動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)近期風(fēng)起云涌。

一向受酷愛(ài)的三元鋰離子電池仿佛地位不穩(wěn)。三元鋰離子電池以高能量密度為優(yōu)點(diǎn)，被各大主機(jī)廠視為滿(mǎn)足國(guó)家能量密度政策要求的優(yōu)先選項(xiàng)。數(shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)新能源汽車(chē)的動(dòng)力鋰離子電池中，三元?jiǎng)恿︿囯x子電池裝機(jī)量為40.5GWh，同比上升22.4%，占總裝機(jī)量達(dá)65.2％。

但2019年的風(fēng)口到了2020年仿佛大不相同。三元鋰離子電池是由鎳鈷錳為緊要的正極材料組成，由于鈷的價(jià)格過(guò)高，導(dǎo)致三元鋰離子電池整體成本上升，在“補(bǔ)貼取消”與“安全第一”的雙重壓力下，一些主機(jī)廠開(kāi)始另覓他法。一月份，比亞迪證實(shí)將實(shí)現(xiàn)新一代磷酸鐵鋰離子電池——“刀片電池”量產(chǎn)；二月份，特斯拉與寧德時(shí)代就國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)采用“無(wú)鈷電池”的事宜進(jìn)行了談判。

兩大主機(jī)廠換了“口味”，三元鋰離子電池是不是“懸了”？將來(lái)的鋰電產(chǎn)業(yè)，究竟何去何從？

位于湖南省長(zhǎng)沙市的中南大學(xué)，在電池界是出了名的高校。其鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化成果十分出彩，不少鋰電公司都能見(jiàn)到其技術(shù)的落地，被稱(chēng)為鋰電范疇的“黃埔軍校”。

作為中南大學(xué)教授，唐有根認(rèn)為2020年電池開(kāi)局之變是市場(chǎng)多元化的選擇。有關(guān)動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)存在的問(wèn)題，他在接受《大國(guó)之材》專(zhuān)訪時(shí)一一作出了解答。

這位在電池范疇深耕了二十多年的專(zhuān)家，先后專(zhuān)注于鎳氫電池和鋰離子電池的研究開(kāi)發(fā)，當(dāng)前他對(duì)燃料動(dòng)力鋰離子電池也給予了較多的關(guān)注。在他看來(lái)，鋰離子電池盡管目前占主導(dǎo)地位，但并不影響燃料動(dòng)力鋰離子電池將來(lái)?yè)碛幸幌亍?/p>

從鎳氫電池到三元鋰電

初接觸到電池行業(yè)，唐有根便朦朧意識(shí)到，在電池范疇沒(méi)有完美滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的材料。

1986年，24歲的唐有根到了中南大學(xué)工作。

1996年，他在機(jī)緣巧合下加入了稀土儲(chǔ)氫合金材料的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，與電池結(jié)下不解之緣。稀土儲(chǔ)氫合金緊要使用于鎳氫二次電池。當(dāng)時(shí)，鎳氫電池由于能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、動(dòng)力學(xué)性能良好、環(huán)境友好和安全性好等特點(diǎn)，廣泛使用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)工具和混合動(dòng)力車(chē)。

彼時(shí)的儲(chǔ)氫材料依靠日本進(jìn)口，每噸售價(jià)高達(dá)100多萬(wàn)元，這有關(guān)鎳氫電池行業(yè)來(lái)說(shuō)，成本過(guò)于昂貴。為了解決這一問(wèn)題，在一個(gè)老教授率領(lǐng)下，唐有根加入了對(duì)稀土儲(chǔ)氫合金材料的研發(fā)。實(shí)際上，該材料已經(jīng)有相關(guān)科研機(jī)構(gòu)也在做，但用在電池上，循環(huán)壽命和性能始終難以達(dá)標(biāo)。

唐有根和同事們3年里反復(fù)摸索，終于成功完善了稀土儲(chǔ)氫合金材料的性能，項(xiàng)目最終在湖南衡陽(yáng)的一家公司轉(zhuǎn)化成功。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)氫材料的推出，讓進(jìn)口材料的價(jià)格大幅度下降。這讓唐有根激動(dòng)不已，他更堅(jiān)強(qiáng)了一輩子都要留在電池行業(yè)的想法。

到了千禧年，國(guó)家開(kāi)啟“863項(xiàng)目”，電動(dòng)汽車(chē)“三橫三縱”的概念被提出。“三橫”指的是鎳氫電池、鋰離子電池和燃料動(dòng)力鋰離子電池；“三縱”則是指電池、電機(jī)、電控。盡管鋰離子電池的技術(shù)在彼時(shí)相對(duì)不成熟，但苗頭是著著實(shí)實(shí)地出現(xiàn)了。

到2008年，鋰離子電池的風(fēng)口開(kāi)始慢慢吹起來(lái)。彼時(shí)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)有80家電動(dòng)自行車(chē)公司推出了200余款產(chǎn)品。而渠道方面，已經(jīng)有500家門(mén)店開(kāi)始經(jīng)營(yíng)鋰電產(chǎn)品。在此期間唐有根先后主持或參與了多個(gè)錳酸鋰、鈷酸鋰和三元鋰電材料的研究和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

彼時(shí)的三元鋰離子電池行業(yè)正處于萌芽階段，他以教育部廣東省科技特派員的身份與深圳天驕科技合作開(kāi)始研究三元材料的配方和產(chǎn)業(yè)化，成為較早“吃螃蟹”涉足三元鋰離子電池的科研人員。

后來(lái)，三元鋰離子電池迅速發(fā)酵并張大，但他跟業(yè)內(nèi)人都處在“警覺(jué)”的狀態(tài)，基數(shù)龐大的我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)，鋰電這一條路線(xiàn)并不能完全滿(mǎn)足電動(dòng)化的要。

多元化是必然

2016年至今，我國(guó)鋰電三元正極材料價(jià)格一路上漲，尤其是鈷的價(jià)格猛漲，從成本角度，電池廠商和車(chē)企開(kāi)始沉思“去鈷化”。特斯拉與松下“鬧別扭”，則是將“去鈷化”推上了新的熱度榜。

三元鋰離子電池采用了鈷元素這類(lèi)貴重金屬，在造價(jià)上極為昂貴。數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)每噸鈷的價(jià)格在27.6萬(wàn)元~29萬(wàn)元之間不等。

這導(dǎo)致三元鋰離子電池的成本高于磷酸鐵鋰離子電池，據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)三元鋰離子電池的成本在0.85元/Wh左右，而磷酸鐵鋰離子電池的成本約為0.65元/Wh。

實(shí)際上，三元材料和磷酸鐵鋰各有優(yōu)點(diǎn)和缺陷。從能量密度而言，三元材料無(wú)疑更具有優(yōu)點(diǎn)，三元材料可以做到300Wh/kg以上，而磷酸鐵鋰則做到200Wh/kg已是極限。但從成本角度而言，磷酸鐵鋰更勝一籌。

唐有根認(rèn)為，寧德時(shí)代推出的無(wú)模組化與比亞迪的刀片電池，其實(shí)都是進(jìn)行了系統(tǒng)的優(yōu)化，通過(guò)減少電池系統(tǒng)中的非活性成分的比例，來(lái)達(dá)到滿(mǎn)足實(shí)際使用需求和降低成本的平衡。“特斯拉是有市場(chǎng)敏感性，通過(guò)技術(shù)優(yōu)化，推出滿(mǎn)足基本市場(chǎng)的產(chǎn)品。”

“這是市場(chǎng)多元化的選擇。沒(méi)有哪種路線(xiàn)能完全引領(lǐng)，只能說(shuō)市場(chǎng)的行為要依據(jù)實(shí)際需求來(lái)調(diào)整。”

從長(zhǎng)期來(lái)看，唐有根認(rèn)為，鋰離子電池的穩(wěn)定性、安全性、成本都在優(yōu)化和提升。“無(wú)論是在消費(fèi)類(lèi)或者動(dòng)力鋰離子電池類(lèi)，相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，鋰離子電池都將是主體，還沒(méi)有其他電池可以取代之。”

關(guān)注燃料動(dòng)力鋰離子電池

公安部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截止2019年底，我國(guó)汽車(chē)保有量為2.6億輛，新能源汽車(chē)保有量?jī)H381萬(wàn)輛。有專(zhuān)家預(yù)計(jì)，到2040年新能源汽車(chē)保有量或?qū)⒊^(guò)2億輛。新能源汽車(chē)的數(shù)量還有很大的上升空間。

“盡管目前鋰離子電池占市場(chǎng)主流，但它無(wú)法完全滿(mǎn)足將來(lái)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的要。”唐有根對(duì)《大國(guó)之材》表示。

從充電的配套設(shè)施角度來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模化投用以后，充電設(shè)施包括電網(wǎng)無(wú)法滿(mǎn)足如此龐大的充電需求，將面對(duì)充電困難的問(wèn)題。此外，從資源角度看，部分原料將無(wú)法滿(mǎn)足大基數(shù)的電池加工需求。“將來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的最終處理方法，可能會(huì)是燃料動(dòng)力鋰離子電池。”

燃料動(dòng)力鋰離子電池的原理是以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料的化學(xué)轉(zhuǎn)換成電能，早在1839年，英國(guó)科學(xué)家Grove就提出了燃料動(dòng)力鋰離子電池的概念。2000年，燃料動(dòng)力鋰離子電池車(chē)被列入科技部“863”攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目，2015年正式進(jìn)入商業(yè)化階段。包括豐田在內(nèi)的不少車(chē)企推出了氫燃料動(dòng)力鋰離子電池商品車(chē)。

早在2000年，唐有根就開(kāi)始關(guān)注金屬燃料動(dòng)力鋰離子電池并展開(kāi)了相關(guān)的研究工作。2008年他幫助一家車(chē)企推出了一款鋅空氣電池微型電動(dòng)汽車(chē)，2011年開(kāi)發(fā)了全球首臺(tái)鋁空氣電池電動(dòng)大巴。

目前燃料動(dòng)力鋰離子電池主流為氫燃料動(dòng)力鋰離子電池，從能源獲取角度看，氫氣的制備并不難。但氫燃料動(dòng)力鋰離子電池面對(duì)最大的問(wèn)題是氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題。氫具有高度活性，因此帶來(lái)了安全問(wèn)題，這成為制約其發(fā)展的瓶頸。

唐有根關(guān)注的金屬燃料動(dòng)力鋰離子電池，通過(guò)金屬的電化學(xué)反應(yīng)，為汽車(chē)供應(yīng)動(dòng)力的能源。2019年年中，“水氫汽車(chē)”騙局事件被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，唐有根認(rèn)為，“水氫汽車(chē)”技術(shù)其實(shí)有一定依據(jù)，通過(guò)鋁、鋅等活性金屬與水反應(yīng)出現(xiàn)氫氣燃料，進(jìn)而推動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行，只是運(yùn)行成本太高。

金屬燃料動(dòng)力鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)在于可以將水能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電和電網(wǎng)低谷電儲(chǔ)存到金屬中，處理了氫燃料動(dòng)力鋰離子電池氫氣難以?xún)?chǔ)存運(yùn)輸?shù)碾y題。此外，金屬燃料放電后變成金屬氧化物，又可以通過(guò)電解還原成金屬，實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)利用。“金屬燃料動(dòng)力鋰離子電池能處理規(guī)模儲(chǔ)電和能源安全的問(wèn)題。”

實(shí)際上，早在數(shù)年前，Alcoa（美鋁公司）和以色列Phinergy公司就推出了可續(xù)航1600公里鋁空氣電池電動(dòng)汽車(chē)。國(guó)內(nèi)也有所動(dòng)作，云鋁股份與昆明冶金研究院也共同出資組建創(chuàng)能鋁空氣電池股份有限公司投資鋁-空氣電池研發(fā)項(xiàng)目；我國(guó)動(dòng)力與PHINERGY成立合資公司，計(jì)劃在大巴、旅行車(chē)、物流汽車(chē)及運(yùn)動(dòng)型多用途汽車(chē)等電動(dòng)汽車(chē)型推廣鋁空氣電池。此外，四川德陽(yáng)東深、浙江臺(tái)州非常新能源、湖南源達(dá)新材料、吉利汽車(chē)研究院等公司也進(jìn)行了鋁空氣電池的開(kāi)發(fā)使用。

“其實(shí)將來(lái)是多元化的市場(chǎng)，細(xì)分市場(chǎng)總會(huì)存在，多元化市場(chǎng)有一個(gè)基本盤(pán)，無(wú)論什么樣的路線(xiàn)之爭(zhēng)，彼此取代在短時(shí)間內(nèi)是不實(shí)際的。”