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動力電池包用材聚焦輕量化:鋼和鋁的競爭?
更新時間:2019-03-02 瀏覽數:

21世紀經濟報道     2019-03-02


隨著補貼標準對電池能量密度的要求逐漸提升,電池包結構輕量化成為業內討論最廣泛的技術話題之一?;?020年后新能源汽車補貼取消的預期,傳統電池箱體用材也迎來煥發新生的機會。記者了解到,寶山鋼鐵已經與國內幾家大型電池供應商達成合作,共同推動研發鋼制輕量化電池包,以在補貼取消的情況下,提供低成本的電池包輕量化方案。




    輕量化機遇
  
  業內普遍認為,碳纖維復合材料是電池包箱體的理想用材,該材料不但強度高、成型性強,而且材質極輕,有助于提高電池能量密度,并提高續航里程。據東華大學教授余木火介紹,與當前新能源汽車車用電池包主流應用的鋁合金電池托盤相比,碳纖維增強復合材料的重量只有后者的四分之一。
  
  事實上,傳統車用電池箱采用鋼板、鋁合金等材料鑄造,然后對表面進行噴涂處理。隨著汽車節能環保和輕量化發展,電池殼體材料也出現了玻纖增強復合材料、SMC片狀材料、碳纖維復合材料等多種輕量化的材料選擇,但受制于技術和成本等方面的因素,這些材料尚未得到大規模應用。
  
  相比較而言,目前行業應用較多的是鋁合金材料。一位從事電池包材料研究的人士告訴記者,擠壓鋁由于模具便宜,材料密度低,容易滿足電池系統能量密度的補貼要求,因此目前用量較大,成為主流。
  
  2018年,中央政府對新能源汽車的財政補貼進一步退坡,并提升補貼門檻,補貼朝著能量密度提升、續航里程提升、百公里耗電量下降的方向引導。
  
  根據我國現行的新能源汽車補貼政策,單車補貼金額采用分級補貼方式,分別衡量續航里程、能耗系數以及電池系統的能量密度。從電池能量密度角度看,最低補貼標準為105瓦時/千克,補貼系數為0.6,若高于120瓦時/千克,系數為1.1,高于140瓦時/千克,系數為1.2。
  
  這無疑在很大程度上促進了整車企業及電池廠商在電池包輕量化上的研究。國家新能源汽車創新工程項目專家組組長、中國新能源汽車知名專家王秉剛表示,補貼政策對技術提升有很大的促進作用,這些年來我國動力電池及電動車行業飛速發展,與政策的引導是分不開的。
  
  鋼板卷土重來?
  
  目前,已有傳統原材料供應商與電池供應商達成合作,探索更具性價比及普及價值的電池包輕量化方案。
  
  寶山鋼鐵股份有限公司中央研究院研究員楊智輝告訴記者,寶鋼已經與國內幾家大型電池供應商成立了科研項目,共同研發儲備鋼制輕量化電池包,而且時間節點就定在2020年,在那之前完成評估,包括設計結構、CAE、實物驗證實驗等,并從輕量化、成本和安全等方面優化鋼制電池包的解決方案。
  
  目前,動力電池包多采用鋁合金鑄造,傳統的鋼板由于沒有輕量化優勢,逐漸“失守”市場。但隨著補貼取消,鋁合金材料的成本將會轉移到電池供應商及整車企業身上。楊智輝認為,整車廠對成本的控制非常嚴格,所以未來電池包用材會采取更多選擇,那時鋼材的競爭力將逐漸體現。
  
  隨著新能源車銷量提升,更具規模效益的解決方案也將進入市場。無論是鋼板、鋁合金還是碳纖維,都將被整車企業重新納入考察,而成本、安全和續航里程都是它們關心的核心問題。
  
  相比較而言,鋼板的最大優勢在于成本?!霸跊]有補貼的情況下,鋼和鋁的電池包相差非常大。從材料到最終產品,鋁制包大概要2000塊,成本至少是鋼的兩倍,而一個白車身的價格也才6000-8000左右?!睏钪禽x指出。
  
  在電池能量密度和續航里程方面,楊智輝認為,電池技術的提升是核心能力,而不應過分追求電池包的輕量化,而且由于動力電池已經顯著增加了整車重量,電池包輕量化對于續航的影響并不大。
  
  事實上,電池包的輕量化的確只是一個方面。清華大學蘇州汽車研究院輕量化技術中心技術經理吳中旺也向記者介紹,提升電池能量密度有兩種路徑,一是增加單體電芯的比能量,二是電池包的結構輕量化,包括新材料的應用、結構優化設計、新工藝集成等方面,提升電池能量密度其實是個系統工程,因此材料不是唯一的變量。
  
  誰是主流?
  
  從政策制定上看,未來將放開對動力電池能量密度的硬性要求。
  
  盡管工信部此前發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》對今后動力電池的能量密度提出了發展目標,但在近期出臺的《汽車產業投資管理規定》(下稱《規定》或“22號文”)中,對于新增動力電池投資項目,之前意見稿中提到的能量密度要求被取消。
  
  在最大程度上放開市場準入規則的同時,也弱化了近年來行業發展過程中一直追求的電池能量密度等技術指標?!?2號文取消技術條件是很明智的?!蓖醣鼊偙硎?,現階段將能量密度拔高有些“太著急”,這樣容易產生一些安全問題。
  
  事實上,業內對高能量密度的電池需求一直持懷疑態度。一方面,市場對新能源汽車的需求是否全部集中在高續航能力上并不確定;另一方面,過分追求高能量密度、高充電倍率也會增加成本壓力和安全隱患。
  
  楊智輝表示,在補貼退出后,業內投資將會更為理性,整車企業會綜合考慮各方因素,結合市場需求、產品定位,決定采用什么樣的電池包解決方案。他并不認為2020年后鋼一定會成為電池包用材的主流,但相比現在,有望占據更高的市場份額。
  

  “中端以下的新能源汽車,補貼取消后,鋼會成為很重要的材料。但在中端以上,比如像特斯拉Model 3這種級別的,他們一旦形成用材習慣便很難改變。對于中高端產品而言,這一塊(電池包用鋁)并非很大成本,整車說不定都用鋁,以形成差異化競爭?!睏钪禽x認為,技術指標放開給市場后,中端A1級以下的車用電池包可能會用鋼,中端以上將有鋼也有鋁,甚至其他更輕、更具競爭力的材料。

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