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但随着市场竞争日趋激烈,为了向中低端市场拓展,特斯拉迫切需要降低电池系统乃至整车成本。在18650电池差不多到极致的情况下(工艺十分成熟,单体电池成本基本上取决于原材料价格变动情况),在锂离子电池技术没有取得关键性突破时,向大尺寸单体电池方向发展不失为一条好的路径,于是乎21700电池进入了特斯拉的视野。
在经过验证之后,特斯拉开始尝试生产并使用21700电池。21700的优势已经得到了众多电池企业和业内人士的认可,国内电池生产企业纷纷响应,积极投入到21700电池产业化的大军中。
但与之对应的是国内电动汽车企业对此反应平淡。我国电动汽车企业只要极少数采用的与特斯拉类似电池成组技术,更多的是以方形和软包电池为主,不需要使用到18650电池,更不用说21700电池。即使是有电动汽车企业采用了18650电池,其电池模组、PACK、箱体和整车底盘等结构设计方面基本成型,几乎没有意愿采用21700电池。
要知道为了适配新电池,特斯拉专门为Model3设计了全新的电池组模块和Pack架构和底盘结构,能够最大限度的发挥21700电池的能量密度和综合成本优势,但国内绝大多数企业却不具备这种完全正向开发的能力。加上21700电池还没有经过市场验证盲目,跟风直接导入21700将会对新能源汽车产生极大的安全风险。
从18650到21700,单体电池向大尺寸发展肯定会在一定程度提高单体电池容量、能量密度,降低动力电池系统成本,但21700电池同样会面临着各种问题。
21700电池安全风险增加
一是产品性能能否有保障?经过多年研发制造的经验积累,18650电池以尺寸高度标准统一、制造工艺成熟、安全性和一致性高、成本低、能量密度高等优点得到了业内的高度认可,被广泛应用于各个领域。松下、三星SDI的18650电池良率一般在98%以上,而国内的良率一般在90%左右。但换成21700之后,制造工艺尚不完全成熟,良率肯定会受到影响,产品的一致性也难以保障。
二是安全风险如何防范?一般来说,锂离子电池单体电池体积越大,能量密度越高,安全风险呈几何级数增长。经过多年的技术攻关和应用实践,18650电池的安全性和可靠性得到了大家的认可。而21700电池尚未经过市场考验,其安全性和可靠性如何保障?尤其是数千个电池成组,其安全风险更是放大了几百倍。
三是综合成本是否具有优势?尽管特斯拉和亿纬锂能等其它电池企业都表示,21700电池在能量密度、制造成本、PACK成本等方面都比18650更有优势,是企业实现降低动力电池价格,降低整车制造成本的有效方式。
综合来看,21700电池的前景并不乐观。
瓶颈难突破锂离子电池面临围堵
过去的30年里,锂离子电池发生了翻天覆地的变化。形状上,从最初的方形到后来的圆柱形,再到软包电池。容量上,从最开始一块手机用锂离子电池的容量不足500mAh到现在一块手机用电池的容量就达到4000mAh,而应用于电动汽车的单体电池容量超过100Ah。
主要材料方面更是突飞猛进,正极材料从钴酸锂到富锂锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂等,现在还有更高电压的磷酸锰锂(LiMnPO4)、磷酸钴锂(LiCoPO4)等;负极材料最初以天然石墨、中间相碳微球等材料为主,后来扩展到人工石墨、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等碳素材料以及钛酸锂,其他尚未产业化的材料还包括锡基负极材料、合金类负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料等。
电解液从液态扩展到聚合物,以及现在非常热门的固态电解液;隔膜主要使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微孔膜,其他隔膜种类包括聚偏氟乙烯(PVDF)、纤维素复合膜、聚酰亚胺膜(PI)、纳米纤维隔膜等。
应用领域上,从最初使用的手机,拓展到笔记本电脑等消费电子产品,到现在已经深入生活的各个领域,包括电动工具、电动玩具、电动自行车、电动汽车等。但随着电动汽车的广泛普及,锂离子电池能量密度低、充电时间长等问题愈发突出,已经成为制约锂离子电池发展的关键因素。
锂离子电池看起来非常简单,正极材料、负极材料、隔膜和电解液,再加上电极。事实上,别看它不起眼,锂离子电池材料体系非常严密,真正是牵一发而动全身。如果要动它哪怕一分一毫,假设只是一个电极换成新材料,没有长年累月的测试,谁也不敢打包票。
这也是现在锂离子电池材料研究非常热火,各种新材料、新技术报道层出不穷,而锂离子电池进步缓慢,材料体系基本没有变化的根本原因。与之同时,各类新型电池的研发及产业化正在加速,直接剑指锂离子电池的各项弱点。
铝空气金属燃料电池电堆
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