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祥峰观点| 电动汽车
电动汽车系列研究共5小节
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电池技术&
替代性创新
02
3x
锂离子电池(LIB) 被广泛使用的原因有:
电池技术&替代性创新 |
电动汽车(EV) 是由
锂电池提供动力
60%
01
高功率-重量比
3倍于其他系统的能
量密度
可针对特定的使用情况
进行化学成分调整
03
:
随着对电池需求的增加,这些原材料的
价格急剧上升。
供应链和技术挑战阻碍了锂电池的使用
这些挑战促使电池制造商探索替代品。
供应链
锂离子电池使用稀有金属作为原料,如
锂、钴和镍等。
除了对温度和电压敏感外,其主要危险是易燃
的电解质液。
过度充电、暴露在极端温度下、外部或内部短
路都可能导致电池寿命缩短并产生安全风险。
技术
电池技术&替代性创新 |
与锂离子电池相比,其他电池技术的优势
替代电池技术正越来越引起注意...
低
钠离子
(SI)
120 Wh/kg
310 Wh/L
关键电池指标
材料成本
每单位质量储存的能量​
(特定能量)
每单位体积储存的能量​
(具体容量)
寿命
高
锂离子电池
(LI)
180 Wh/kg
470 Wh/L
高达1,000次
循环
中
锂-铁-磷酸盐(LFP)
125 Wh/kg
325 Wh/L
高达12000
次循环
低
锂硫化合物(LS)
450 Wh/kg
550 Wh/L
高达300
次循环
高达1500次
循环
电池技术&替代性创新 |
探讨锂离子电
池替代品:
磷酸锂铁
(LFP)
与锂离子电池相比,磷酸锂铁的电池寿命更长,
无需维护,热稳定性和化学稳定性更强。
目前,中国对磷酸锂铁具有垄断地位。中国的电池制造商在提供仅
用于中国市场的磷酸锂铁电池时不需要被收取许可费。
由于中国的磷酸锂铁专利将于2022年到期,非中国的电池制造商
可能会将其生产转向铁基配方。
主要汽车制造商正在采取行动控制磷酸锂铁电池供应
特斯拉正计划开发磷酸锂
铁电池,并且该公司的电
池将有更高比例的铁-供
应量更为充足的金属。
福特将用磷酸锂铁电池为其
大型皮卡和其他车型提供动
力。这将有助于在本年代中
期之前将电池成本降低
40%,而且还有更大空间。
大众汽车公司宣布计划在其
入门车型中采用磷酸锂铁技
术。这是在快速增长的欧洲
电动车市场制造商中首次宣
布使用磷酸锂铁。
电池技术&替代性创新 |
探讨锂离子电
池替代品:
锂硫电池
(LSB)
由于锂硫电池的能量密度高、成本低、材料易得和
安全性提高,它被认为是下一代电池替代品之一。
硫磺丰富且无毒,使锂硫电池成为更便宜和可持续
的替代品。
莫纳什大学设计了一种新型的阴极,并制成了可以充电几百次的锂硫电池,其能量
容量是锂离子的四倍。
大邱庆北科技学院开发了一种用于锂硫电池的新型硅基阴极,使电池能够持续进行
2000次以上的充电/放电循环。
NexTech电池公司与Mullen技术公司合作,使用其锂硫袋格式电池能够在5年内生
产超过10万辆电动汽车,这种电池比今天的电动汽车电池轻60%。
Oxis能源公司是一家锂硫充电电池公司,他们计划开始向客户提供其准固态锂硫
电池,用于试验应用、概念验证和系统演示。
研究人员和公司正在考虑将该技术商业化:
电池技术&替代性创新 |
探讨锂离子电
池替代品:
钠离子电池
(SIB)
钠离子电池(SIB)和锂离子电池(LIB)都是在
1980年代开发的。与锂离子电池相比,钠离子电
池性能较差,因此发展缓慢。近年来,由于其较
低的成本、材料的可用性和潜在的安全优势,人
们对其产生了兴趣。
Natron Energy公司宣布其研发的钠离子电池首次通过UL认证,该技术将被用于数据中
心UPS系统与电动汽车快速充电。
Faradion公司宣布与飞利浦66公司进行技术合作,为钠离子电池开发成本更低、性能
更高的阳极材料。
法国的Tiamat能源公司成立于2017年,是法国国家科学研究中心研究实验室的一个分
支,于3月21日筹集了500万欧元,并开始生产钠离子电池单元。
瑞典公司Altris宣布其使用可再生材料(海水和木材)可生产出可持续钠离子电池单元。
总部位于溧阳中关村的海纳电池技术有限公司拥有多项钠离子电池的核心专利。它在
2021年8月发布了世界上第一个1MWh的钠离子电池存储系统。
特斯拉的电池供应商CATL发布了其初代钠离子电池。它正在开始工业化部署,预计到
2023年可进行规模化生产。
电池技术&替代性创新 |
更多创新技术涌现...
镍氢电池比锂离子电池更
重、更大,但价格更低。
氧化还原液流电池使用可
逆的氧化和还原来储存能
量。
石墨烯超级电容器可以在
几秒钟内充电和放电。
生物电化学电池通过对微
生物的利用来储存能量。
锌离子电池的水基电解质
可以防止它起火。
金属-空气电池有一个金属
阳极和一个空气阴极,明
显地减少了重量。
沙子电池使用硅作为原材
料而不是锂来实现三倍的
电池寿命。
铅酸电池价格低且功能强
大,但非常重。
超级电容器提供高功率密
度、即时充电和长寿命。
电池技术&替代性创新 |
来源: Green Car Reports, Nano Lett, Green Authority, RS Components, Johnson Matthey Technology Review, Skeleton Technologies, Phys.org, Codibly
能量密度
快速充电
安全性
能量密度
快速充电
安全性
锂电池
阳极 阴极
液体电解质
固态电池
固态电池:
下一代技术?
与锂离子电池相比,固态电池使用的电解质是
固体(而不是液体。固体电解质提供了更高的
能量密度,更快的充电时间,并提高了安全
性,缓解了锂离子电池的挑战。
阳极 阴极
固体电解质
电池技术&替代性创新 |
来源: Charged
固态电池制造将会在2030年前实现商业化
2022
2025
2025
2026
2027
2030+
2030+
电池技术&替代性创新 |
来源: Yole Development
电池技术&替代性创新 |
电池创新的
速度仍然存
在局限
研究机构和公司正在合作,利用数据和人工智能
来加快电池研发,改善数据管理。
InoBat是一家位于斯洛伐克的公司,它利用一个人工智能研究平台,快速制作
新的电池化学原型,为电动汽车定制电池,据称实现了接近20%的续航能力提
升。
Brill Power公司(英国,种子轮)的电池管理系统利用牛津大学开发的新型智
能控制技术改进了电池性能。
ION ENERGY 公司(孟买,早期风投阶段)利用智能电池分析技术,大幅提
高锂离子电池的寿命和性能。
Voltaiq公司(美国,A轮)和Aionics公司的平台使企业能够利用其数据,更
有效地设计、开发、制造和运营下一代电池供电产品。
TWAICE公司(德国,B轮)能够提供预测性分析软件,优化锂离子电池的开
发和运行。
电池和汽车制造商正通过整体电池设计法
来降低电池成本
01 传统的电池设计利用电池单元来建立电池模块,并将这些模块组装打包。这种设计使用过多
部件,体积效率低下。
传统设计
02 电池到电池组简化了模块结构,将电池单元直接集成到电池组中,不需要目前大多数电池
组设计中所使用的复杂模块结构。
电池到电池组
03 电池到底盘技术被认为是下一个飞跃,即电池单元直接集成到汽车底盘,不需要集
成到电池组中。
电池到底盘
电池技术&替代性创新 |
来源: McKinsey, Green Car Reports, Driven, BYD, Electrive, Tesla
电池生产由中国、日本和韩国的企业主导。区域性
的电池及电动车初创企业可以通过垂直整合加速发
展,以减少供应链风险并满足特定的下游需求。
汽车制造商正
与电池公司合
作以确保供应
链安全
结果
总部设在德里的Computech Systems公司生产各种产品,如UPS系
统、电池和笔记本电脑充电器。
背景
Computech System的电池单元制造和管理部门从其母公司中分离
出来,成立了Ipower Electronics,以专注于其客户所需的特定产品
和服务。
解决措施
除了从日本、韩国和中国进口电池单元外,Ipower的其他生产制造全
部由内部完成。他们为国内前20名电动两轮车制造商中的15家提供服
务,包括Gemopai、Benling India、Okinawa Autotech和Ampere
Electric。
01
02
以Ipower Electronics为例:
03
电池技术&替代性创新 |
来源: Ipower Electronics
03
01
02
固体电解质
提升供应链安全
电池单元和电动车初创企业正在寻求加速垂直整合,以进一步确保供应链,
并迎合特定的下游需求。
随着电动车采用率的提高,电池技术的商业化势在必行。
锂离子电池及其替代品
化学上的限制和制造上的挑战促使制造商探索锂电池的替代品及技术。
小结...
固态电池-未来新领域?
固态电池具有更高的能量密度、更快的充电时间和更高的安全性-被认为是下一代电池技术的有力的候选者。
固态电池
电池技术&替代性创新 |
阳极 阴极
在本系列的第3小节中, 我们将会介绍电动车电池回收的产业情况及二次利用,探讨如何更好地管
理废旧电池,了解如何通过下一代电力电子技术,使废旧电池得到可持续的利用与更好的管理。
敬请期待. . .
还有更多疑问? 请将问题发送至communications@vertexholdings.com
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废旧电池会被如何处理?
电池回收& 电力电子

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