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    中国新能源车销量激增 促进动力电池回收市场发展

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    •   动力电池作为新能源汽车的“心脏”,其重要性不言而喻。随着电动汽车销量增长,动力电池产量也不断增加。根据中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示,2020年我国动力电池装车量累计63.6GWh;高工产研锂电研究所统计数据显示,我国2020年动力电池市场规模约为650亿元,全社会对动力电池的关注不断提升,就连消费者买车,都知道问一问车辆用的电池是三元还是磷酸铁锂。

      中国新能源车销量激增  促进动力电池回收市场发展

        随着现有技术不断成熟,接下来动力电池技术路线应何去何从?电动车自燃引发的热议也从未休止,未来的电池安全将如何保障?有数据显示2025年我国退役电池将达到100GWh,国家、企业在电池回收与再利用上又有什么规划?

        在10月11日-12日于南京召开的2021全球新能源与智能汽车供应链创新大会上,行业专家、企业高层共同分享了他们对动力电池行业未来发展趋势的一些考量:动力电池或将围绕“降钴调镍”进行技术改进,终极方向是固态电池;动力电池安全将在采用稳定材料的同时,通过更精确的数据收集与更精准的算法模型进行监控;回收利用则需要政府与企业通力合作,实现梯次利用,打造“城市矿山”。

        动力电池技术路径:降钴势在必行 固态电池是长期方向

        根据中国电池工业协会副理事长黄学杰介绍,目前我国新能源汽车主流的动力电池形式有两种,分别是安全性高、成本较低、里程有限的铁锂电池和里程较长、价格略高、安全性有提升空间的三元锂电池,这两种电池都在市场上有不错的表现。

        业内人士向记者介绍,目前的技术,还有进一步发展的空间,主要方向是提升能量密度、降低成本,以此更好地走向市场化、吸引消费者,这也能在一定程度上更好地推进节能减排。而电池材料主要是要向低钴电池发力。由于我国钴资源稀缺,绝大多数钴资源集中在非洲国家刚果,不仅进口价格高,全球储量也有限。所以电池技术发展一定是要降低电池正极材料中的钴元素的。现在各大企业、机构都在推进低钴、甚至是无钴材料的电池。

        低钴、无钴电池的方向在哪里?黄学杰从技术角度主要分享了降镍、升镍两条发展路径,首先是以“降镍”为核心,发展镍锰酸锂电池。在2010年前后,日产热销全球的一款电动汽车聆风曾采用了完全不同于现在技术的电池——锰酸锂电池。这款电池安全性高,但续航里程有限,黄学杰认为,可以通过在锰酸锂电池中,将1/4的锰换成镍(相比后面说的低钴高镍三元锂电池,还是降镍技术),以此提升电池的高压,再匹配石墨负极,镍锰酸锂电池电压可达4.5V,高于磷酸铁锂电池与三元锂电池的标准电压,有更好的能量密度优势,有效提升续航。黄学杰进一步解释道,镍锰酸锂电池在几乎只调整了正极材料后,可比磷酸铁锂电池单位体积能量提升40%、成本降低20%。目前镍锰酸锂电池的技术瓶颈主要在耐高温和循环性方面,黄学杰表示,自己的团队已经在此领域实现了突破。

        公开资料显示,目前长城汽车旗下的蜂巢能源打造的“无钴电池”技术就在向镍酸锂电池发力。

        黄学杰介绍的第二条发展路径是在三元锂电池的基础上,降钴升镍。镍在成本相比钴更低的同时,可以为电池提供更高的能量密度,提升续航。高镍低钴的电池内部容量可以从160mAh/g提高到180mAh/g,继续提升到200mAh/g。该技术的极限是把钴完全去掉的镍酸锂电池,结合升级的负极材料,能量密度可以比三元锂电池提升40%,从现阶段的不到700提升到1000Wh/L。目前该技术的突破点在足够好的寿命和稳定性。新能源汽车巨头特斯拉现在就在向高镍低钴的电池技术发力。

        中国电子科技集团公司第十八研究所研究员肖成伟也提到目前高镍三元材料也可以打造固液混合电池,这类电池作为一个过渡的技术和产品也会有一个非常好的发展前景。公开资料显示,蔚来汽车就曾计划将在全新轿车ET7上搭载半固态电池技术。

        此外,黄学杰还提到了固态电池的发展。在他看来,固态电池是革命性的技术,全国的“英雄好汉”都在争项目,希望通过原理创新做出全固态电池,为下一代600Wh/kg的电池做奋斗,那时候的电池甚至能够支持飞机的运行。

        提升动力电池安全两步走 升级材料、提高监测能力

        上海前晨汽车科技创始人董事长兼首席执行官黄晨东提到,随着新能源车的保有量不断扩大,电池前几年出现了不少安全问题,消费者们也对于电动汽车电池安全问题愈发重视。对此,国家法规不断严格,在提出热失控提前5分钟预警的强制标准外,在BMS、放电模式等方面也都建立起了推荐的标准。

        在黄晨东看来,为了让动力电池安全性不断提升,企业们一方面要不断应用稳定性更高的材料,另一方面则要做好数据监测。

        黄晨东介绍,无论是行业关注的低镍技术,还是被寄予厚望的固态电池,它们都采用了更加安全的材料。此外,企业们还为电池包加入断电保护系统、电芯加入防短路材料、匹配液冷恒温系统,用以升级电池安全;4S店要在消费者维保时对车辆电池的机械结构检查,企业则需要在平时通过监测的数据对电池进行判断,其中日常监测尤为重要。

        黄晨东认为日常的数据监测有两个重要的技术环节,一是做到精确高频次的数据采集、二是建立正确的应力模型进行数据分析。

        上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心副主任丁晓华也提到,数据采集频率提升十分重要。我国现行标准是30秒出一组数据,实际采样过程中很多企业要求10秒一组。但此两种频率产生的数据不仅不能反映出电池特征,在一些交通事故回溯过程中的作用也较为有限。

        所以丁晓华、黄晨东都提到了将数据的采集频率提高到1秒。一方面可以对电池进行预警,另一方面相关数据还可以在其它领域协助事件回溯。

        在黄晨东看来,除了要在保证精确度的同时将数据的采集频率提升外,电池监测企业还要在数据分析上从过去的单应力模型向多应力模型转变。多应力模型要在软件设计上,把电池倍率、温度、放电深度、高电压等因素叠加起来进行实验验证,避免一个应力模型抓不到电池的异常特征导致没有提前预警。

        总之电池系统的安全,不仅要有材料技术的提升,更要有全周期的监控管理,两者都是未来技术发展的重要环节。

        2025年动力电池退役超100GWh 梯次利用与回收使电池成本降低20%以上

        随着新能源汽车经历多年的发展,一些车辆已经进入了报废环节。电池回收与再利用也渐渐进入到人们的视野中。中汽数据有限公司资深主管王攀表示,据预测2025年我国动力电池累计退役量将超过100GWh,大量车载电池面临退役,一方面这些电池多数还处于较好的状态,只是不再满足车规级要求,可以作为储能电池使用;另一方面这些电池富含稀有金属,可以被视为“城市矿山”,再次提炼。梯次利用协同开发城市矿山对动力电池进行回收,不仅可以降低碳排放,也可以缓解上游原材料价格的上涨以及目前的金属资源短缺、依赖进口的问题。根据江苏华友循环科技有限公司总经理鲍伟提供的数据,2020年刚果(金)的钴含量达到全球的51.5%,中国则只有1%。开展电池梯次利用、对“城市矿山”进行开发十分必要。

        动力电池的梯次利用与回收有较积极的市场,其利润也渐渐显现出来。王攀表示,从整个电池回收利用经济性测算,梯次利用的应用场景当中,以租代售的方式用到低速二轮车或者三轮车的经济性水平相对来说较好、投资周期较短,路灯、船舶、基站备站、储能也是接下来不错的发展方向。从再生利用角度看,数据在动态变化中三元锂电池的利润一直不错,随着碳酸锂价格的上涨,磷酸铁锂电池的再生利用也产生了较高的利润空间。肖成伟也提到,现在磷酸铁的价格已经涨到20万/吨,整个磷酸铁锂资源再生的经济性已经体现得很充分。鲍伟则向记者介绍,在适用的场景下,企业通过梯次利用和再生利用可以使电池成本降低20%以上。

        此外,王攀还分享了国际上对动力电池再利用的情况。2020年欧洲对于动力电池的回收出台了《欧洲电池新法》,其中有对“新电池材料当中再生材料的含量提出了比例要求”等一系列引导政策,或直接或间接地推动了电池回收利用的产业发展,甚至形成了涵盖全生命周期的碳贸易壁垒。

        在不断变幻的国际形势下,政府、企业协力推进电池梯次利用与回收十分重要。目前国家也在引导动力电池的梯次利用,工信部已联合其他四部委在8月印发《新能源汽车动力电池梯次利用管理办法》。王攀补充道,未来可能会有一些机制、补贴优惠、金融支持手段出现,推动电池梯次利用与回收。

        新京报贝壳财经记者 白昊天 编辑 徐超 校对 薛京宁

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