近年來，新能源車產業(yè)聚焦電池技術新突破，力圖破解車主的里程和價格“焦慮”。在6月27日到29日于天津舉行的世界經濟論壇第十四屆新領軍者年會（又稱“夏季達沃斯論壇”）上，行業(yè)人士認為，柔性電池等新技術的日益成熟，為新能源汽車的革新提供了可能，而鈉離子電池、鋰硫電池等原材料價格更低的電池向商業(yè)化邁進，則有望為新能源汽車的推廣鋪就更廣闊的道路。
新技術開辟電池產業(yè)新空間
(資料圖片)
順應世界經濟論壇倡導的綠色低碳發(fā)展，一汽豐田向論壇提供了兩款配備有新能源動力的車型作為會務用車，其中100輛智能電混雙擎MPV格瑞維亞作為官方接待用車，另100輛純電轎車bZ3作為會務組工作用車。這也拉開了新能源汽車亮相論壇的序幕。
近年來，隨著汽車、智慧醫(yī)療等行業(yè)需求井噴，電池技術迭代快速演進。在此背景下，柔性電池的技術路線正在從實驗室向一線應用靠攏。在世界經濟論壇新近發(fā)布的十大新興技術中，柔性電池赫然在列。憑借輕便和可塑形的特點，它有望給新能源汽車行業(yè)帶來革新。
“它可能會藏在你的手表或襯衫里，融入你的生活，在未來你甚至不會意識到自己穿戴上了相關設備?！必愻斕孛绹髮W電氣與計算機工程系副教授約瑟夫·康斯坦丁在論壇上說，與傳統(tǒng)電池相比，柔性電池在視覺上更加“友好”，靈活輕便的特征使得其融入各類產品的可能性更高。舉例說，未來可能所有的紡織品內都可以內嵌包括柔性電池在內的產品，“想象一下，如果你的一件衣服可以融合眾多的智能產品，能出現(xiàn)在幾乎任何日常生活場景中，是多么酷的體驗?！彼f，如果能夠更具性價比，柔性電池將很有可能應用在新能源汽車上。
與會人士認為，目前能量密度、材料可塑性、無毒害污染等是柔性電池走向大規(guī)模應用仍需突破的瓶頸?！耙驗楦虞p便化某種程度上就意味著總儲能的降低”，約瑟夫·康斯坦丁說，多種電池技術線路都需要在能量密度與材料柔性方面做出平衡。
傳統(tǒng)鋰電池領域也有新突破。去年，中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所唐永炳研究員團隊的一項新型鋰離子電池技術就完成了規(guī)?；慨a，研發(fā)出的新型鋰離子電池技術最低工作溫度可達零下70攝氏度，最高工作溫度達80攝氏度，且低溫與高溫性能可同時兼顧。
據(jù)悉，除克服低溫條件下無法工作及高溫時的安全風險外，該電池的能量密度較傳統(tǒng)鋰離子電池提升了13%至25%，能在20分鐘即可充滿電?；阡X基復合負極的性能優(yōu)勢，并結合開發(fā)的高性能電解液，這種低溫電池產品可以擺脫對昂貴的納米級正極材料的依賴，從而使得電池成本可降低10%至30%。
專家認為，著眼于實現(xiàn)新能源汽車續(xù)航能力更強、更具性價比的目標，未來，相關研究一方面需要尋求更加優(yōu)質的材料組合，另一方面也需要在產品落地中探索與傳統(tǒng)應用場景的深度融合模式。
“廉價電池”原材料來源廣泛
國際能源署去年發(fā)布的《2022年全球電動汽車展望》中指出，隨著電動汽車對動力電池需求的增長，動力電池關鍵原材料供應趨緊和價格飆升成為眾所矚目的問題。面對這一狀況，不少企業(yè)開始將目光投向鈉離子電池或鋰硫電池。他們預計，隨著技術不斷成熟，電池的價格有望大幅下降。
以鈉離子電池為代表的“廉價電池”的廣闊前景，受到國內多家企業(yè)青睞。從現(xiàn)有研究進展看，鈉離子電池距離“走進尋常百姓家”似乎并不遙遠。有觀點認為，2023年或將是鈉離子電池的產業(yè)化“元年”。
天風證券的研究報告認為，與鉛酸電池相比，鈉離子電池一方面在循環(huán)使用、成本、能量密度等方面都具有較為明顯的優(yōu)勢，有望向下“蠶食”鉛酸電池市場；另一方面，因整體性能與鋰電池接近、成本優(yōu)勢顯著，安全優(yōu)勢突出，有望向上制衡鋰電池應用的壟斷性。同時，鈉離子電池與鋰電池的制造工藝相似，生產線可以快捷切換，也有助于調動現(xiàn)有鋰電池產能的積極性。
今年2月舉辦的“第二屆全國鈉電池研討會”上，思皓新能源與中科海鈉聯(lián)合打造的鈉離子電池試驗車公開亮相。此次裝車試驗的思皓花仙子首次應用了蜂窩電池技術的鈉離子電池包，續(xù)航里程為252公里，電池容量為25千瓦時，快充充電時間為15分鐘至20分鐘。由中科海鈉投資建設的鈉離子電池規(guī)?；慨a線已于2022年11月正式投產。
寧德時代表示，該公司研發(fā)的鈉離子電池預計將于今年實現(xiàn)產業(yè)化，具體規(guī)模取決于客戶項目的進展情況。寧德時代特別提到，鈉離子電池成本優(yōu)勢比較明顯，待供應鏈成熟后會更具優(yōu)勢。孚能科技此前也對外宣布，收到江西江鈴集團新能源汽車有限公司的通知，同意就EV3車型開展鈉離子電池前期適配性預研工作。根據(jù)客戶生產、銷售計劃，應用鈉離子電池的EV3車型將在2023年上市銷售。
盡管鈉離子電池的進展突飛猛進，但整體看仍然處于“從0到1”的階段。面對新技術的進步以及鋰價可能長期處于高位，鈉離子電池應用場景將會逐漸擴大，從而推進對磷酸電池及鉛酸電池的替代，而在大型儲能領域，鈉離子電池則還有很長的路要走。
備受關注的還有鋰硫電池。
鋰硫電池在正極材料中使用了硫碳復合物，負極則為鋰金屬，利用氧化還原反應完成離子移動和正負極材料還原，并實現(xiàn)充放電。由于負極材料使用了鋰金屬，鋰硫電池的能量密度大大提高，這也是鋰硫電池的最大優(yōu)勢。相比磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，鋰硫電池的能量密度更高，有望在續(xù)航里程上實現(xiàn)新突破。更關鍵的是，由于沒有鎳、鈷、錳等金屬，鋰硫電池的重量更輕，成本也更低。不僅如此，鋰硫電池正極材料所需的單質硫可以從硫磺中通過進一步加工獲得，而2022年我國硫磺產量超過900萬噸，這是鋰硫電池能實現(xiàn)低價的基礎。
當然，鋰硫電池的普及也需突破多重技術瓶頸。例如，在充放電過程中，硫的體積膨脹、收縮幅度都比較大，這不僅會影響導電效率，還會增加正極結構的變化風險，降低循環(huán)的穩(wěn)定性。
回收再利用賦予電池“第二生命”
與動力電池技術開發(fā)同樣備受關注的，還有廢舊電池的再利用。曾當選世界經濟論壇全球杰出青年的比安卡·戈貝爾常年關注電池回收領域，她認為，即便加大礦產開采，世界也將會迎來電池材料短缺，回收利用技術升級則將提供全新的解決方案。
比安卡·戈貝爾說，目前電力及能源行業(yè)排放的溫室氣體已經占到全行業(yè)的三分之一，甚至超過傳統(tǒng)工業(yè)、交通業(yè)等。她預計，到2030年鋰離子電池的年需求量將達到2.8億千瓦時，鎳、鋰等材料在2027年左右就會開始出現(xiàn)明顯短缺，與此伴生的是電池行業(yè)對環(huán)境的威脅將進一步擴大。因此，各國建設更大規(guī)模的電池材料回收體系刻不容緩。
“完整的回收體系將賦予電池‘第二生命’。”比安卡·戈貝爾認為，電池經過合理的梯次利用，能夠有效延長其使用壽命。她舉例表示，即便只保留原始健康狀態(tài)百分之七十甚至更低的電池，也可以應用到市政儲能等領域。
電池回收技術是實現(xiàn)電池低碳化的關鍵環(huán)節(jié)之一。近年來，隨著動力電池退役潮來臨，大量新興企業(yè)進入電池回收領域。目前，我國鋰鎳等部分高價值元素回收技術處于國際領先水平，但面臨產業(yè)鏈上下游各自為戰(zhàn)、環(huán)境污染壓力大、無資質企業(yè)擾亂市場等現(xiàn)實挑戰(zhàn)。
華中科技大學材料科學與工程學院教授姚永剛說，從主流的回收方式來看，能量殘值較高的電池主要被梯次利用渠道吸納，電池組經過檢測拆分重組等工藝后，將重新用于風光發(fā)電、通信基站、市政設施等使用場景；殘值較低的則會通過回收利用，即利用暴力破碎、材料篩分、酸堿溶出萃取等工藝，實現(xiàn)對高價值元素的回收，但同時不可避免帶來大量的廢水廢氣廢固污染。
目前，上下游企業(yè)協(xié)同聯(lián)動的電池回收體系尚未建成。中國電池聯(lián)盟高級顧問、綜合部主任楊清雨表示，整個產業(yè)鏈包括所有電池應用端、回收渠道、網絡、梯次利用、預處理、材料再利用等多個環(huán)節(jié)，不可避免會出現(xiàn)技術壁壘、數(shù)據(jù)壁壘以及物流壁壘。
專家建議，針對目前回收利用行業(yè)內產業(yè)化技術工藝與裝備落后的現(xiàn)狀，要加強研發(fā)平臺建設，鼓勵龍頭企業(yè)、優(yōu)勢高校建設國家和省級創(chuàng)新中心等研發(fā)平臺， 鼓勵企業(yè)加大研發(fā)投入力度。同時，激勵企業(yè)在退役電池的拆解、分選、配組、清潔高效回收利用等環(huán)節(jié)開展自主研發(fā)或者產學研項目合作，以科技創(chuàng)新為基石，真正賦予廢舊電池“新生”。
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