動力電池行業(yè)近期風起云涌。
一向受青睞的三元鋰電池似乎地位不穩(wěn)。三元鋰電池以高能量密度為優(yōu)勢，被各大主機廠視為滿足國家能量密度政策要求的優(yōu)先選項。數(shù)據(jù)顯示，2019年我國新能源汽車的動力鋰離子電池中，三元動力電池裝機量為40.5GWh，同比增長22.4%，占總裝機量達65.2％。
但2019年的風口到了2020年似乎大不一樣。三元鋰電池是由鎳鈷錳為主要的正極材料組成，由于鈷的價格過高，導致三元鋰電池整體成本上升，在“補貼取消”與“安全第一”的雙重壓力下，一些主機廠開始另覓他法。1月份，比亞迪證實將實現(xiàn)新一代磷酸鐵鋰電池——“刀片電池”量產(chǎn)；2月份，特斯拉與寧德時代就國產(chǎn)電動車采用“無鈷電池”的事宜進行了談判。
兩大主機廠換了“口味”，三元鋰電池是否“懸了”？未來的鋰電產(chǎn)業(yè)，到底何去何從？
位于湖南省長沙市的中南大學，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，不少鋰電企業(yè)都能見到其技術的落地，被稱為鋰電領域的“黃埔軍?！?。
作為中南大學教授，唐有根認為2020年電池開局之變是市場多元化的選擇。對于動力電池行業(yè)存在的問題，他在接受《大國之材》專訪時一一作出了解答。
這位在電池領域深耕了二十多年的專家，先后專注于鎳氫電池和鋰電池的研究開發(fā)，當前他對燃料電池也給予了較多的關注。在他看來，鋰電池盡管目前占主導地位，但并不影響燃料電池未來擁有一席之地。
從鎳氫電池到三元鋰電
初接觸到電池行業(yè)，唐有根便隱約意識到，在電池領域沒有完美滿足市場需求的材料。
1986年，24歲的唐有根到了中南大學工作。
1996年，他在機緣巧合下加入了稀土儲氫合金材料的產(chǎn)業(yè)化項目，與電池結下不解之緣。稀土儲氫合金主要應用于鎳氫二次電池。當時，鎳氫電池由于能量密度高、循環(huán)壽命長、動力學性能良好、環(huán)境友好和安全性好等特點，廣泛應用于便攜式電子設備、電動工具和混合動力車。
彼時的儲氫材料依賴日本進口，每噸售價高達100多萬元，這對于鎳氫電池行業(yè)來說，成本過于昂貴。為了解決這一問題，在一個老教授帶領下，唐有根加入了對稀土儲氫合金材料的研發(fā)。實際上，該材料已經(jīng)有相關科研機構也在做，但用在電池上，循環(huán)壽命和性能始終難以達標。
唐有根和同事們3年里反復摸索，終于成功完善了稀土儲氫合金材料的性能，項目最終在湖南衡陽的一家企業(yè)轉化成功。國內(nèi)儲氫材料的推出，讓進口材料的價格大幅度下降。這讓唐有根激動不已，他更堅定了一輩子都要留在電池行業(yè)的想法。
到了千禧年，國家開啟“863項目”，電動汽車“三橫三縱”的概念被提出?！叭龣M”指的是鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池；“三縱”則是指電池、電機、電控。盡管鋰離子電池的技術在彼時相對不成熟，但苗頭是著著實實地出現(xiàn)了。
到2008年，鋰電池的風口開始慢慢吹起來。彼時，國內(nèi)市場已經(jīng)有80家電動自行車企業(yè)推出了200余款產(chǎn)品。而渠道方面，已經(jīng)有500家門店開始經(jīng)營鋰電產(chǎn)品。在此期間唐有根先后主持或參與了多個錳酸鋰、鈷酸鋰和三元鋰電材料的研究和產(chǎn)業(yè)化項目。
彼時的三元鋰電池行業(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”涉足三元鋰電池的科研人員。
后來，三元鋰電池迅速發(fā)酵并擴大，但他跟業(yè)內(nèi)人都處在“警覺”的狀態(tài)，基數(shù)龐大的中國汽車市場，鋰電這一條路線并不能完全滿足電動化的需要。
多元化是必然
2016年至今，中國鋰電三元正極材料價格一路上漲，尤其是鈷的價格猛漲，從成本角度，電池廠商和車企開始思考“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。
三元鋰電池采用了鈷元素這類貴重金屬，在造價上極為昂貴。數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)每噸鈷的價格在27.6萬元~29萬元之間不等。
這導致三元鋰電池的成本高于磷酸鐵鋰電池，據(jù)了解，目前國內(nèi)三元鋰電池的成本在0.85元/Wh左右，而磷酸鐵鋰電池的成本約為0.65元/Wh。
實際上，三元材料和磷酸鐵鋰各有優(yōu)勢和缺陷。從能量密度而言，三元材料無疑更具有優(yōu)勢，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。
唐有根認為，寧德時代推出的無模組化與比亞迪的刀片電池，其實都是進行了系統(tǒng)的優(yōu)化，通過減少電池系統(tǒng)中的非活性成分的比例，來達到滿足實際應用需求和降低成本的平衡?！疤厮估怯惺袌雒舾行?，通過技術優(yōu)化，推出滿足基本市場的產(chǎn)品。”
“這是市場多元化的選擇。沒有哪種路線能完全引領，只能說市場的行為要根據(jù)實際需求來調(diào)整?！?
從長期來看，唐有根認為，鋰電池的穩(wěn)定性、安全性、成本都在優(yōu)化和提升?！盁o論是在消費類或者動力電池類，相當長的一段時間內(nèi)，鋰電池都將是主體，還沒有其他電池可以取代之?！?
關注燃料電池
公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止2019年底，中國汽車保有量為2.6億輛，新能源汽車保有量僅381萬輛。有專家預計，到2040年新能源汽車保有量或將超過2億輛。新能源汽車的數(shù)量還有很大的上升空間。
“盡管目前鋰電池占市場主流，但它無法完全滿足未來電動汽車市場的需要。”唐有根對《大國之材》表示。
從充電的配套設施角度來看，電動汽車大規(guī)模化投用以后，充電設施包括電網(wǎng)無法滿足如此龐大的充電需求，將面臨充電困難的問題。此外，從資源角度看，部分原料將無法滿足大基數(shù)的電池生產(chǎn)需求?！拔磥黼妱榆嚨慕K極解決辦法，可能會是燃料電池。”
燃料電池的原理是以電化學反應方式將燃料的化學轉換成電能，早在1839年，英國科學家Grove就提出了燃料電池的概念。2000年，燃料電池車被列入科技部“863”攻關計劃項目，2015年正式進入商業(yè)化階段。包括豐田在內(nèi)的不少車企推出了氫燃料電池商品車。
早在2000年，唐有根就開始關注金屬燃料電池并展開了相關的研究工作。2008年他幫助一家車企推出了一款鋅空氣電池微型電動車，2011年開發(fā)了全球首臺鋁空氣電池電動大巴。
目前燃料電池主流為氫燃料電池，從能源獲取角度看，氫氣的制備并不難。但氫燃料電池面臨最大的問題是氫氣的儲存和運輸問題。氫具有高度活性，因此帶來了安全問題，這成為制約其發(fā)展的瓶頸。
唐有根關注的金屬燃料電池，通過金屬的電化學反應，為汽車提供動力的能源。2019年年中，“水氫汽車”騙局事件被炒得沸沸揚揚，唐有根認為，“水氫汽車”技術其實有一定根據(jù)，通過鋁、鋅等活性金屬與水反應產(chǎn)生氫氣燃料，進而推動汽車運行，只是運行成本太高。
金屬燃料電池的優(yōu)勢在于可以將水能、風能等可再生能源發(fā)電和電網(wǎng)低谷電儲存到金屬中，解決了氫燃料電池氫氣難以儲存運輸?shù)碾y題。此外，金屬燃料放電后變成金屬氧化物，又可以通過電解還原成金屬，實現(xiàn)再生循環(huán)利用?！敖饘偃剂想姵啬芙鉀Q規(guī)模儲電和能源安全的問題?！?
實際上，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車。國內(nèi)也有所動作，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)項目；中國動力與PHINERGY成立合資公司，計劃在大巴、旅游車、物流汽車及運動型多用途汽車等電動車型推廣鋁空氣電池。此外，四川德陽東深、浙江臺州非常新能源、湖南源達新材料、吉利汽車研究院等企業(yè)也進行了鋁空氣電池的開發(fā)應用。
“其實未來是多元化的市場，細分市場總會存在，多元化市場有一個基本盤，無論什么樣的路線之爭，彼此取代在短期內(nèi)是不現(xiàn)實的?！?
