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动力电池包用材聚焦轻量化:钢和铝的竞争?

2018-12-27 10:53 171 0 来自: 21世纪经济报道
简介
【汽车轻量化在线】随着补贴标准对电池能量密度的要求逐渐提升,电池包结构轻量化成为业内讨论最广泛的技术话题之一。12月20日,在中国电动汽车电池包轻量化创新技术及工艺发展论坛上,专家学者与业内技术人员纷纷介 ...

【汽车轻量化在线】随着补贴标准对电池能量密度的要求逐渐提升,电池包结构轻量化成为业内讨论最广泛的技术话题之一。12月20日,在中国电动汽车电池包轻量化创新技术及工艺发展论坛上,专家学者与业内技术人员纷纷介绍了在电池包轻量化领域的最新研发与应用成果。

基于2020年后新能源汽车补贴取消的预期,传统电池箱体用材也迎来焕发新生的机会。21世纪经济报道记者了解到,宝山钢铁已经与国内几家大型电池供应商达成合作,共同推动研发钢制轻量化电池包,以在补贴取消的情况下,提供低成本的电池包轻量化方案。

宝钢集团  资料图片/版权属于原作者 

轻量化机遇

业内普遍认为,碳纤维复合材料是电池包箱体的理想用材,该材料不但强度高、成型性强,而且材质极轻,有助于提高电池能量密度,并提高续航里程。据东华大学教授余木火介绍,与当前新能源汽车车用电池包主流应用的铝合金电池托盘相比,碳纤维增强复合材料的重量只有后者的四分之一。

事实上,传统车用电池箱采用钢板、铝合金等材料铸造,然后对表面进行喷涂处理。随着汽车节能环保和轻量化发展,电池壳体材料也出现了玻纤增强复合材料、SMC片状材料、碳纤维复合材料等多种轻量化的材料选择,但受制于技术和成本等方面的因素,这些材料尚未得到大规模应用。

相比较而言,目前行业应用较多的是铝合金材料。一位从事电池包材料研究的人士告诉21世纪经济报道记者,挤压铝由于模具便宜,材料密度低,容易满足电池系统能量密度的补贴要求,因此目前用量较大,成为主流。

2018年,中央政府对新能源汽车的财政补贴进一步退坡,并提升补贴门槛,补贴朝着能量密度提升、续航里程提升、百公里耗电量下降的方向引导。

根据我国现行的新能源汽车补贴政策,单车补贴金额采用分级补贴方式,分别衡量续航里程、能耗系数以及电池系统的能量密度。从电池能量密度角度看,最低补贴标准为105瓦时/千克,补贴系数为0.6,若高于120瓦时/千克,系数为1.1,高于140瓦时/千克,系数为1.2。

这无疑在很大程度上促进了整车企业及电池厂商在电池包轻量化上的研究。国家新能源汽车创新工程项目专家组组长、中国新能源汽车知名专家王秉刚对21世纪经济报道记者表示,补贴政策对技术提升有很大的促进作用,这些年来我国动力电池及电动车行业飞速发展,与政策的引导是分不开的。

钢板卷土重来?

目前,已有传统原材料供应商与电池供应商达成合作,探索更具性价比及普及价值的电池包轻量化方案。

宝山钢铁股份有限公司中央研究院研究员杨智辉告诉21世纪经济报道记者,宝钢已经与国内几家大型电池供应商成立了科研项目,共同研发储备钢制轻量化电池包,而且时间节点就定在2020年,在那之前完成评估,包括设计结构、CAE、实物验证实验等,并从轻量化、成本和安全等方面优化钢制电池包的解决方案。

目前,动力电池包多采用铝合金铸造,传统的钢板由于没有轻量化优势,逐渐“失守”市场。但随着补贴取消,铝合金材料的成本将会转移到电池供应商及整车企业身上。杨智辉认为,整车厂对成本的控制非常严格,所以未来电池包用材会采取更多选择,那时钢材的竞争力将逐渐体现。

随着新能源车销量提升,更具规模效益的解决方案也将进入市场。无论是钢板、铝合金还是碳纤维,都将被整车企业重新纳入考察,而成本、安全和续航里程都是它们关心的核心问题。

相比较而言,钢板的最大优势在于成本。“在没有补贴的情况下,钢和铝的电池包相差非常大。从材料到最终产品,铝制包大概要2000块,成本至少是钢的两倍,而一个白车身的价格也才6000-8000左右。”杨智辉指出。

在电池能量密度和续航里程方面,杨智辉认为,电池技术的提升是核心能力,而不应过分追求电池包的轻量化,而且由于动力电池已经显著增加了整车重量,电池包轻量化对于续航的影响并不大。

事实上,电池包的轻量化的确只是一个方面。清华大学苏州汽车研究院轻量化技术中心技术经理吴中旺也向21世纪经济报道记者介绍,提升电池能量密度有两种路径,一是增加单体电芯的比能量,二是电池包的结构轻量化,包括新材料的应用、结构优化设计、新工艺集成等方面,提升电池能量密度其实是个系统工程,因此材料不是唯一的变量。

谁是主流?

从政策制定上看,未来将放开对动力电池能量密度的硬性要求。

尽管工信部此前发布的《节能与新能源汽车技术路线图》对今后动力电池的能量密度提出了发展目标,但在近期出台的《汽车产业投资管理规定》(下称《规定》或“22号文”)中,对于新增动力电池投资项目,之前意见稿中提到的能量密度要求被取消。

在最大程度上放开市场准入规则的同时,也弱化了近年来行业发展过程中一直追求的电池能量密度等技术指标。“22号文取消技术条件是很明智的。”王秉刚对21世纪经济报道记者表示,现阶段将能量密度拔高有些“太着急”,这样容易产生一些安全问题。

事实上,业内对高能量密度的电池需求一直持怀疑态度。一方面,市场对新能源汽车的需求是否全部集中在高续航能力上并不确定;另一方面,过分追求高能量密度、高充电倍率也会增加成本压力和安全隐患。

杨智辉表示,在补贴退出后,业内投资将会更为理性,整车企业会综合考虑各方因素,结合市场需求、产品定位,决定采用什么样的电池包解决方案。他并不认为2020年后钢一定会成为电池包用材的主流,但相比现在,有望占据更高的市场份额。

“中端以下的新能源汽车,补贴取消后,钢会成为很重要的材料。但在中端以上,比如像特斯拉Model 3这种级别的,他们一旦形成用材习惯便很难改变。对于中高端产品而言,这一块(电池包用铝)并非很大成本,整车说不定都用铝,以形成差异化竞争。”杨智辉认为,技术指标放开给市场后,中端A1级以下的车用电池包可能会用钢,中端以上将有钢也有铝,甚至其他更轻、更具竞争力的材料。

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