動力電池包用材聚焦輕量化：鋼和鋁的競爭？
閱讀次數(shù)：627 更新時間：2019-03-02
21世紀經(jīng)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(jié)構(gòu)輕量化成為業(yè)內(nèi)討論最廣泛的技術(shù)話題之一?；?020年后新能源汽車補貼取消的預(yù)期，傳統(tǒng)電池箱體用材也迎來煥發(fā)新生的機會。記者了解到，寶山鋼鐵已經(jīng)與國內(nèi)幾家大型電池供應(yīng)商達成合作，共同推動研發(fā)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(yè)內(nèi)普遍認為，碳纖維復(fù)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(zhì)極輕，有助于提高電池能量密度，并提高續(xù)航里程。據(jù)東華大學(xué)教授余木火介紹，與當前新能源汽車車用電池包主流應(yīng)用的鋁合金電池托盤相比，碳纖維增強復(fù)合材料的重量只有后者的四分之一。
事實上，傳統(tǒng)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(jié)能環(huán)保和輕量化發(fā)展，電池殼體材料也出現(xiàn)了玻纖增強復(fù)合材料、SMC片狀材料、碳纖維復(fù)合材料等多種輕量化的材料選擇，但受制于技術(shù)和成本等方面的因素，這些材料尚未得到大規(guī)模應(yīng)用。
相比較而言，目前行業(yè)應(yīng)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(tǒng)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(xù)航里程提升、百公里耗電量下降的方向引導(dǎo)。
根據(jù)我國現(xiàn)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(xù)航里程、能耗系數(shù)以及電池系統(tǒng)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(shù)為0.6，若高于120瓦時/千克，系數(shù)為1.1，高于140瓦時/千克，系數(shù)為1.2。
這無疑在很大程度上促進了整車企業(yè)及電池廠商在電池包輕量化上的研究。國家新能源汽車創(chuàng)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(shù)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(yè)飛速發(fā)展，與政策的引導(dǎo)是分不開的。
鋼板卷土重來？
目前，已有傳統(tǒng)原材料供應(yīng)商與電池供應(yīng)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(jīng)與國內(nèi)幾家大型電池供應(yīng)商成立了科研項目，共同研發(fā)儲備鋼制輕量化電池包，而且時間節(jié)點就定在2020年，在那之前完成評估，包括設(shè)計結(jié)構(gòu)、CAE、實物驗證實驗等，并從輕量化、成本和安全等方面優(yōu)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(tǒng)的鋼板由于沒有輕量化優(yōu)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(zhuǎn)移到電池供應(yīng)商及整車企業(yè)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(xiàn)。
隨著新能源車銷量提升，更具規(guī)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(yè)重新納入考察，而成本、安全和續(xù)航里程都是它們關(guān)心的核心問題。
相比較而言，鋼板的最大優(yōu)勢在于成本。“在沒有補貼的情況下，鋼和鋁的電池包相差非常大。從材料到最終產(chǎn)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。”楊智輝指出。
在電池能量密度和續(xù)航里程方面，楊智輝認為，電池技術(shù)的提升是核心能力，而不應(yīng)過分追求電池包的輕量化，而且由于動力電池已經(jīng)顯著增加了整車重量，電池包輕量化對于續(xù)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(xué)蘇州汽車研究院輕量化技術(shù)中心技術(shù)經(jīng)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(jié)構(gòu)輕量化，包括新材料的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、新工藝集成等方面，提升電池能量密度其實是個系統(tǒng)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(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》對今后動力電池的能量密度提出了發(fā)展目標，但在近期出臺的《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定》(下稱《規(guī)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(guī)則的同時，也弱化了近年來行業(yè)發(fā)展過程中一直追求的電池能量密度等技術(shù)指標?！?2號文取消技術(shù)條件是很明智的?！蓖醣鼊偙硎?，現(xiàn)階段將能量密度拔高有些“太著急”，這樣容易產(chǎn)生一些安全問題。
事實上，業(yè)內(nèi)對高能量密度的電池需求一直持懷疑態(tài)度。一方面，市場對新能源汽車的需求是否全部集中在高續(xù)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(yè)內(nèi)投資將會更為理性，整車企業(yè)會綜合考慮各方因素，結(jié)合市場需求、產(chǎn)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(xiàn)在，有望占據(jù)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(xí)慣便很難改變。對于中高端產(chǎn)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(shù)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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