对莱比锡工厂投资超过1亿欧元。该工厂最早将在2021年年中开始量产模组，为稳步增加的电动车销量做好准备。

• 莱比锡工厂在宝马集团所有的工厂中是电动出行的先行者，自2013年起，该工厂就开始参与电动出行业务，并生产宝马集团旗下第一款纯电动车型i3。宝马莱比锡工厂主管Hans－Peter Kemser表示：“现在，我们将专业技能用于生产高压电池。到2022年，150多名员工将在高压电池生产线工作。”

• 宝马发动机和电驱动规划和生产负责人Michael Nikolaides表示：“我们正在不断加大电驱动系统的生产，以满足我们电动出行的宏伟目标。最近，我们在德国丁戈尔芬开设了电驱动生产技术中心（Competence Center for E－drive Production），又在中国新建了一家电池中心，使华晨宝马的高压电池产能翻了一番。现在我们正在扩大德国电池产能。”

• 宝马预计，2023年旗下将有25款电动车，其中一半将是纯电车型；最早在2021年，宝马集团在欧洲销售的四分之一汽车都将搭载电力驱动装置，到2025年这个比例将会提高到三分之一，到2030年则达二分之一。

3、LG化学拟西班牙建电池厂，意在扩张欧洲版图

• 据外媒报道，LG化学拟于本月内通知西班牙政府，洽谈关于接管日产汽车在该国的工厂以将其转变为电池制造工作的事宜。

• 之前有消息称，日产汽车同意将西班牙工厂的封闭推延至2021年12月。日产汽车最初计划于今年12月关闭西班牙工厂。

• 如果LG化学、日产汽车、西班牙政府三方达成交易，那么，西班牙将成为LG化学在欧洲的第二大电动汽车电池生产基地。

• 在欧洲，LG化学已于波兰有一座大型电池工厂。

• 今年3月，欧洲投资银行（EIB）宣布与LG化学的波兰全资子公司达成4．8亿欧元的贷款协议。据悉，这笔资金用于扩充LG化学波兰工厂的产能。

• 4月，LG化学从韩国发展银行、韩国进出口银行和农协银行这三家银行获得了约5．5亿欧元的贷款，继续用于扩大其在波兰的动力电池产能。

• 多次扩产后，市场预计LG化学的波兰电池工厂约增加35GWh的产能，未来年产能有望达到65GWh。

• 但LG化学仍继续投资欧洲。有意收购日产汽车的工厂，以改造成电池制造工厂就是一个例子。

   

1、印度开发新型钒氧化还原流电池

• 印度马德拉斯理工学院（IIT Madras）的科学家开发了一种千瓦级的钒氧化还原流电池，用于存储风能和太阳能项目产生的电能。

• 研究人员声称已经开发出一种更便宜，更快的方法来组装钒氧化还原液流电池中使用的膜电极组件的场流板层，他们声称这种性能优于传统组件。

• 这组科学家说，该系统是印度制造的第一个此类系统，可以直接部署在工业规模的堆栈中，用于电网级别的储能。他们说：“新设计的有效性已经通过实验得到了验证。”

• 科学家表示该储能系统的额定功率为5千瓦，峰值功率为8千瓦，储能容量为25千瓦时。它的能量密度为每升30到40瓦时，在额定功率下的往返效率超过70％，在峰值功率下为60％。

• 研究人员声称测试证实了与新流场板一起使用的钒－硫酸电解质“在流场参数相同的情况下，其性能优于传统石墨板。”

• 研究人员Ravendra Gunlapalli说：“通过增加储液槽中电解质的体积，或者在保持相同堆栈数量的情况下增加新的储液槽，可以很容易地增加储能容量。同样，如果需要提高功率等级，可以将更多的烟囱连接到同一个水库上。”

• 每个堆栈有16个单元，每个单元的面积为1500平方厘米。电解液由水合硫酸钒制成，电极由石墨化碳毡制成。

• 研究人员使用三维复杂几何和网格单元进行计算流体动力学（CFD）模拟，以研究细胞内的流动分布和总压降。

• 他们说：“在几种类型的流场中，对400－1500平方厘米范围内细胞大小的实验和模拟的结合还没有在文献中被报道，这构成了目前工作的主要贡献。从这些全面的研究中产生的改进的理解导致了在细胞和堆栈水平测试的两个专利创新想法。”

   

2、韩国研发EVA-3无人驾驶飞机 装载锂硫太阳能电池

• 韩国航空航天研究所进行了太阳能无人机EAV－3的高空飞行测试，该无人机采用了韩国制造商LG化学公司生产的锂硫电池。

• 与此同时，莫纳什大学的科学家声称开发了世界上最高效的锂硫电池。他们说，新设备可以使电动汽车一次充电行驶超过1000公里。

• 澳大利亚莫纳什大学的研究人员已经开发了一种硫锂电池，他们说，这种电池的性能可能是当前产品的四倍以上。

• 韩国电池制造商LG Chem在其400伏家用锂离子电池RESU 10H中集成了SolarEdge的单相Energy Hub逆变器和备用接口。

• LG Chem说：“能源枢纽逆变器和RESU与发电机配对可达到28kW的功率和60kWh的储能。该尖端解决方案可扩展，同时保持效率，以支持任何规模的家庭。”

• LG Chem表示：“ SolarEdge的Energy Hub逆变器等级要求系统设计中所需的组件更少，这增加了美观性，但降低了安装的复杂性。Energy Hub Inverter还使房主能够通过名为mySolarEdge的全方位应用程序监视太阳能生产和能源储能。”

• 该电池公司在一份新闻稿中表示，这架小型飞机是为在12公里或以上的平流层飞行而设计的。飞机引擎由长20米的机翼和9米的机身上的太阳能电池提供动力。LG化学公司说：“在白天，它利用太阳能电池和电池作为能源，在晚上，它利用白天充电的电池。”

• 此次试飞于上午8时36分至晚上9时47分在韩国领空进行，飞行高度约22公里。LG Chem表示：“在13个飞行小时中，它飞行了7个小时，在12－22公里的平流层高度稳定输出，这是普通飞机无法飞行的地方。”

• 该公司说，EAV－3的储能系统必须忍受恶劣的大气条件，包括接近零下70摄氏度的温度和1 ／ 25大气压的低压，该公司称这种环境几乎是真空的。该电池供应商表示：“LG化学公司计划在未来通过生产额外的锂硫电池试用产品，来演示一次持续数天以上的长航时飞行。此外，它计划在2025年后大规模生产能量密度是目前锂离子电池两倍以上的锂硫电池。”

• 据微锂电小组调查，英国电池制造商Oxis能源公司也计划推出锂硫电池驱动的双座飞机。这款全电动飞机的飞行时间将超过两个小时，航程约为200海里。