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锂电池的下一代会是什么电池?

200degrees / CC0

弗雷刘,材料-锂电-储能-新能源汽车

几位大神们的回答都挺好了,对几种技术的发展方向都有梳理。我在这里换一个角度:沿锂电应用领域维度展开一下讨论,讨论不同技术方向的应用前景,他们有没有可能在这些领域对锂电目前的大规模应用实现挑战和替代。

目前锂电应用领域主要有:

电动汽车(乘用车/大巴/其它商用车)

低速电动车 / 电动自行车

固定式储能(电站)- 并入电网,调频 / 峰谷调节用

消费电子 3C(手机为代表)

如果讨论几种竞争者的话:

(以乘用车为代表的)电动汽车 ->基本还是高能量密度是主要的方向(高镍,硅负,大家说了),降低成本可能成为另一条方向(高性能铁锂有可能回潮,而且现在在大巴中本来用的就很多,磷酸铁锂不会被淘汰),而安全肯定是重中之重,锂电的这几个方向都会往这个趋势努力。而响应高比能 + 低成本 + 高安全的趋势的话,燃料电池算了(成本肯定高,寿命也不好,变负荷工作能力差,更多只能向重载卡车方向走),锂硫、锂空这些技术的实际质量比能量根本就没有文献中那么好看,对于汽车更重要的体积能量密度更是没法看,成熟度也差的远,所以虽然从外面看有好多技术,中期内肯定还是老实看锂电。至于固态电池有一定可能解决以上说的几个问题,但是起步阶段成本肯定没有优势,技术成熟度也要不断提高,但是想象空间肯定很大,目前也已经有企业有了一定的进展。

这里说的是以乘用车为代表的电动汽车,因为对于卡车客车等方向可能会略有不同(燃料电池可能 会更适合点),但是乘用车是最大的市场也是和我们生活相关度最高的,因此囿于篇幅,不展开了。

所以总体来说:仍然是锂电(高镍 + 镍负),固态电池的发展要再考察,有可能成为 GAME CHANGER。其它的几种技术如果不能做到高比能 + 低成本 + 高安全,也只能是停留在文章阶段沾一下电动汽车的光。

低速电动车 / 电动自行车 ->这个领域之前曾经是铅酸的,目前锂电对铅酸的取代进行的非常迅速,能量密度上的优势、大规模生产后成本的下降优势以及铅酸材料本身环保上的忧虑都导致了该取代的迅速发生。不过大家也要看到,电动自行车因为设计、质量、使用习惯等原因,也发生了不少充电时的安全事故,加上对于锂资源等等的考虑,对于相比来说没有那么高端的电动自行车行业,锂电算不上真正的唯一选择,其它技术的挑战存在。在这一方面,钠系电池有可能是一个搅局者 ---- 其不需要使用锂,原料成本更低,材料正在不断研发和成熟化,水体系有可能带来很好的安全性,这些方面的因素都可能是其有可能会进入。

所以总体来说:该领域低成本 + 能量密度等要求略低,也是会有钠电这样的新技术存在成为挑战者的可能性的,未来会是谁要看技术的成熟速度、工业化进展。

固定式储能(电站)- 并入电网,调频 / 峰谷调节用 -> 这个就是能源 - 储能领域了,目前可用的技术非常多,真正的是百花齐放状态。之前的时候抽水储能 + 铅酸是主体。抽水储能一直是储能中的压倒占比贡献者,只要地理条件允许其优势极为突出,在可预见的未来肯定还会是主要优势技术。而铅酸在近年内在储能领域的确受到了五花八门的技术的挑战:机械能储能(飞轮,压缩空气等),各种化学能储能(刚才说的钠电,液流,锂电等等),相变储能,氢能等等。锂电在储能领域近几年来装机不少,不过挑战也很大,安全事故不少(今年韩国就有不少事情),其技术优势也算不上多明显。而其它各种储能技术则真的是各有优缺点,群雄涿鹿的阶段,所以非要说谁一定是明日技术,目前还真不好说。

但是说到固定式储能,其常常是一个与电网有互动,受电力政策影响明显的技术 / 行业,可能电网(频繁的)定价 / 辅助服务的政策(变化)就会直接导致技术商业化进度受到明显影响,而且这些技术本身在尤其是中国这样的大电网的体系下,如何在全生命周期内发挥自己的长处最大化经济效益,都是一个很大的问题。毕竟储能 / 能源领域的应用,真使用起能源大多是同质化的,特色差异 / 服务 / 体验等现在流行的概念常常难以体现,因此储能技术用到最后都会变成比较单纯的拼经济性价比算寿命(没办法):出力大了容易坏,出力小了算不明白账……,所以个人还是认为各种储能技术水平进一步的飞跃对于其更好的应用是必须的,商业模式这东西肯定要研究出好的,但是如果光说商业模式本身就是对技术问题的逃避。

所以总体来说:纯算经济账,受电力体制定价机制影响大,比拼经济性价比算寿命是关键,各种技术都有可能,但是都需要进步,群雄涿鹿中。

消费电子 3C(手机为代表): 消费电子倒是成本其实没那么敏感(相比而言),但是体积能量密度要求实在太高,所以锂电中都是让最贵的钴酸锂一统天下,这几年三元电池成本更低,也开始有了一部分市场。在未来,高体积能量密度肯定还是主流 ->钴酸锂不会变。如果柔性电池技术真有发展,或需求场景增多,那固态 / 柔性技术可能会有些新的发展和应用。金属 / 氢的空气 / 燃料电池基本上只会用于小众的类似于外置移动应急电源的领域,锂硫要是能做好了也许对一些体积能量密度要求低的地方会比较有用,其它技术基本不太会往这个方向有应用。

所以总体来说:高体积比能的钴酸锂 - 是主流,三元有可能有一定参与,固态也有可能有所应用。锂硫或者燃料电池类只可以找些小众应用方向。