换电池还是换车?解决新能源汽车“电池焦虑”,还需中国方案

中科院金属所:锂硫电池中的原位固化策略抑制多硫化物穿梭效应

【能源人都在看,点击右上角加'关注'】 一、研究背景: 高比能的锂硫电池被认为是最有前景的下一代储能体系。然而,锂硫电池在充放电过程中会产生可溶于醚类电解液的多硫化物,多硫化物的溶解和扩散会导致活性物质损失、锂负极腐蚀,使电池容量快速衰减。为此

如今,电池寿命短、技术迭代快等问题,已经造成消费者对新能源汽车产生种种担忧的根源,甚至成为普及新能源汽车的“拦山虎”。第一批新能源汽车的电池使用寿命陆续到限,迫使早期消费者面临“换车还是换电池”的两难选择。

新能源汽车的锂离子电池

一款新能源汽车,核心主要是由电池、电控和电机这三电组成。从成本的角度来看,新能源电动车成本结构中最大的是电池,占比约40-50%。足可见,新能源汽车中电池的重要性。

新能源汽车中的电池主要有镍镉、镍氢和锂离子电池等。要想理解不同动力电池性能的差异,我们就需要明确能量密度(Wh/kg)和功率密度(W/kg)这两个概念。能量密度就是指电池每千克重量可存储的总能量,而功率密度就是设备在充电和放电时能量流入流出的速度。

由于锂资源较为丰富且价格也相对低廉,再加上以化学形式储存能量的锂电池的能量密度相对较高。因此,锂离子电池处于高速发展阶段。比如特斯拉Model S、日产Leaf、通用Volt等都是采用锂离子电池。特斯拉在2020年电池日上推出具有革命性的4680电池,也是锂离子电池。

锂离子电池,其实跟我们手机电池是一样的,只是要比手机电池大得多。但是,锂离子电池有一个问题,就是充电速度比较慢。

动力电池领域,一般都是用充放电倍率来描述充电速度和电流大小的关系,比如1小时充满电池时的速率就是1C,30分钟的速率 则称之为2C,如此类推。目前锂电池的充电速率一般能够达到1C到3C,甚至能够达到5C。但是,相对于动不动就10C以上的放电速度来说,锂电池的充电速度的确是有些慢。因此,锂电池的功率密度并不高。

不同于传统电池,市面上还有一种通过极化电解质来储能的超级电容,这种器件可以非常快速充放电而不破坏内部结构。因此,超级电容具有非常高的功率密度。但是,相对于锂电池来说,超级电容的能量密度低得多,这才导致超级电容迟迟无法展露锋芒。

值得高兴的是,澳洲昆士兰科技大学推出一款混合超级电容器,既能兼顾能量密度,又能保持良好的功率密度。未来,如果这种超级电容器能够量产,那么,使用这种器件的手机或者汽车,虽然续航能力不能极大提高,但是充电速度将会变得很快,续航里程数也将不再是问题。

但是目前,锂离子电池仍是最被市场看好的动力电池。

锂离子电池能够用多久?

既然电池在新能源汽车里面如此重要,那么很多购买新能源汽车的朋友,可能更关注锂电池能够用多久?换一块电池多少钱?目前,锂电池技术已经能够满足大多数消费类设备的需求,但是在电动汽车领域仍然需要进一步研究。

聚焦双创丨刘尧平:从硅片‘变成’电池,仅需一天时间

在松山湖材料实验室一楼,一个600多平方米的中试车间内,摆满了各种研发设备。“太阳能电池的产线很长,但在这里,从硅片‘变成’电池,仅需一天时间。”刘尧平如是说。 太阳能电池新工艺研发中试线 刘尧平是高效晶硅电池团队的主要负责人之一,2018年,随着

锂离子电池靠的就是正负极之间的离子运动,理论上,这种机制应该永远有效,但是随着时间的流逝,高温和老化等问题会降低电池性能。因此,制造商一般采取保守的方式,指定大多数消费产品中锂离子的寿命为300至500次深度充放电周期,寿命即将结束时的容量只有初始容量的60%~70%。需要注意的是,电池没有充满、没有放完都不算一次完整的充放电循环。

对于乘用车汽车等领域,我国工信部强制规定,自2016年起,乘用车生产企业对电池、电机等核心部件必须提供8年或12万公里质保。目前,国内大部分车企对能源汽车电池做出8年/15万公里左右的质保承诺。

这里需要注意,很多车企并不是说在8年保质期可以直接给你换全新电池,而是需要电池组的容量下降到规定的百分比,通常为60-70%,比如特斯拉 model 3等。此外,制造商往往会夸大其电池性能,因为他们知道很少有用户会进行抽查并抱怨电池电量不足的问题。

因此,购买新能源汽车的车主,应该在保质期内,及时关注自己的电池电量的问题。否则,过了保质期,车主就得自掏腰包更换电池。特别是在2016年之前购买新能源汽车的车主,是无法享受8年的电池质保。

换一块锂离子电池需要多少钱?

目前,换一块电池的价格还真不便宜。二手电动车在线销售网站Current Automotive数据显示,一辆特斯拉Model 3的电池更换成本竟超过10万元,其中单是电池成本就高达8.7万元,另外还包括近1.5万人元的人工费用。

动辄就好几万甚至十几万的动力电池更换成本,几乎都赶上汽车的折旧价格,而且卖二手新能源汽车也很难提价,这让动力电池使用到期的车主陷入两难的境况。

为了解决新能源汽车的“电池焦虑”问题,国内外多家新能源汽车都在探索不同的解决方案。目前,特斯拉想到的是“电池回收利用”计划。在特斯拉回收计划中,报废的电池100%回收可利用,而且动力电池寿命在30万至50万公里内的折旧价格可达到约合2.05万至4.78万人民币。

如果这一价格能够成真,再加上电池成本也越来越低,相信很多车主都会接受电池回收利用。但是,目前回收电池技术和工艺并不成熟,处理不好将会对环境造成更大的污染。

为此,一些国内企业在“电池焦虑”问题时采用“换电”的全新模式,比如蔚来采用车电分离的方式来购买汽车,电池则采用租赁的方式。这样一来,车主可以享受到不断更新的电池技术,而且不用担心因电池迭代而车辆贬值的问题。北汽新能源还推出了电池终身质保方案。

因此,我认为,在电池回收技术还不成熟的情况之下,解决消费者“电池焦虑”,需要中国式解决方案。

未来,中国新能源汽车产业要想积极应对“电池报废潮”带来的压力,就需要在发展新能源汽车技术的同时,提前筹划规模化和科学化的电池回收管理机制。

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