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全球电动车产业将重新洗牌与变革,只因94岁高龄的他

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   科技先生讯 3月6日消息,电动车从近几年发展趋势来说购买量正在逐年上升,但是成本和拥有量来说对比内燃机车还是有很大差距。然而,这些估计基于的假定是,现有的锂离子电池仍然将是电动车的主要电力来源。

  电动汽车的狂欢,锂电池是产业命脉

  在我国,2016年新能源汽车产量超越51万辆,38.8%,纯电动占比81.9%,插电式混合动力占比18.1%。预计到2017年底的统计数字可达90万辆。国内投资圈已引发‘电动汽车淘金热’,目前市场上有包括乐视汽车、蔚来汽车在内的200多家创业公司,总投资额达20亿美金以上。同比增长以特斯拉为代表的电动汽车已经进入人们的生活,但这一速度是否能够加快其中一个关键因素就在于电池技术的发展。

  纵观全球市场,2016年上半年全球电动车销量排行榜中,比亚迪以绝对优势继续领先,特斯拉与尼桑(日产)Leaf相较争夺亚军。排行前20车企中,中国企业占了九个席位,包括北汽、荣威、众泰、奇瑞和吉利纷纷入榜。中国电动汽车行业呈现后来者居上,赶超欧美日的态势。其中,美国特斯拉的电池采购于长期合作伙伴日本松下,日本尼桑汽车电池来自于自己的品牌AESC。国内的汽车企业倾向于从本国采购电池,包括天津力神、波士顿电池等均在第一梯队的供应商之列。

  从消费体验来说,EV和内燃机车的一个本质差别在于“里程焦虑”。所谓“里程焦虑”,就是电动汽车使用者发现电池剩余电量开始下降时,就会担心无法到达目的地从而产生焦虑。再进一步分析,这与电动汽车的电池续驶里程短(电池的能量密度还不能满足需求)、充电时间长(电池对充电电流的接受能力较差)、电池寿命短、电池成本贵息息相关。突破不了电池技术和产能,电动汽车达不到量产,就无法攻占市场。

  得电池者得天下,94岁的他再获突破

  德州大学奥斯汀分校科克雷尔工学院94岁高龄的约翰·古迪纳夫教授是锂离子电池共同发明者。现如今,他又带领工程师团队打造了一个新型全固态电池,这意味着对电池驱动汽车的预测将有可能得到大幅调整。这位电池领域的泰斗级人士表示,“我认为,我们现在有可能做到20年来一直想做的事情——就是为了得到一台在成本和便利性上与内燃机具备竞争力的电动汽车。“

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  如果取得成功,这一新发明的重要性不言而喻——我们的手持移动设备,电动汽车与固定储能系统将能够用上更安全、充电更快、更为持久的可充电电池。但问题是,近几年号称在电池上取得突破性进展的机构、科学家和厂商不在少数。但我们究竟应该相信谁?

  古迪纳夫教授的这项突破是一款新型的低成本的全固态电池。这款电池所具有相当多的优点:不易燃烧、体积能量密度高、循环寿命长、充放电速度快等。该研究由科克雷尔工程学院高级研究员玛利亚·海伦娜·布拉加与古迪纳夫教授共同完成。

  研究人员的实验表明,他们开发出的新电池的能量密度至少是当下锂离子电池的三倍。从文章中的数据来看,这款电池的完全放电的能量密度为10.5Wh/g,而在可循环电压范围内,能量密度为8.5Wh/g。当应用于新能源汽车时,更高的能量密度意味着,一辆电动汽车一次充电后的活动半径将被大幅提高。

  此外,全固态电池的固有特性还增加了电池的充放电次数(更耐用)。同时,新电池的充电速率也得以大幅提升(只需要数分钟,而不是以往的数小时)。

  古迪纳夫教授和布拉加现在正在继续推进他们的电池研究,并且正准备申请专利。他们在近期计划与电池制造商合作,开发和测试为电动汽车和能源存储装置提供的新型电池。

  固态电池比之锂电池要优秀在哪里?

  研究者们使用了非晶电解质取代了常规电池中所使用的液体电解质。与常规电池中的液体电解质相似,这种固态电解质也能很好的通导锂离子与钠离子。不仅如此,由于这种固体电解质其导带(conduction band)的能量要高于锂的费米能级,因而不会形成在常规电池中出现的固态-电解质界面膜,从而提升了电池的效率。

  另一方面,与碱金属阳极接触的固态电解质能够有效地避免阳极生成枝晶结构,因而能够完全消除锂离子电池中的安全隐患。

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  研究人员还发现,这种电池能在保持很低的电池内阻情况下,能实现多达1200余次的充放电。下图给出了电池长达1000多小时的充放电测试曲线。从这个电压-时间曲线中,可以看出这款新型锂-硫电池在很长的循环寿命中,仍然能够保持非常稳定的放电电压。

  在对于工作环境温度的适应性上,全固态电池有着巨大的优势。由于固体非晶电解质在低至零下20摄氏度的环境中仍然具有很高的导电性,因此可以确保电动汽车在零度以下的天气中仍然能正常工作。在耐高温方面,新电池还是世界上第一款能够在60摄氏度下工作的全固态电池组。

  除了上述特点外,这项工艺还有一个优点——电池可以用更加环保的材料制成。布拉加表示,非晶电解质可以用低成本的钠来代替锂,而钠可以轻易地从海水中获取。

  电池引领行业变革,全球电动车产业或将洗牌

  2016年上半年锂离子电池及材料投资扩张不断上演,兼并购事件频发。据统计,仅在国内2016年上半年,有54家动力电池上中下游上市公司发布了投资扩产计划,投资总额近1160亿元。在投资并购中,最为典型就是通过跨界并购进军锂离子电池及材料领域。如天际股份拟27亿元收购新泰材料100%股权,澳洋顺昌拟6亿元收购江苏绿伟锂能40%股权,德尔未来1.9亿元获义腾新能源14.62%股权等。

  而锂电池引发的并购潮才刚刚开始。作为全球锂电池产业的佼佼者AESC,在今年9月份,低调宣布出售尼桑(日产)的股份。AESC凭借其三元锂电池的安全性和高容量优势,在汽车动力电池领域一直拥有相当的优势。而此次日产宣布退出AESC之后,无论是我国新能源汽车企业还是居于行业前端的松下、CATL,都盯住了这块诱人的蛋糕。倘若此次AESC被中国企业收入囊中,那对于中国的新能源汽车行业的发展将会有很强的助推作用。不仅在动力电池及材料领域的投资上会获得良好的回报率,同时,在目前电池三元技术的发展上也可以实现大跨步,实现国内锂电池行业的升级换代,以及中日锂电池的产品多元化。

  如果约翰·古迪纳夫教授的新型的低成本的全固态电池能近些年成功突破,那么这一里程碑式的研究将会引领行业变革。而目前纵观全球市场风起云涌,尽管去年关于‘造梦’电动汽车的一波接一波负面新闻犹在耳边回响。不可否认,锂电池市场正在转型,谁能顶住风口,快速提升产能、稳占市场,谁就能够紧握2020年电动汽车市场的大蛋糕。(志强)

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