作為新能源汽車成本占比最大的零部件，動(dòng)力電池的發(fā)展是新能源汽車產(chǎn)業(yè)應(yīng)用過程中極其重要的一環(huán)。動(dòng)力電池如何實(shí)現(xiàn)低碳要求?回收利用情況如何?技術(shù)創(chuàng)新到了什么地步?這些問題一直牽動(dòng)著業(yè)界的神經(jīng)。
動(dòng)力電池加快低碳發(fā)展
隨著新能源汽車快速推廣應(yīng)用，帶動(dòng)關(guān)聯(lián)的動(dòng)力電池產(chǎn)能也在快速增長。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023年底，全球動(dòng)力電池產(chǎn)能已達(dá)到2.2TWh，遠(yuǎn)超過2023年動(dòng)力電池需求量750GWh。根據(jù)國際能源署測算，如今已投產(chǎn)和計(jì)劃投產(chǎn)的全球動(dòng)力電池產(chǎn)能恰好與凈零排放路徑所要求的產(chǎn)能相匹配。
在此背景下，各國碳足跡核算法規(guī)和方法如何協(xié)同?供應(yīng)鏈盡職以及數(shù)據(jù)分享與跨境傳輸如何落實(shí)?電池大規(guī)模退役、回收與再生等問題如何應(yīng)對(duì)……正在成為各國政府和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。
此外，新體系電池技術(shù)研發(fā)正快速推進(jìn)，固態(tài)電池、鋰金屬電池、富鋰錳基電池、鈉離子電池等技術(shù)體系均取得了顯著進(jìn)展，極大地豐富了未來動(dòng)力電池技術(shù)路線和產(chǎn)品系譜。
無論是產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展需求，還是國際上各經(jīng)濟(jì)體提出的發(fā)展目標(biāo)，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)都有較大的發(fā)展空間。
國際能源署能源科技與交通分析負(fù)責(zé)人Elizabeth CONNELLY指出，2016年，能源部門占全球電池需求的一半左右;到2023年，電池市場已經(jīng)增長了10倍，而能源部門占比超過90%。從2010年起，電池成本下降了90%，為電動(dòng)汽車和電力部門的電池儲(chǔ)能創(chuàng)造了新的機(jī)遇。
多位業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在主要電動(dòng)汽車市場中，如果已宣布的電池產(chǎn)能能夠完全建成，將能夠滿足各國政府氣候雄心下國內(nèi)的生產(chǎn)需求。要實(shí)現(xiàn)COP28(《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會(huì))提出的2030年可再生能源目標(biāo)，即2030年全球可再生能源裝機(jī)容量至少達(dá)到1.1萬GW，儲(chǔ)能容量需要增加6倍至1500GW以上，其中電池占增長量的90%，抽水蓄能、壓縮空氣和熱能儲(chǔ)能可作為補(bǔ)充。
如何保證實(shí)現(xiàn)低碳化，成了當(dāng)前眾多國際組織的硬性要求。中國汽車技術(shù)研究中心有限公司首席專家孫鋅表示，歐盟《新電池法》當(dāng)中對(duì)于碳足跡的要求，無論是對(duì)于電動(dòng)汽車企業(yè)，還是對(duì)于電池企業(yè)，都是一個(gè)挑戰(zhàn)，包括碳足跡如何核算、碳足跡相關(guān)數(shù)據(jù)如何獲取、核算結(jié)果能不能被認(rèn)可。
中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境管理研究中心主任謝明輝進(jìn)行了電動(dòng)汽車碳足跡及動(dòng)力電池碳足跡的研究，結(jié)果表明EV(電動(dòng)汽車)和ICEV(燃油汽車)的碳排放為25022kg(166.8g/km)和39497kg(263.3g/km);EV的原料獲取、運(yùn)行使用階段占比44%、52%，動(dòng)力系統(tǒng)在生產(chǎn)階段排放的碳排放占比72%，而ICEV運(yùn)行使用階段占比86%。采用定向循環(huán)工藝和循環(huán)再生工藝回收1kg動(dòng)力電池可減少碳足跡2.76kg和3.75kg;與原生產(chǎn)品相比定向循環(huán)工藝和循環(huán)再生工藝分別可減少7%和10%的碳足跡。
破局動(dòng)力電池回收難題
隨著新能源汽車逐漸普及，首批動(dòng)力電池即將迎來回收高峰，如何回收再利用，成了擺在整個(gè)行業(yè)面前的“大問題”。
Elizabeth CONNELLY表示，從現(xiàn)在到2030年，循環(huán)電池材料依然比較有限，在未來10年內(nèi)應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大電池材料的回收力度，這需要?jiǎng)恿﹄姵鼗厥掌髽I(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)開展更多合作。在考慮電動(dòng)汽車全球化的背景下，需要在全球更多地方布置回收網(wǎng)點(diǎn)，如電動(dòng)汽車出口到了非洲，也需要在這些地方加速充電設(shè)施建設(shè)和回收網(wǎng)點(diǎn)布置，可以更好地促進(jìn)電池回收。
巴斯夫(中國)有限公司電池材料銷售經(jīng)理王濤指出，與未來可能的其他替代方案相比，回收將有助于降低約22%的碳排放，通過回收每輛汽車可實(shí)現(xiàn)約500kg的碳減排。巴斯夫電池材料及回收研發(fā)團(tuán)隊(duì)圍繞產(chǎn)品研究、產(chǎn)品開發(fā)、工藝技術(shù)、下一代電池體系、回收、數(shù)字化等開展了大量工作，技術(shù)路線包括高電壓、高鎳、鈉電池、固態(tài)電池等材料，目標(biāo)是為電動(dòng)車市場提供高比能、低成本和可持續(xù)發(fā)展的電池材料。
寧德時(shí)代董事長曾毓群表示，公司提出了“零碳新基建”的解決方案，公司具備27萬噸廢舊電池處理能力，未來將達(dá)到100萬噸的廢舊電池回收產(chǎn)能。
曾毓群解釋到，“零碳新基建是通過科技創(chuàng)新、新型商業(yè)模式，推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施的升級(jí)，構(gòu)建一個(gè)高效、智能、零碳的基礎(chǔ)設(shè)施體系”。按照曾毓群的觀點(diǎn)，除了交通電動(dòng)化，港口、碼頭、工廠園區(qū)、城市都需要通過零碳解決方案實(shí)現(xiàn)再造。
“電池必須實(shí)現(xiàn)可循環(huán)，否則將帶來新的環(huán)境問題，可持續(xù)發(fā)展也就無從談起。”為了做到可持續(xù)，曾毓群介紹，寧德時(shí)代構(gòu)建了電池全生命周期管理體系，涵蓋上游供應(yīng)鏈、電池設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、回收和再制造等各個(gè)環(huán)節(jié)，致力于最大化循環(huán)利用。據(jù)他透露的數(shù)據(jù)，去年寧德時(shí)代回收了10萬噸廢舊電池，重新生產(chǎn)1.3萬噸碳酸鋰，鋰回收率達(dá)到91%，鎳鈷錳回收率達(dá)到99.6%。
曾毓群稱，預(yù)計(jì)到2042年，全球生產(chǎn)的電池將一半用回收鋰，一半用礦產(chǎn)，就能滿足社會(huì)需求。未來或?qū)⒉辉匍_采新礦產(chǎn)資源，全部依靠回收資源進(jìn)行制造，全面實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)，打造“零碳”新合作。
此外，曾毓群透露，寧德時(shí)代正在聯(lián)合全球電池聯(lián)盟共同開展電池護(hù)照試點(diǎn)項(xiàng)目，并于去年1月發(fā)布了首批電池護(hù)照。不久之后，新的電池護(hù)照標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)發(fā)布。
電池護(hù)照將包含電池全生命周期的材料來源、電化學(xué)組成、制造歷史、碳足跡等數(shù)據(jù)，來證明電池的“可持續(xù)表現(xiàn)”。根據(jù)全球電池聯(lián)盟官網(wǎng)顯示，寧德時(shí)代是電池護(hù)照指導(dǎo)委員會(huì)中的成員之一。
電池護(hù)照已成為我國電池“出海”成功與否的關(guān)鍵因素。根據(jù)歐盟《新電池法》規(guī)定，從2026年起，新購買的電動(dòng)汽車電池和大型工業(yè)電池，單個(gè)電池超過2度電時(shí)，必須擁有電池護(hù)照才能進(jìn)入歐洲市場。
在全球“零碳合作”上，曾毓群表示，公司正通過LRS(License Loyalty Service)模式，向全球車企乃至電池企業(yè)提供專利許可、技術(shù)和服務(wù)支持。
中國生態(tài)環(huán)境部固體廢物與化學(xué)品管理中心總工程師韋洪蓮指出，退役動(dòng)力電池同時(shí)具有資源屬性和環(huán)境屬性，完善且綠色高效的廢舊動(dòng)力電池回收與再利用系統(tǒng)是推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)中國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要支撐作用。
“電池從生產(chǎn)到退役再到梯次利用以及電池資源的回收再循環(huán)，已經(jīng)形成了系統(tǒng)體系，我們對(duì)電池的退役有了充分的準(zhǔn)備。”中國科協(xié)主席、世界新能源汽車大會(huì)主席萬鋼說。
技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)
“固態(tài)電池的應(yīng)用可能還需要三到五年時(shí)間，即便固態(tài)電池應(yīng)用推進(jìn)加速，磷酸鐵鋰電池也不會(huì)被淘汰。”比亞迪首席科學(xué)家廉玉波指出，固態(tài)電池是電池創(chuàng)新的熱點(diǎn)，通過固態(tài)化，動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)高比能和高安全，固態(tài)電池技術(shù)目前主要的挑戰(zhàn)包括成本高等問題。
廉玉波指出，目前磷酸鐵鋰的技術(shù)參數(shù)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，裝車量占比超過一半。未來，固態(tài)電池可能主要搭載在部分高端新能源汽車上，在大量普及型新能源汽車上還是會(huì)搭載使用磷酸鐵鋰電池。
萬鋼表示，進(jìn)入新的發(fā)展階段，電池技術(shù)也在快速進(jìn)步，高安全、高比能、寬溫域的市場需求驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電池性能不斷提升。動(dòng)力電池的技術(shù)路線一條是高比能路線，固液混合電解液有效地提高了能量密度，從當(dāng)前的300Wh電解液提升到將近400Wh，下一步發(fā)展趨勢是全固態(tài)電池，可以達(dá)到400Wh以上的功率密度;另一條是高性價(jià)比路線，如磷酸鐵鋰電池的進(jìn)步，目前還部署了鋰硫電池、鋰空氣電池、無稀有金屬電池等基礎(chǔ)研究，達(dá)到了可持續(xù)發(fā)展的路線。
巴西礦冶公司高級(jí)市場開發(fā)經(jīng)理Luanna PARREIRA表示，對(duì)于未來能源轉(zhuǎn)型的需求，應(yīng)發(fā)展多種技術(shù)路線，如氫燃料電池、太陽能電池、超級(jí)電容、高容量電池等。一個(gè)比較好的解決方案是進(jìn)一步降低對(duì)材料的依賴，同時(shí)延長動(dòng)力電池的使用壽命，通過梯次利用到儲(chǔ)能領(lǐng)域等提高動(dòng)力電池的能源周期，最終實(shí)現(xiàn)綜合效率提升。
氫燃料電池目前已經(jīng)取得了重要進(jìn)展。在2022年北京冬奧會(huì)零下20℃到25℃的場景下，開展了氫燃料電池示范應(yīng)用。1200多輛氫燃料電池大客車完成了整個(gè)冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員和乘客的保障工作。目前在山東半島進(jìn)行的“氫進(jìn)萬家”示范工程也在加快推動(dòng)，通過氫能高速、港口、園區(qū)、社區(qū)建設(shè)及燃料電池汽車、船舶等示范運(yùn)行，探索氫能在跨領(lǐng)域、多場景下的高效、安全利用新模式，加快形成可復(fù)制、可推廣的氫能綜合應(yīng)用樣板工程。
由海馬汽車與中國航天科技集團(tuán)合作建設(shè)的電解水制氫及高壓加氫一體化站，目前已經(jīng)取得了系列階段性進(jìn)展。全站占地面積2500平方米，主要由水電解制氫裝置、多級(jí)增壓機(jī)、高/中/低壓儲(chǔ)氫罐、70Mpa/35Mpa加氫機(jī)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。該站嚴(yán)格按照GB50516《加氫站技術(shù)規(guī)范》建設(shè)，制氫和加氫實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
據(jù)介紹，站內(nèi)水電解制氫產(chǎn)能為每小時(shí)50標(biāo)方，每天可生產(chǎn)約107kg“綠氫”。外接氫氣管束車，加注能力可達(dá)250kg/天，后續(xù)加注能力可擴(kuò)至500kg/天，滿足每天100臺(tái)氫燃料電池乘用車的高壓加注需求。
萬鋼表示，在中國道路交通碳排放中，商用車占比超過了52%。下一步設(shè)想是在當(dāng)前跨城市示范應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以長途客車、重載貨車、廂式物流等商用汽車為重點(diǎn)來構(gòu)建高速公路綜合性示范線，沿途布局加氫設(shè)施，因地制宜開展綠電制氫、副產(chǎn)氫利用，逐步建成“就地制備”“就近輸運(yùn)”“西氫東用”等多樣化氫能資源配置格局，形成跨區(qū)域氫能走廊，支撐氫燃料電池汽車規(guī)模性的商業(yè)化綜合利用，來推動(dòng)氫能源汽車的發(fā)展。
動(dòng)力電池技術(shù)的不斷發(fā)展，有力地支撐著新能源汽車與能源電力網(wǎng)絡(luò)的深度融合，助力構(gòu)建新型能源體系。
在一定層面，電池既是用電體又是儲(chǔ)能體，作為移動(dòng)儲(chǔ)能的單元，國內(nèi)正在鼓勵(lì)充換電使用綠電和波谷充電，通過V2G(雙向充放電)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平衡，推進(jìn)與清潔電力雙向高效互動(dòng);同時(shí)，也利用高速公路周邊空地來部署光伏發(fā)電，充換電站、加氫站在中國已經(jīng)成為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用抓手。
最近，多部門出臺(tái)關(guān)于推動(dòng)車網(wǎng)互動(dòng)規(guī)模化應(yīng)用試點(diǎn)的政策文件，從鼓勵(lì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、鼓勵(lì)車輛應(yīng)用的角度，有力地推動(dòng)車能互動(dòng)，建設(shè)新型的能源體系。
工業(yè)和信息化部副部長辛國斌也指出，要支持龍頭企業(yè)牽頭建立攻關(guān)聯(lián)合體，加快動(dòng)力電池關(guān)鍵材料、車用芯片等基礎(chǔ)技術(shù)，新體系電池、高功率長壽命燃料電池、高效混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件技術(shù)，輕量化、低風(fēng)阻等整車設(shè)計(jì)技術(shù)攻關(guān)，助力全球技術(shù)發(fā)展。
