“干电极”技术再引热议 业内:可以提高电池性能但短期难量产

2月22日,根据证券时报报道,接近特斯拉的相关人士表示,特斯拉自主研发的新电池是干电池技术+超级电容组合,具体成分预计会在4月的特斯拉电池会议上进行说明。

受此消息影响,周一开盘,超级电容概念走强,截止收盘,新筑股份、泰尔股份、思源电气、新宙邦等多股涨停,“干电极”技术也再次受到关注。

国君新能源研究团队认为,特斯拉自主研发生产的是“干电极”超级电容技术,技术来源于2019年收购的“Maxwell”。

据悉,2019年2月5日,特斯拉在资金紧张的情况下,宣布以2.18亿美元溢价55%收购Maxwell。Maxwell公司是全球最著名的超级电容器制造商,其中Maxwell超级电容器、蓄能装置是该公司主打产品,其独特之处在于功率密度高、使用寿命长,能够快速充放电,而且在极端温度下仍能确保性能的稳定性和可靠性。但是,有外媒指出,特斯拉更感兴趣的或许还是Maxwell的“干电极技术”。 

那么,什么是“干电极”?其实,干电池并不算是新技术,已经过多年发展。公开资料显示,干电极技术是指不适用溶剂,直接将少量(5%-8%)细粉状PTFE粘合与正极/负极粉末粘合,通过挤压机形成薄的电极材料带,再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。

私募基金行业研究员漫步Ethan发文称,干电池与传统锂电池工艺差异主要体现在电极片制造上:传统的锂电池制造使用有粘合剂材料的溶剂NMP/MNP与负极或正极粉末混合后,把浆料涂在电极集电体上并干燥,是湿法工艺。而干电池技术,不使用溶剂,而是将少量(约5-8%)细粉状PTFE粘合剂与正/负极粉末混合,然后通过挤压机形成薄的电极材料带,再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。

有业内人士指出,干电极技术的优势在于:一是电极压实密度更高有利于负极补锂;二是可以更容易使用超高镍正极材料;三是成本更低;四是可以适用于下一代材料体系,甚至包括固态电池。

对此,浙江长兴中俄新能源材料技术研究院有限公司院长王庆生表示,就“干电池技术+超级电容组合”说法过于牵强也不准确,技术的公布也是断章取义,电容器是用来存储电荷的,是个物理过程,蓄电池是用来存储电能的,是个化学过程,如果把超级电容结合到电池里使用是可以的,就上述所说的应为“干法电极”制备工艺,就工艺关键特点来说应主要在电极结构的设计上,我们现在做的聚合物锂离子电池(准固态)就是先做正/负极电极然后转移热压到集流体上。

“关键是集流体结构设计,如上述所说采用现在铜铝箔集流体压合(集流体表面喷涂导电胶处理),但附着力还是问题,活性物质和集流体界面阻抗会很大,大电流使用极化问题及后期充放电脱粉严重,故一定考虑新型结构集流体”,王庆生强调,“另外,PTFE粘接剂与活性材料干粉混合压制成电极(问题在于如何解决干粉混合压制电极,粉体间固固相界面阻抗问题和现在固态锂电池存在问题是一样的如何解决)提高极片厚度,提高压实密度,看是增加了空间活性材料使用量,至于质量比能量还是体积比能量是否能得到提高要看电池的设计,如果针对动力电池,电流的大小设计和集流体截面积有着直接关系,固固相界面阻抗问题一定要得到解决,因为我们设计的不是一次性干电池。”

此外,在王庆生看来,锂离子电池容量提升是多方面的,改进正极材料提高富锂含量、提高电压差(高电压窗口)、改善电极结构提升空间活性材料使用量等都是改善比能量的途径,但关键还是正极材料富锂量的提高和充放电时可以提供交换的锂离子数量。目前锂离子电池电极的设计(均为铜铝箔上涂覆活性物质再烘干压延)因为工艺设计及理念问题,一味追究超薄电极及集流体,以至无压实空间可言,容量提升已经达到天花板,故目前不是技术落后了,而是需要更换新的电池设计的思路。

王庆生进一步解释说,对于干法电池更适合高镍材料的说法,他认为目前无从说起,需要大量试验验证,按理说阻抗高产热快散热不好更不适应于高镍材料;对于使用干法大幅度降低了杂质导入,降低副反应,提高电化学体系电压说法,王庆生认为不是干法就有这个优势,湿法就存在这个劣势,就材料纯度和工艺加工过程都应严格控制杂质,控制不好一样存在杂质导致的副反应;对于提高电化学体系电压,王庆生也认为不取决于干湿法的工艺,而应该取决于高压电解液和高电压正极材料,杂质引起的微电池应理解为安全隐患,不足以明显体现拉低电池体系电压(因阻抗极化问题导致电池电压下降容量衰减比微电池表现更为突出);此外,溶剂的使用这要看其电极材料混料方式,各种技术都有短板和优势。

“干法制备电极也有其问题,解决集流体和活性物质面结合问题,固固相粉体材料界面阻抗问题,后续提供离子交换量问题等一样会增加工艺点,至于是否会大幅度提升比能量和降低成本这个不是简单的一个工艺改进就可以决定的,是全方位技术完善提升方可达到,但有一点可以肯定,前段涂布机是可以省下的,目前我们设计填充式电极和3D打印电极,涂布机后期都是可以不用的,三维电极结构、电极复合技术,多孔电极制备会成为电池技术发展趋势。”王庆生表示,干电池技术、电容技术都是较老的技术,干法电极技术也不是新技术,无论何种技术如何使用,主要是看他的新老技术如何结合创新,长兴中俄研究院目前已经储备了相关技术,不久将推出样品测试容量提升幅度。

漫步Ethan认为,干电池生产工艺难度大,且该技术还未通过大规模应用,估计短期量产难度较大。

国君新能源研究团队也表示,“干电极”超级电容技术是作为现在的动力电池技术的一个补充,可以提高性能,不会替代现有的产品,未来电动车发展的仍然是“锂电池+超级电容”和“燃料电池+超级电容”方式。

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2020正式开启5G商用元年

如果说2019年5G正式来到我们身边,那么2020将是5G正式进入我们生活之中的一年。

阴雨之下,上海迎来了四季之中最为寒冷的阶段,但是降温丝毫没有影响寰球汽车集团联合沃尔沃汽车举办的“2020中国5G智能汽车高峰论坛”顺利召开。不久之后,我们也将迎来农历新年,选择在这“年关”之时举行如此盛会,其重要性显而易见,而它带给我们的最大意义与启示,或许正如官方宣传所说:重新定义5G时代车辆网基因。

回顾刚刚过去的2019,讨论最热的技术话题非“5G”莫属。伴随5G手机的逐渐面市,消费者浅显的接触到了5G技术,但是不知为何,总感觉当下的5G距离我们依然存在距离,人们也未真正感受到它带来的便利与快捷。而这背后的主要原因,还是由于5G的商用化“落地”还在发展之中。

所以如果说过去的一年5G正式来到我们身边,那么2020将是5G正式进入我们生活之中的一年,也是开启5G商用化的元年。

当“沃”遇上“沃尔沃”

既然以讨论5G商用化落地作为目的,那么作为5G最佳应用载体的汽车理应成为其最先“攻克”的对象。所以会议伊始,全球豪华汽车品牌沃尔沃汽车就宣布与电信运营商中国联通正式签署5G战略合作协议,双方将基于5G下一代移动网络技术,联手推动V2X车路协同技术在中国的发展。

“发展基于5G的V2X车路协同技术将加速智能汽车的进一步落地,为未来出行带来更多可能。沃尔沃汽车将抓住时代赋予的机遇,充分发挥技术积累与创新优势,与合作伙伴开放协作,让智慧交通的蓝图成为现实。”对于此次合作,沃尔沃集团全球高级副总裁、亚太区总裁兼CEO袁小林充满信心。

除此之外,袁小林的信心还来自于沃尔沃交出的2019“最终答卷”。根据官方数据显示,沃尔沃汽车集团再创全球销量纪录新高,自1927年成立以来首次突破70万辆销量纪录。2019年,沃尔沃汽车销量为705,452辆,较去年同期的642,253辆同比增长9.8%,连续第六年创全球销量纪录。

不可否认,车市寒冬之下,沃尔沃能够维持自身继续稳固增长实属不易,也从侧面反映出其较好的产品规划与传播节奏。选择牵手联通共同开发车载5G技术也可视为沃尔沃对于未来出行市场的前瞻性布局。

正如沃尔沃汽车集团首席技术官贺瑞安所说:“沃尔沃一直致力于发掘车间互联潜能,是推进汽车智能互联新功能和服务(比如探测并共享车辆之间的湿滑路面位置)方面的行业领导者。有了5G技术,网络性能将大幅提高,这使得更多关键性的实时服务成为可能,帮助司机获得更安全、更平稳、更愉悦的驾驶体验。我们期待着与中国联通的合作,为中国市场开发这些服务。”

同时据了解,沃尔沃与联通已经成功开展基于5G V2X车路协同技术的自动代客泊车项目。该预研项目通过在现有的沃尔沃量产车上加装5G和V2X通讯设备,综合V2N(车对云端),V2I(车对基础设施),V2V(车对车)等技术以及车辆现有的感知设备,实现了特定场景(试车场)下的无人代客泊车。

显然5G技术中国已然走在世界前列,中国汽车市场的巨大量级同样位于世界首位,身处在“新四化”转型的浪潮之下,沃尔沃位于5G V2X领域的提前出击,极有可能成为与其它豪华品牌竞争的最大“筹码”。

我们需要5G时代V2X

拥有5G技术加持,中国汽车市场电动化、智能化、网联化、共享化的方向将会更加坚定不移,而5G时代V2X已然成为实现美好夙愿的最佳解决方式。那么究竟何为V2X?

其实,V2X是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术,其中V代表车辆,X代表任何与车交互信息的对象,包括车、人、交通路侧基础设施和网络。V2X是通过专用通信协议和频谱实现一定区域内、一定条件下的数据互通。换言之,V2X下的车辆就像一台“手机”,将能够与用户、其它手机、电视等播放设备、甚至运营商等多方面进行互联。

而5G的到来更像一针“强心剂”,更加保障了V2X的顺利实现,为其提供了超低时延、超高可靠、超大宽带的无线通信保障。

既然5G时代之下V2X如此重要,就不难理解为何中国要如此大力推动它的普及。V2X作为车联网产业,涉及汽车、电子、信息通信、交通运输和交通管理等多个行业,具有极强的产业带动性。可以说V2X的是一种可以真正将汽车主机厂、零部件供应商、交通等传统产业紧密连接起来的技术。

除中国之外,美国与欧洲也已认识到V2X对于汽车产业的重要性。美国通过持续出台智能交通战略规划,确立了以汽车智能化、网联化为核心的智能交通领域发展方向,并未其特意规划出频段专用于C-V2X无线通信技术。欧盟同样认为汽车智能网联与自动驾驶是欧洲汽车工业的新机遇,也将“清洁网联自动驾驶汽车”列入欧盟的关键战略价值链,但是相对中美发展较慢。

综上所述,对于V2X的重要性与前景不必多言。反之,相比国外其实中国5G时代之下发展V2X更加具有优势。一方面,中国政府对于该领域的支持力度还在加大,根据中国国际经济交流中心、国经咨询有限公司及中国信通院研究报告预测,2020年中国5G总投资为9000亿元,2025年将达到15000亿元。

一方面,从2017年至今,我国相关部门已先后推出数十项支持车联网技术发展的政策与规定,多家涉及V2X企业都积极参与中,以通信芯片为例,大唐、华为均已推出适用于车联网LTE-V2X的芯片。

另一方面,V2X落地最为重要的道路基础设施中国同样存在优势,截至2019年,中国公路总里程已达484.65万公里、高速公路达14.26万公里,居世界第一。相比欧洲、美国、瑞士等多国、联邦区域,中国拥有统一标准的绝对优势,在交通路网、通信协议、路侧基建等方面更易打造统一标准.

所以既然拥有如此之多的先发优势,未来我们更有理由发展好5G时代之下的V2X,真正做到全球首位。

论坛的最后,多数人均达成一个共识:中国正处于V2X的最佳机遇,我们需要5G时代V2X。更需要包括沃尔沃汽车、中国联通、华为、四维图新等更多企业参与进来,共同克服技术壁垒与挑战,已实现5G时代V2X商业化落地的最终愿景。

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