新能源电池原材料(新能源电池最新技术)

 

新能源汽车销量旺盛的背后，上游锂电池的供给却不太乐观，宁德时代、蔚来的创始人都曾透露，新能源汽车行业正在面临电池荒的问题。2021年，在28种锂电材料价中26种价格上涨，无一下跌。其中，最大年涨幅达426.42%！动力电池的供不应求导致原材料价格的疯狂上涨，而这种供不应求恒有可能会延续到2025年。在这样的背景下，相关企业开始抢占锂资源，扩充产能，同时寻找新一代电池技术和新能源。

也因此，诸如钠离子电池、固态电池、铝电池等新的动力电池技术，以及氢能为代表的燃料电池，在最近一段时间成为比较热门的话题，那么这些能不能代替锂电池成为电动汽车的装载方案呢？

首先是钠离子电池，此前宁德时代曾发布了一款钠离子电池，并获得业内外人士一致好评。虽然从储能角度来看，钠离子电池相比锂离子电池，还有一定差距。但钠离子电池，也有锂离子电池所不具备的优点。

钠离子电池拥有更强的环境适应力，即便是零下20度也能稳定工作，借助该产品帮助，电动车在高纬度地区将快速普及。不仅如此，钠离子电池充电速度还更快。在充电站数量不断增多的背景下，钠离子电池快速充电的优点，有望掩盖续航里程短的缺陷。

而钠离子电池最大优势在于钠比锂更加便宜、且资源更丰富，钠电池的BOM成本也比锂电池低20%，是比磷酸铁锂电池成本更低的电池。这让电池生产商可以大幅降低电池生产成本，从而带动电动汽车价格下降。

值得一提的是，虽然钠离子电池进入市场时间并不长，但事实上，钠离子电池早在上世纪80年代就出现在了科学家实验室当中。过去三、四十年，科学家关于钠离子电池的研究一直都没有停止过。从技术储备以及技术成熟度来看，钠离子电池是唯一有可能取代锂离子电池地位的产品。事实上，之前钠离子电池已经替代锂离子电池，成为固定设施应急电源的主力军。而全球范围内有意用钠离子电池取代锂离子电池的厂商，并不是只有宁德时代。美国、日本多家研究机构都在研究相关命题。

钠电池之所以还未获得与锂电池同等的市场地位，主要原因还是在于能量密度还不够高。目前，市场上钠电池的电芯能量密度普遍在100-150Wh/kg，低于磷酸铁锂电池的180Wh/kg。相信随着钠电池材料等技术的创新突破，钠电池或将重磅回归，

除了钠离子电池，固态电池也是也是很有可能替代锂电池的动力电池技术。固态电池，具有高能量密度、高导电率、安全性高等优势，被誉为汽车锂电池的终极形态。甚至有专家放出豪言：全固态电池普及之日，就是燃油车退出历史舞台之时。

固态电池，就是使用固体材料作为锂离子来回移动的电解质。在目前常用的汽车电池中，基本采用电解液作为电解质，某种程度上可以将其称为液态锂电池。液态锂电池可能因短路、高温而发生起火，锂离子在反复沉积和析出过程中，金属锂负极表面容易生长出锂枝晶，并发生粉化，大大降低了电池的利用率，从而缩短电池使用寿命。

枝晶在电解液内生长，有时候会穿透隔膜，就会引发漏液，接着就会引发电路短路，最后电池高温自燃。平时经常在新闻中看到电动汽车自燃事故，其中大部分都是因为枝晶疯涨，从而引起电解液漏液。固态电池电芯内不含电解液，也不需要电解质盐与隔膜，彻底杜绝了漏液引发的自燃问题。

此外，固态电池没有液体，也就不需要复杂的封装系统，也不需要 BMS 温控组件。汽车动力电池，并不是像四驱车那样将柱状电池直接塞到电池盒内，需要用一层层包装将这些柱状电池、方形电池包起来，然后组成电池包，最后再将其安放在汽车底盘上。这一层层包装，其实就是复杂的封装与温控系统，保障汽车安全。

固态电池技术出现后，封装系统可以更加简单，电芯占电池包的比重也更高。如此一来，电池包整体能量密度也会得到相应提升。综合来看，固态电池有望突破 500Wh/kg 瓶颈，将电动汽车续航里程提高到 1000 公里以上。

电池尺寸小、安全性强、续航里程长，固态电池简直就是完美的锂电池技术，可是，理论数据再好也没用，固体电池技术研发难度太大。

去年1月，蔚来高调发布固态电池包，声称将在蔚来ET7轿车上使用；去年4月，宝马发布固态电池规划，计划在2025年前推出固态电池原型车，2030年前量产。除此之外，汽车动力电池御三家宁德时代、LG 化学、松下也纷纷开展固态电池研发计划，一个属于固态电池的时代似乎即将来临。

不久前，全球首款铝电池问世，这也人我们看到除钠离子电池和固态电池以外的另一种可能。铝离子电池EaI不仅性能比锂电池更强劲，还在续航、安全、循环次数等方面全面超越锂离子电池。铝离子电池EaI的能量密度为1500Wh/L，或能提供600Wh/kg能量。作为对比，即便是当下最先进的三元电池所能提供的能量不过200Wh/kg。而一组15KW的铝离子电池，能为电动汽车提供1200公里的续航，支持20000次循环充放电，在汽车上的寿命长达15年。

此外，铝离子电池EaI没有使用钴、镍等贵金属，也没有枝晶困扰，热失控等，并且充电速度短得惊人。从技术上来看，铝离子电池的前景的确非常广阔。而从价格来看亦是如此，受电池荒影响，应用于三元锂、磷酸铁锂电池的金属锂、钴等价格持续上涨。

随着锂、钴价格的上涨，市场急需寻找更具有性价比的材料。如今看来，铝就是一个很好的替代者。无论是从参数，还是发展前景，铝离子电池的确比锂离子电池更优秀。倘若铝离子固态电池真的能实现商业化，那么它将极大推动电动汽车的快速发展。不过，从产业链布局、资本投资以及技术等多方面来看，铝离子电池想要替代锂电的方案比较难。

除了以上几种动力电池技术，以氢能源为主的燃料电池则是真正意义上的无污染能源，也是未来替代动力电池的最好方案。而氢燃料电池汽车将在北京冬奥会重点推广。北汽福田汽车近日交付的212台氢燃料客车是为冬奥会北京延庆赛区提供的。目前共交付了近500辆氢燃料客车，用来为张家口赛区和北京延庆赛区提供服务。

此外，冬奥会和冬残奥会举办期间，丰田将首次在中国投入大规模使用的FCEV 第二代MIRAI、柯斯达氢擎，以及多款BEV、HEV车型。

从环保角度出发，无疑电动车和氢能汽车都是符合要求的。但如今锂电池成本持续攀升，政府补贴又逐渐退坡，电动车性价比大幅下降，那么氢能源汽车是否具备替代电动车的机会了呢？

公共机构应当减少空调、计算机、复印机等用电设备的待机能耗，及时关闭用电设备。

在探讨氢能源对动力电池的替代之前，首先首先要搞懂什么是氢能源汽车。从字面意思不难理解，氢能源汽车就是以氢气作为主要动力来源的汽车。但实际上，氢能源汽车存在氢燃料电池和氢内燃机两大分支路线，他们之间有着本质上的区别。

氢燃料电池系统虽然有燃料二字，但实际上却并不通过燃烧来进行能源转换，而是氢气在燃料电池堆中发生化学反应，将化学能转化为电能，然后再通过电动机转化为动能的过程。这套动力系统看似复杂，但却拥有干净环保，能量转化率高的优势。

与电动车类似，氢燃料电池的最大的改变就是这套燃料电池堆及辅助系统（简称BOP），同时也是成本占比最高的部分，约占整车总成本的60%以上，其中电堆又占到BOP系统成本的60%。

由于氢燃料电池能量转化率高，同时安全系数也很高，因此被市场看做是具备爆发潜力的赛道，也是被看做是电动车最有力的竞争者。

从装机量来看，中国燃料电池系统仅处于发展初期，尚未进入红利释放期。2019年全国燃料电池装机量126.4MW，而疫情下的2020年，这一数据同比下降36%至80.4MW，显示出极强的波动性。

尽管氢燃料电池汽车已经具备了替代电动车的潜力，但其迟迟无法大规模推广，核心原因就在于成本之上。这里的成本主要有三方面，其一氢燃料电池汽车的整车成本；其二加氢站成本；其三则是制氢成本。

首先，氢燃料电池汽车目前的整车成本依然偏高，具有很大的下降空间。BOP系统是氢燃料电池汽车占比最高的成本要素，其中燃料电池堆又是BOP系统中占比最高的。因此BOP系统和燃料电池堆的价格直接决定了整车成本的高低。单从应用角度来看，氢燃料电池在汽车中的使用已经不成问题，但由于缺少规模优势，使得相关技术的迭代速度很慢，这直接造成了BOP系统的价格难以下降。

例如氢气在燃料电池堆的反应过程中需要用到催化剂，传统催化剂需要用到很多贵金属铂（Pt），但实际上金属铂并非唯一的选择，通过降低降低铂的含量或者寻找替代品，依然能够起到催化作用。

喷雾干式烟气脱硫(简称干法FGD)，最先由美国JOY公司和丹麦Niro Atomier公司共同开发的脱硫工艺，70年代中期得到发展，并在电力工业迅速推广应用。该工艺用雾化的石灰浆液在喷雾干燥塔中与烟气接触，石灰浆液与SO2反应后生成一种干燥的固体反应物，最后连同飞灰一起被除尘器收集。

类似的技术改进几乎可以出现在BOP系统各个分支之上，从成本角度考量，氢燃烧电池汽车距离完美依然有很大的距离。

其次，加氢站的短缺也是制约氢燃料电池车辆发展的重要原因之一。氢气是氢燃料电池汽车的核心燃料，但氢却并不能轻易得到，与到处都是的加油站对比，加氢站的数量可谓凤毛麟角。即使目前，氢燃料电池汽车的单价已经降至很低，但如果周围没有加氢站提供燃料，那么也不会有消费者购买它。

加氢站到底有多么稀缺呢？截止2020年底，中国累计建成加氢站118座，其中101座已经正式投入运营，且有167座仍在假设中。刚刚过百的加氢站数量，意味着对于普通人来说，氢燃料电池汽车几乎不具有应用性。

目前，我国建造一个加氢站的成本约1500万元，这还没有包括后续的运维费用。但好的一点是，国内的加氢站的核心产品几乎都做到了自主研发。从成本端看，加氢站成本最高的是压缩机，约占整个加氢站总成本的30%。

第三，氢气的价格更是直接影响到终端的使用成本。现阶段，我国氢气来源主要依靠煤炭、工业副产和天然气。这些制氢方法虽然可以尽量的降低成本，但由于制氢过程中同样涉及到碳的排放，因此并不是真正的新能源。

行业中将由电解水方式得到的氢气称为绿氢，它也被市场公认为氢能源的最佳答案。电解水制氢的原理就是在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。

目前，已经实现工业规模化的电解水技术主要以碱性电解水为主，质子交换膜电解水与固体氧化物电解水尚处于发展阶段。碱性电解水的优点是技术成熟，配套成本低，但缺点则是过于耗电，未来有可能被其他路线所取代。

由于电解水制氢中，需要用到大量的电，因此最终氢气价格直接与电价高度相关。按照估算，如果电价能够低于0.3元时，那么电解水制氢的成本就能够跟其他制氢方法持平。

虽然氢燃料电池无法在短时间内取代动力电池，但其却可以在部分场景实现对于锂电池汽车的互补，进一步实现碳中和之路。

随着锂电池原材料价格的上涨，汽车和电池企业面临严峻的考验，这迫使企业加大对电池技术研发的投入，企业需要通过创新探索新技术、新产品、新业态、新商业模式， 这将对建立电池技术新体系起到积极推动作用。无论是固态电池、钠离子电池、铝离子电池还是氢燃料，在中国制造2025里面提出动力电池能量密度需要突破400Wh/kg， 要达到这样一个目标，对电池企业和研发机构都提出了新的挑战。

人类发展到今天，能源已经是我们生活中不可或缺的一部分，不亚于日常生活所需要的空气和水，已经是我们耐以生存和发展的基本保障。