動力電池“水與火”考驗:如何利用活潑的鋰?
2016年07月14日 8:34 2700次瀏覽 來源: 第一財經(jīng)日報 分類: 鋰
新能源汽車以及相關(guān)的動力電池產(chǎn)業(yè)正快速擴(kuò)展版圖。今年上半年,我國新能源汽車銷量同比增長127%達(dá)17萬輛。中汽協(xié)預(yù)測,今年新能源汽車銷量將達(dá)70萬輛。鋰電池產(chǎn)業(yè)投資也隨之持續(xù)高熱。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅今年上半年,就有54家動力電池上中下游上市公司發(fā)布了投資擴(kuò)產(chǎn)計劃,投資總額近1160億。
不過,在眾多企業(yè)和資本涌向鋰電池產(chǎn)業(yè)的同時,也埋下不少安全隱患。電池制造商魚龍混雜,質(zhì)量參差不齊,近段集中爆發(fā)多起安全事故,在一定程度上敲醒警鐘。
寧德鋰電池生產(chǎn)車間
安全考驗
今年7月7日,南京兩輛底盤受到雨水浸泡的電動大巴先后突然起火。起火原因疑是電池包進(jìn)水導(dǎo)致線路短路進(jìn)而引發(fā)燃燒。有業(yè)內(nèi)人士近日接受《第一財經(jīng)日報》記者采訪時分析指出,出現(xiàn)這一問題的電動車應(yīng)該是按照IP54設(shè)計,其防水等級比IP67低,通常情況下IP54夠了,但遇到特殊情況,最好還是滿足IP67標(biāo)準(zhǔn)要求。
IP是Ingress Protection的縮寫,來源于國際電工委員會的標(biāo)準(zhǔn)IEC 60529。它由兩個數(shù)字所組成,第一個數(shù)字表示防塵,第二個數(shù)字表示防水,數(shù)字越大表示其防護(hù)等級越佳,IP67標(biāo)準(zhǔn)具體要求為防止灰塵進(jìn)入和防護(hù)浸水。
無獨(dú)有偶,在南京電動大巴著火三天后,深圳市美拜電子有限公司也發(fā)生一起火災(zāi)事故,燃爆物為老化車間的鋰電池半成品。就在7月10日當(dāng)天,深圳龍華辦事處安監(jiān)辦工作人員對轄區(qū)115家電池生產(chǎn)、儲存企業(yè)開展安全隱患排查整治工作,共檢查電池企業(yè)20家,查封8家。
目前,我國電動汽車的電池一般采用鋰電池。鋰電池本身擁有體積小容量密度高的特性,符合電動汽車輕量化的要求。然而,鋰是世界上最活潑的金屬,當(dāng)鋰電池由于防護(hù)措施老化或者受到外力破壞時,鋰金屬極易與空氣中的氧氣接觸發(fā)生激烈的氧化反應(yīng),從而產(chǎn)生燃燒或爆炸。
無論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電池,都帶有一定安全風(fēng)險。而一些電池制造商為賺快錢,選擇材料以次充好或并未對電池品質(zhì)嚴(yán)格把關(guān)。2011年以來,我國共發(fā)生各類電動汽車事故31起,隨著新能源汽車保有量快速增長,事故成上升趨勢。2015年發(fā)生電動汽車事故9起,今年僅半年就已發(fā)生8起。事故原因多為電池系統(tǒng)、相關(guān)部件及充電系統(tǒng)缺陷。
寧德新能源科技有限公司(下稱“ATL”)總裁兼首席執(zhí)行官、寧德時代新能源科技股份有限公司(下稱“寧德時代”)創(chuàng)始人曾毓群前不久接受媒體采訪時打了一個比方,磷酸鐵鋰就像燒煤球一樣的,三元那邊是燒汽油一樣的,危險品不一樣。正因為深諳其危險性,寧德時代從鋰電池的開發(fā)到回收,都不敢絲毫馬虎,持續(xù)在電池安全性、可靠性以及穩(wěn)定性等方面下苦功,至今保持零起安全事故的行業(yè)領(lǐng)先位置。
寧德時代是從ATL動力電池事業(yè)部獨(dú)立出來的企業(yè),自2011年成立以來,已與國內(nèi)外眾多知名汽車廠商深度合作, 提供純電動、混合動力汽車的動力電池系統(tǒng),華晨寶馬、 吉利帝豪EV、 宇通純電動客車等已經(jīng)量產(chǎn)車型用的都是寧德時代的電池,截至2016年3月,累計運(yùn)行里程已達(dá)30億公里。
據(jù)IIT、GGII等多方綜合數(shù)據(jù),為特斯拉動力電池供應(yīng)商松下以5.5GWh在全球車用鋰電池產(chǎn)量排名第一,比亞迪以3GWh排第二,寧德時代以2.43GWh排第三。2016年,寧德時代鋰電池計劃產(chǎn)量為7~8GWh。
寧德時代總裁黃世霖
寧德時代總裁黃世霖7月11日接受《第一財經(jīng)日報》等媒體采訪時稱,國外企業(yè)進(jìn)入動力電池產(chǎn)業(yè)比中國早了十年時間。不可否認(rèn),國內(nèi)動力電池的技術(shù)在起步階段與他們有一定的差距,整體產(chǎn)業(yè)的單個規(guī)模也比他們小很多。不過,在國內(nèi)政策扶持下,中國動力電池企業(yè)也在安全、能量密度、功率與密度、使用壽命以及成本等五方面進(jìn)行技術(shù)提升,現(xiàn)在有些技術(shù)不相上下,甚至有一些國內(nèi)專項進(jìn)步很快。在消費(fèi)電子電池領(lǐng)域,ATL參與國際競爭是一點也不輸于國外企業(yè),甚至有很明顯的優(yōu)勢,動力電池正也逐漸形成這樣的態(tài)勢。寧德時代之所以被寶馬選中為動力電池供應(yīng)商,與ATL在高端電池行業(yè)有十多年的積累也有關(guān),在技術(shù)以及和高端客戶合作的經(jīng)驗上比國內(nèi)諸多同行領(lǐng)先。
為促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展,動力電池領(lǐng)域技術(shù)門檻將會不斷提高,比亞迪、寧德時代等電池制造商正積極參與國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的討論制定。任何一項新技術(shù)的性能不斷升級過程中,可靠性、安全性的問題都是不容忽視的。目前,我國汽車行業(yè)已制定了70余項針對新能源汽車的標(biāo)準(zhǔn),以及最近頻繁出臺的各項電池相關(guān)政策,也表明國家對電池安全、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)發(fā)展等都十分重視,其中工信部裝備司6月8日發(fā)布《電動客車安全技術(shù)條件》(征求意見稿),對于動力電池防水性能等方面有更嚴(yán)格要求,這一電動客車安全技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)有望于近期正式發(fā)布實施。目前,從GB/T國家認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)來看,個別標(biāo)準(zhǔn)甚至比國外認(rèn)證嚴(yán)格一些。
相比消費(fèi)類電子電池,動力電池對安全等方面要求更高,需要大量的人力物力投入。寧德時代從原料選擇到終端產(chǎn)品,通過“電池系統(tǒng)安全體系”來確保產(chǎn)品在電氣、機(jī)械、功能和化學(xué)方面的全方位安全。為保障安全測試、可靠性測試以及性能測試,寧德時代在測試中心的設(shè)備投入4億元,可同時進(jìn)行2萬個以上樣品的測試。“針刺、擠壓、碰撞、浸海水等,各種極端使用場景,我們都為用戶想到,并且通過嚴(yán)格的測試和驗證方法來保證產(chǎn)品可靠性”寧德時代測試與驗證工程師蘇育專如是說,不僅內(nèi)部測試,像外部火燒這類相對比較嚴(yán)苛項目則委托第三方機(jī)構(gòu)測試,一個測試一般至少要15個電池包,樣品費(fèi)加上認(rèn)證機(jī)構(gòu)收費(fèi),成本不低。
未來發(fā)展
未來,鋰電池產(chǎn)能會面臨過剩的局面,優(yōu)勝劣汰將加劇,動力電池制造商紛紛圍繞電池安全、續(xù)航能力、充電速率、環(huán)境適應(yīng)性以及成本等方面提升競爭力。與日本加速發(fā)展氫燃料電池路徑不同,國內(nèi)主要動力電池企業(yè)目前還是集中火力進(jìn)攻鋰電池,比亞迪、寧德時代等電池制造商在動力電池發(fā)展路徑上較為相似。
原先一直堅守磷酸鐵鋰的比亞迪,去年首次在插電式混動SUV車型宋上采取三元鋰電池。比亞迪董事主席兼總裁王傳福在今年初接受《第一財經(jīng)日報》記者采訪時稱,在動力電池上將兩條腿走路,電動大巴的電池以磷酸鐵鋰為主,乘用車將會擴(kuò)大采取三元鋰電池。寧德時代市場總監(jiān)楊琦近日接受《第一財經(jīng)日報》等媒體采訪時稱:“今年上半年該企業(yè)磷酸鐵鋰和三元出貨量占比是6:4, 下半年有幾個主力車型上市,這個比例會發(fā)生一些變化。“這個階段,比如說像大巴我們還是用磷酸鐵鋰,像乘用車會用三元,未來再過幾年,三元產(chǎn)品安全性得到了保證以后,我們也有可能向大巴推薦三元。”
在材料上,寧德時代逐步由磷酸鐵鋰/石墨、三元、高鎳三元/硅碳再到全固態(tài)鋰電池演進(jìn)。十三五期間將致力于高鎳三元/硅碳電池研發(fā)。國家十三五有一個很明確的科技攻關(guān)項目,下一代產(chǎn)品到2020年對比現(xiàn)在的動力電池,能量密度要提高一倍(即300瓦時/公斤),價格還要便宜一半。寧德時代是全國三家承接電池項目的單位之一。“現(xiàn)在,我們鋰離子電池已可以做到200~250瓦時/公斤,通過設(shè)計的優(yōu)化,屆時我們有信心將電池的能量密度做到300~350瓦時/公斤。能量密度的翻番將減少消費(fèi)者的“充電焦慮”并大幅提高純電動續(xù)航里程。在堅持以安全為本設(shè)計與開發(fā)理念前提下,我們下一代高能量密度電芯將超越國際上的競爭對手。”寧德時代電芯工程師姜玲燕如此說。
隨著新能源汽車保有量的不斷增長,對高性能、安全可靠的動力電池的需求將會出現(xiàn)一個爆發(fā)式的增長。按比亞迪規(guī)劃,該企業(yè)2020年預(yù)計電池總產(chǎn)能將達(dá)到34GWh,這幾乎等同于特斯拉Gigafactory的35GWh產(chǎn)能預(yù)期。寧德時代則更有野心,希望到2020年總產(chǎn)能有望達(dá)到50GWh。
在展開產(chǎn)能比拼的同時,無論是比亞迪還是寧德時代,早已在電池回收和梯次利用方面進(jìn)行布局?,F(xiàn)階段動力電池壽命普遍是5~8年,今年將陸續(xù)有一批新能源汽車電池衰減而面臨回收。比亞迪內(nèi)部人士接受《第一財經(jīng)日報》記者采訪時談到,比亞迪電動車的電池達(dá)到使用年限后,將可回收用于儲能電池,將儲能電池大幅降低甚至逼近零成本。寧德時代從電芯設(shè)計開始,已將電池退役后便于對其進(jìn)行拆解和電池材料回收這些因素考慮進(jìn)入,動力電池從汽車上退役后二次用于儲能市場,這也是寧德時代動力電池梯次利用的重要出口之一。寧德時代每一個電池都有一個唯一碼,可以通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)的模擬、比擬、監(jiān)控,知道電池是否已經(jīng)超出當(dāng)時設(shè)定的能力之外。通過云數(shù)據(jù)的處理,便于對回收電池篩選成本的降低。
責(zé)任編輯:周大偉
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