動(dòng)力電池“水與火”考驗(yàn):如何利用活潑的鋰?
2016年07月14日 8:34 2892次瀏覽 來(lái)源: 第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào) 分類: 鋰
新能源汽車(chē)以及相關(guān)的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)正快速擴(kuò)展版圖。今年上半年,我國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量同比增長(zhǎng)127%達(dá)17萬(wàn)輛。中汽協(xié)預(yù)測(cè),今年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)70萬(wàn)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(jì),僅今年上半年,就有54家動(dòng)力電池上中下游上市公司發(fā)布了投資擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,投資總額近1160億。
不過(guò),在眾多企業(yè)和資本涌向鋰電池產(chǎn)業(yè)的同時(shí),也埋下不少安全隱患。電池制造商魚(yú)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(chē)間
安全考驗(yàn)
今年7月7日,南京兩輛底盤(pán)受到雨水浸泡的電動(dòng)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(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者采訪時(shí)分析指出,出現(xiàn)這一問(wèn)題的電動(dòng)車(chē)應(yīng)該是按照IP54設(shè)計(jì),其防水等級(jí)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(xiě),來(lái)源于國(guó)際電工委員會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)IEC 60529。它由兩個(gè)數(shù)字所組成,第一個(gè)數(shù)字表示防塵,第二個(gè)數(shù)字表示防水,數(shù)字越大表示其防護(hù)等級(jí)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(wú)獨(dú)有偶,在南京電動(dòng)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(chē)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(duì)轄區(qū)115家電池生產(chǎn)、儲(chǔ)存企業(yè)開(kāi)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(guó)電動(dòng)汽車(chē)的電池一般采用鋰電池。鋰電池本身?yè)碛畜w積小容量密度高的特性,符合電動(dòng)汽車(chē)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(shí),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(wú)論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電池,都帶有一定安全風(fēng)險(xiǎn)。而一些電池制造商為賺快錢(qián),選擇材料以次充好或并未對(duì)電池品質(zhì)嚴(yán)格把關(guān)。2011年以來(lái),我國(guó)共發(fā)生各類電動(dòng)汽車(chē)事故31起,隨著新能源汽車(chē)保有量快速增長(zhǎng),事故成上升趨勢(shì)。2015年發(fā)生電動(dòng)汽車(chē)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(shí)代新能源科技股份有限公司(下稱“寧德時(shí)代”)創(chuàng)始人曾毓群前不久接受媒體采訪時(shí)打了一個(gè)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(xiǎn)品不一樣。正因?yàn)樯钪O其危險(xiǎn)性,寧德時(shí)代從鋰電池的開(kāi)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(shí)代是從ATL動(dòng)力電池事業(yè)部獨(dú)立出來(lái)的企業(yè),自2011年成立以來(lái),已與國(guó)內(nèi)外眾多知名汽車(chē)廠商深度合作, 提供純電動(dòng)、混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力電池系統(tǒng),華晨寶馬、 吉利帝豪EV、 宇通純電動(dòng)客車(chē)等已經(jīng)量產(chǎn)車(chē)型用的都是寧德時(shí)代的電池,截至2016年3月,累計(jì)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(dòng)力電池供應(yīng)商松下以5.5GWh在全球車(chē)用鋰電池產(chǎn)量排名第一,比亞迪以3GWh排第二,寧德時(shí)代以2.43GWh排第三。2016年,寧德時(shí)代鋰電池計(jì)劃產(chǎn)量為7~8GWh。
寧德時(shí)代總裁黃世霖
寧德時(shí)代總裁黃世霖7月11日接受《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》等媒體采訪時(shí)稱,國(guó)外企業(yè)進(jìn)入動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)比中國(guó)早了十年時(shí)間。不可否認(rèn),國(guó)內(nèi)動(dòng)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(gè)規(guī)模也比他們小很多。不過(guò),在國(guó)內(nèi)政策扶持下,中國(guó)動(dòng)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(guó)內(nèi)專項(xiàng)進(jìn)步很快。在消費(fèi)電子電池領(lǐng)域,ATL參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)是一點(diǎn)也不輸于國(guó)外企業(yè),甚至有很明顯的優(yōu)勢(shì),動(dòng)力電池正也逐漸形成這樣的態(tài)勢(shì)。寧德時(shí)代之所以被寶馬選中為動(dòng)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(yàn)上比國(guó)內(nèi)諸多同行領(lǐng)先。
為促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展,動(dòng)力電池領(lǐng)域技術(shù)門(mén)檻將會(huì)不斷提高,比亞迪、寧德時(shí)代等電池制造商正積極參與國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的討論制定。任何一項(xiàng)新技術(shù)的性能不斷升級(jí)過(guò)程中,可靠性、安全性的問(wèn)題都是不容忽視的。目前,我國(guó)汽車(chē)行業(yè)已制定了70余項(xiàng)針對(duì)新能源汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn),以及最近頻繁出臺(tái)的各項(xiàng)電池相關(guān)政策,也表明國(guó)家對(duì)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(dòng)客車(chē)安全技術(shù)條件》(征求意見(jiàn)稿),對(duì)于動(dòng)力電池防水性能等方面有更嚴(yán)格要求,這一電動(dòng)客車(chē)安全技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)有望于近期正式發(fā)布實(shí)施。目前,從GB/T國(guó)家認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)甚至比國(guó)外認(rèn)證嚴(yán)格一些。
相比消費(fèi)類電子電池,動(dòng)力電池對(duì)安全等方面要求更高,需要大量的人力物力投入。寧德時(shí)代從原料選擇到終端產(chǎn)品,通過(guò)“電池系統(tǒng)安全體系”來(lái)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(cè)試、可靠性測(cè)試以及性能測(cè)試,寧德時(shí)代在測(cè)試中心的設(shè)備投入4億元,可同時(shí)進(jìn)行2萬(wàn)個(gè)以上樣品的測(cè)試。“針刺、擠壓、碰撞、浸海水等,各種極端使用場(chǎng)景,我們都為用戶想到,并且通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和驗(yàn)證方法來(lái)保證產(chǎn)品可靠性”寧德時(shí)代測(cè)試與驗(yàn)證工程師蘇育專如是說(shuō),不僅內(nèi)部測(cè)試,像外部火燒這類相對(duì)比較嚴(yán)苛項(xiàng)目則委托第三方機(jī)構(gòu)測(cè)試,一個(gè)測(cè)試一般至少要15個(gè)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(lái)發(fā)展
未來(lái),鋰電池產(chǎn)能會(huì)面臨過(guò)剩的局面,優(yōu)勝劣汰將加劇,動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)力。與日本加速發(fā)展氫燃料電池路徑不同,國(guó)內(nèi)主要?jiǎng)恿﹄姵仄髽I(yè)目前還是集中火力進(jìn)攻鋰電池,比亞迪、寧德時(shí)代等電池制造商在動(dòng)力電池發(fā)展路徑上較為相似。
原先一直堅(jiān)守磷酸鐵鋰的比亞迪,去年首次在插電式混動(dòng)SUV車(chē)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(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者采訪時(shí)稱,在動(dòng)力電池上將兩條腿走路,電動(dòng)大巴的電池以磷酸鐵鋰為主,乘用車(chē)將會(huì)擴(kuò)大采取三元鋰電池。寧德時(shí)代市場(chǎng)總監(jiān)楊琦近日接受《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》等媒體采訪時(shí)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(gè)主力車(chē)型上市,這個(gè)比例會(huì)發(fā)生一些變化。“這個(gè)階段,比如說(shuō)像大巴我們還是用磷酸鐵鋰,像乘用車(chē)會(huì)用三元,未來(lái)再過(guò)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(shí)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(guó)家十三五有一個(gè)很明確的科技攻關(guān)項(xiàng)目,下一代產(chǎn)品到2020年對(duì)比現(xiàn)在的動(dòng)力電池,能量密度要提高一倍(即300瓦時(shí)/公斤),價(jià)格還要便宜一半。寧德時(shí)代是全國(guó)三家承接電池項(xiàng)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(shí)/公斤,通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化,屆時(shí)我們有信心將電池的能量密度做到300~350瓦時(shí)/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(dòng)續(xù)航里程。在堅(jiān)持以安全為本設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)理念前提下,我們下一代高能量密度電芯將超越國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。”寧德時(shí)代電芯工程師姜玲燕如此說(shuō)。
隨著新能源汽車(chē)保有量的不斷增長(zhǎng),對(duì)高性能、安全可靠的動(dòng)力電池的需求將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。按比亞迪規(guī)劃,該企業(yè)2020年預(yù)計(jì)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(shí)代則更有野心,希望到2020年總產(chǎn)能有望達(dá)到50GWh。
在展開(kāi)產(chǎn)能比拼的同時(shí),無(wú)論是比亞迪還是寧德時(shí)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(dòng)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(chē)電池衰減而面臨回收。比亞迪內(nèi)部人士接受《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者采訪時(shí)談到,比亞迪電動(dòng)車(chē)的電池達(dá)到使用年限后,將可回收用于儲(chǔ)能電池,將儲(chǔ)能電池大幅降低甚至逼近零成本。寧德時(shí)代從電芯設(shè)計(jì)開(kāi)始,已將電池退役后便于對(duì)其進(jìn)行拆解和電池材料回收這些因素考慮進(jìn)入,動(dòng)力電池從汽車(chē)上退役后二次用于儲(chǔ)能市場(chǎng),這也是寧德時(shí)代動(dòng)力電池梯次利用的重要出口之一。寧德時(shí)代每一個(gè)電池都有一個(gè)唯一碼,可以通過(guò)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(shí)設(shè)定的能力之外。通過(guò)云數(shù)據(jù)的處理,便于對(duì)回收電池篩選成本的降低。
責(zé)任編輯:周大偉
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