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展梟半月刊:新能源行業研究報告第三十一期

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展梟半月刊:新能源行業研究報告第三十一期

【摘要】:
行業焦點:1、充電還是換電池?電動汽車的兩難之選 2、特斯拉電池日解密:大電芯、無極耳、高鎳化1、國軒高科副總裁:三元鋰811電池安全問題未根本解決2、寶馬將投逾1億歐元 擴大德國電動車電池產能3、LG化學擬西班牙建電池廠,意在擴張歐洲版圖

展梟半月刊

行業動態研究

2020年第17期,總第31期

 
 

本期內容導讀:

 

行業焦點:

1、充電還是換電池?電動汽車的兩難之選

2、特斯拉電池日解密:大電芯、無極耳、高鎳化

 

資訊動態:

1、國軒高科副總裁:三元鋰811電池安全問題未根本解決

2、寶馬將投逾1億歐元 擴大德國電動車電池產能

3、LG化學擬西班牙建電池廠,意在擴張歐洲版圖

 

國際資訊:

1、印度開發新型釩氧化還原流電池

2、韓國研發EVA-3無人駕駛飛機裝載鋰硫太陽能電池

 
 

 

行業焦點

1、充電還是換電池?電動汽車的兩難之選

  • 長期以來,電動汽車電池的高成本和低效率限制著電動汽車的發展,這也成為了電動汽車的“里程焦慮”。

  • 為破解充電困境,一方面,電動車企業提供了換電池的方案,就像多年前的手機、筆記本電腦一樣,拿掉沒電的電池,換上充滿電的電池一樣,但由于換電站和換電方案初期投資成本過大,推廣地區受限,至今未能得到應有的效果。

  • 于是,在另一方面,隨著電池技術不斷突破,續駛里程不斷增加,電動汽車的快充模式優勢日益凸顯。

  • 現在,總部位于愛沙尼亞的初創公司 Skeleton 和德國卡爾斯魯厄理工學院合作完成了適用于電動汽車的超級電池技術研發,這種突破性的石墨烯電池能夠在 15 秒內充滿電

  • 具體來說,這是一種混合電池組,結合了普通的鋰離子電池和 Skeleton 自研的超級電容電池,在協同工作下發揮各自優勢。

  • 從鋰電池的優劣來看,鋰電池具有很高的能量密度,這意味著它們可以儲存大量的能量,但它們的功率密度往往相當低,這意味著它們的充放電速度相對較慢。

  • 而對于超級電容器來說,超級電容器可以靜態存儲電荷,而不是以化學形式存儲,因此它們提供了巨大的功率密度,以更高的速度充電和放電,并可持續數十萬次循環而不退化。但同時,它們的能量密度與鋰電相比是很糟糕的;要想保持同樣的能量,則需要一個比同類鋰電大很多倍的電池組。

  • 于是,當Skeleton將超級電容器的某些元素與鋰離子電池相結合,便達到兩者兼得的效果,因而制成了一個很有吸引力的解決方案。

  • 作為一種突破性的石墨烯電池,其充電時間僅為15秒。這種超快的充電時間加上數十萬次的充電周期,使超級電池將在未來成為影響電動汽車的三大主要問題的完美解決方案:充電時間慢、電池退化和續航焦慮。顯然,當超級電池走向市場時,也將為電動汽車創造更多機遇和風口。

     

2、特斯拉電池日解密:大電芯、無極耳、高鎳化

  • 北京時間9月23日4點半,特斯拉電池日在其加利福尼亞州弗里蒙特工廠舉行,展示了特斯拉在電池技術領域取得的最新進展。

  • 核心要點:

  • 1. 電芯技術方案將由2170升級為4680,采用無極耳設計,將帶來14%的成本下降;

  • 2. 產線效率提升投資額下降,包括干電極工藝、組裝化成分容效率提升,貢獻18%的成本下降

  • 3. 負極材料改進,導入創新性的硅材料,貢獻5%的成本下降

  • 4. 正極材料改進,包括鎳錳材料(降低鈷含量)、正極加工工序簡化、資源提取工序簡化、回收工序的改善,貢獻12%的降本

  • 5. 車身工序優化、電池封裝優化,類似于CTP、CTC的思路,貢獻7%的成本下降

  • 從核心要點來看,降本,是特斯拉電池日需要傳播的主要核心內容。“我想讓更多人買得起電動汽車。”馬斯克透露,特斯拉將在未來3年內推出2.5萬美元(約合17萬元人民幣)的新車型,盡管新車尚未命名,但其所搭載的電池已明確將在柏林工廠生產。

     

 

資訊動態

1、國軒高科副總裁:三元鋰811電池安全問題未根本解決

  • 近段時間以來,國內已發生了多起電動車起火事故,并且這些車輛也都搭載了三元鋰電池。因此,行業對于三元鋰電池的安全性,也再度引起了熱議。

  • 據媒體報道,9月16日-17日,在2020全球新能源汽車供應鏈創新大會期間。

  • 合肥國軒高科副總裁徐興無接受媒體采訪時表示,三元鋰811電池的安全問題還未獲得根本性解決,“在這種前提下,緩一緩、退一步,是比較明智的選擇。”

  • 他認為,一些高能量的三元鋰電池有必要降低能量密度,動力電池不僅關系乘客的人身安全,還會影響整個行業信心:“總出安全事故的話,對整個市場都會有負面影響。”

  • 國產電動車主要使用的鎳鈷錳(NCM)三元鋰電池,含有錳元素后,電池穩定性更加,同時鎳元素比例降低,電池也更安全。而811三元鋰電池,就是鎳鈷錳電池中的一種“最優解”。

  • 該電池的結構,即正極材料中為鎳鈷錳,同時含量比例為80%:10%:10%的三元鋰電池

  • 單體能量密度可達到300Wh/kg。可隨著鎳含量的提高,正極材料的穩定性隨之下降,熱失控的自燃風險也上升。

  • 當前,國內寧德時代、力神、孚能,海外LG化學、SK創新等電池制造商,都有布局這種三元811鋰電池。

  • 但是近些年來,隨著補貼退坡,以及三元鋰電池頻繁發生起火事故,致使不少車企制造廠商,重新把目光投在了磷酸鐵鋰電池身上。

  • 相較于三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池的能量密度和低溫放電性能的表現要差一些。此前幾年,因為能量密度上不去,磷酸鐵鋰電池還被看作低端電池,無法用在汽車上。

  • 不過,隨著技術的提升,磷酸鐵鋰電池的性能也得到了突破式的發展。以比亞迪的“刀片電池”為例,不僅通過“針刺測試”,還在車輛的續航能力及動力性能方面,均表現優異。

  • 值得關注的是,國軒高科的主要產品路線也是磷酸鐵鋰電池。在今年上半年,國軒高科營收24.22億元,同比下降32.85%。

  • 盡管與寧德時代、比亞迪等國內電池巨頭,存在一定的差距,但德國大眾的入股,卻給國軒高科帶來了新的一輪增長動力。

     

 

2、寶馬將投逾1億歐元 擴大德國電動車電池產能

  • 寶馬表示,到2022年將對萊比錫工廠投資超過1億歐元,預計有150多名員工將在高壓電池生產線工作。

  • 9月23日,寶馬集團宣布擴大其德國電動車零部件產能,從2021年起,萊比錫(Leipzig)工廠也將生產其電動車的高壓電池模組。目前,寶馬在德國僅在巴伐利亞州丁戈爾芬(Dingolfing)工廠生產電池零部件。

  • 寶馬預計,到2022年將對萊比錫工廠投資超過1億歐元。該工廠最早將在2021年年中開始量產模組,為穩步增加的電動車銷量做好準備。

  • 萊比錫工廠在寶馬集團所有的工廠中是電動出行的先行者,自2013年起,該工廠就開始參與電動出行業務,并生產寶馬集團旗下第一款純電動車型i3。寶馬萊比錫工廠主管Hans-Peter Kemser表示:“現在,我們將專業技能用于生產高壓電池。到2022年,150多名員工將在高壓電池生產線工作。”

  • 寶馬發動機和電驅動規劃和生產負責人Michael Nikolaides表示:“我們正在不斷加大電驅動系統的生產,以滿足我們電動出行的宏偉目標。最近,我們在德國丁戈爾芬開設了電驅動生產技術中心(Competence Center for E-drive Production),又在中國新建了一家電池中心,使華晨寶馬的高壓電池產能翻了一番。現在我們正在擴大德國電池產能。”

  • 寶馬預計,2023年旗下將有25款電動車,其中一半將是純電車型;最早在2021年,寶馬集團在歐洲銷售的四分之一汽車都將搭載電力驅動裝置,到2025年這個比例將會提高到三分之一,到2030年則達二分之一。

 

3、LG化學擬西班牙建電池廠,意在擴張歐洲版圖

  • 據外媒報道,LG化學擬于本月內通知西班牙政府,洽談關于接管日產汽車在該國的工廠以將其轉變為電池制造工作的事宜。

  • 之前有消息稱,日產汽車同意將西班牙工廠的封閉推延至2021年12月。日產汽車最初計劃于今年12月關閉西班牙工廠。

  • 如果LG化學、日產汽車、西班牙政府三方達成交易,那么,西班牙將成為LG化學在歐洲的第二大電動汽車電池生產基地。

  • 在歐洲,LG化學已于波蘭有一座大型電池工廠。

  • 今年3月,歐洲投資銀行(EIB)宣布與LG化學的波蘭全資子公司達成4.8億歐元的貸款協議。據悉,這筆資金用于擴充LG化學波蘭工廠的產能。

  • 4月,LG化學從韓國發展銀行、韓國進出口銀行和農協銀行這三家銀行獲得了約5.5億歐元的貸款,繼續用于擴大其在波蘭的動力電池產能。

  • 多次擴產后,市場預計LG化學的波蘭電池工廠約增加35GWh的產能,未來年產能有望達到65GWh。

  • 但LG化學仍繼續投資歐洲。有意收購日產汽車的工廠,以改造成電池制造工廠就是一個例子。

     

 

國際資訊

1、印度開發新型釩氧化還原流電池

  • 印度馬德拉斯理工學院(IIT Madras)的科學家開發了一種千瓦級的釩氧化還原流電池,用于存儲風能和太陽能項目產生的電能。

  • 研究人員聲稱已經開發出一種更便宜,更快的方法來組裝釩氧化還原液流電池中使用的膜電極組件的場流板層,他們聲稱這種性能優于傳統組件。

  • 這組科學家說,該系統是印度制造的第一個此類系統,可以直接部署在工業規模的堆棧中,用于電網級別的儲能。他們說:“新設計的有效性已經通過實驗得到了驗證。”

  • 科學家表示該儲能系統的額定功率為5千瓦,峰值功率為8千瓦,儲能容量為25千瓦時。它的能量密度為每升30到40瓦時,在額定功率下的往返效率超過70%,在峰值功率下為60%。

  • 研究人員聲稱測試證實了與新流場板一起使用的釩-硫酸電解質“在流場參數相同的情況下,其性能優于傳統石墨板。”

  • 研究人員Ravendra Gunlapalli說:“通過增加儲液槽中電解質的體積,或者在保持相同堆棧數量的情況下增加新的儲液槽,可以很容易地增加儲能容量。同樣,如果需要提高功率等級,可以將更多的煙囪連接到同一個水庫上。”

  • 每個堆棧有16個單元,每個單元的面積為1500平方厘米。電解液由水合硫酸釩制成,電極由石墨化碳氈制成。

  • 研究人員使用三維復雜幾何和網格單元進行計算流體動力學(CFD)模擬,以研究細胞內的流動分布和總壓降。

  • 他們說:“在幾種類型的流場中,對400-1500平方厘米范圍內細胞大小的實驗和模擬的結合還沒有在文獻中被報道,這構成了目前工作的主要貢獻。從這些全面的研究中產生的改進的理解導致了在細胞和堆棧水平測試的兩個專利創新想法。”

     

2、韓國研發EVA-3無人駕駛飛機 裝載鋰硫太陽能電池

  • 韓國航空航天研究所進行了太陽能無人機EAV-3的高空飛行測試,該無人機采用了韓國制造商LG化學公司生產的鋰硫電池。

  • 與此同時,莫納什大學的科學家聲稱開發了世界上最高效的鋰硫電池。他們說,新設備可以使電動汽車一次充電行駛超過1000公里。

  • 澳大利亞莫納什大學的研究人員已經開發了一種硫鋰電池,他們說,這種電池的性能可能是當前產品的四倍以上。

  • 韓國電池制造商LG Chem在其400伏家用鋰離子電池RESU 10H中集成了SolarEdge的單相Energy Hub逆變器和備用接口。

  • LG Chem說:“能源樞紐逆變器和RESU與發電機配對可達到28kW的功率和60kWh的儲能。該尖端解決方案可擴展,同時保持效率,以支持任何規模的家庭。”

  • LG Chem表示:“ SolarEdge的Energy Hub逆變器等級要求系統設計中所需的組件更少,這增加了美觀性,但降低了安裝的復雜性。Energy Hub Inverter還使房主能夠通過名為mySolarEdge的全方位應用程序監視太陽能生產和能源儲能。”

  • 該電池公司在一份新聞稿中表示,這架小型飛機是為在12公里或以上的平流層飛行而設計的。飛機引擎由長20米的機翼和9米的機身上的太陽能電池提供動力。LG化學公司說:“在白天,它利用太陽能電池和電池作為能源,在晚上,它利用白天充電的電池。”

  • 此次試飛于上午8時36分至晚上9時47分在韓國領空進行,飛行高度約22公里。LG Chem表示:“在13個飛行小時中,它飛行了7個小時,在12-22公里的平流層高度穩定輸出,這是普通飛機無法飛行的地方。”

  • 該公司說,EAV-3的儲能系統必須忍受惡劣的大氣條件,包括接近零下70攝氏度的溫度和1 / 25大氣壓的低壓,該公司稱這種環境幾乎是真空的。該電池供應商表示:“LG化學公司計劃在未來通過生產額外的鋰硫電池試用產品,來演示一次持續數天以上的長航時飛行。此外,它計劃在2025年后大規模生產能量密度是目前鋰離子電池兩倍以上的鋰硫電池。”

  • 據微鋰電小組調查,英國電池制造商Oxis能源公司也計劃推出鋰硫電池驅動的雙座飛機。這款全電動飛機的飛行時間將超過兩個小時,航程約為200海里。

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