锂电的发展前景好吗?国家完全退补后会有何影响?
首先,锂电在短期5-10年内,从我自己和我聊过的从业者来说,都是比较乐观的。
从国家的战略层面来说,我们不能指望在意识形态都不同的大环境下把我们的能源资源交给外部环境。其实国内的资源类型和资源分配如果能有合适的储能方式,是可以大大缓解这一情况的。这有点像90年代的通讯产业,赶上了2G向3G再到4G的技术转型,是弯道超车的极佳时期。在国外内燃机技术积累百余年之时,其专利布局、产业工人素质和技术人员层次的差距,我们很难奢望你能以十几年的技术积累完成产业超越。而新兴的电池储能和电力驱动技术,我们国家的差距是相对较小的,我猜测国家花大力气扶持很可能也是基于此吧。
作为研究人员来看,很多答主的意见我是很赞同的,作为最复杂的一种电化学储存体系,其优势和劣势大家都聊得很多了。比如Li+动力学的极限其实已经在那里了,怎么快充?要寿命还是要速度?正极材料无论怎么换,他的理论容量也在那里,你要让Si/C中的Si含量多余10%,你也要早点去找一种好材料能容量匹配啊。还有固体电池的界面问题,有机到无机再到有机无机混合的技术路线到现在还没争明白。所幸,虽然锂电池还有很多东西还没研究清楚,而其竞争者看起来还真是不给力。大量资本的涌入也促进和加速了锂离子电池产业和学界的开发,短期的10年左右,大家还是相当看好它的。现阶段在3C和小型电动工具领域,其龙头地位还无人能撼动,而今后在储能和电动汽车领域的应用,也会和像V2G,Iot等技术齐头并进。
从产业上看,随着生产规模的扩大和技术进一步提高,电池存储的度电成本会继续下降。电池不必要超越一切,只需要它能在分布式储能或者集中储能的应用中,低于火电或者水电的度电成本,我们自然会去选择它。同时,对于电网调度来说,调峰也是很重要的环节之一,能否在高峰放电、低峰存电,不少专家学者对其也寄予了很高的希望。
同时,作为电驱动汽车的核心部件,它承载着汽车从内燃机、机械传动向三电的“电驱动、电机、电池”的技术转化,其背后的资本力量也在推动者三电的发展,跳脱出卡诺循环之后的电动车技术毫无疑问,在短期内还是会占据领先优势的。无论是从商业化还是基础设施布局,这一块的红利保守估计都还有3-5年。(锂电池的梯次利用和回收问题、充电桩的技术标准等等)
电动汽车技术路线
同时 ,谁会把鸡蛋放在同一个篮子里呢?你看到的以下的技术方案中,只要有一种能够应用实现,感受一下,它 会不会 很快的 消亡 。至于Li-S和Li-O2本人了解科学技术,不了解产业,不敢妄加评判,至少我觉得问题多多,还不知道怎么商用。还有很多答主提到了(氢)燃料电池和核电池,个人认为其 这些中的技术难题还远远没有解决到大规模应用于民用设施的阶段,氢燃料更是差不多会到20 30年之后了,对于即将要奋斗的 黄金 十年来说,这个领域值得拥有。我觉得在行业内学习的是技术思路和技术方法,无论在汽车电动化或者储能领域,只要在技术上深耕不至于说被淘汰。至于核电池,我觉得它和无线充电技术民用化谁先到来,我们拭目以待。
最后,确实,随着资本的大量涌入,锂电池企业出现了良莠不齐的局面,很多企业直接宣称2020年产量X百万,X千万量汽车等等,用脑子算一算2025年这些企业能造出来汽车都可以绕地球多少圈了,这是不理智的。行业虽乱,只有技术是真的,能掌握核心的技术就能在大浪淘沙之后熠熠生辉。想想华为,前几年还在和中兴你死我活呢,现在谁比较好也是很明显了。从前面说的通讯行业的类比来看,谁说锂电行业不会在几年内异军突起一个像华为一样的企业呢?
从目前的情况来看,锂电必须发展,因为,它具有很显著的不可替代性。至于发展的好不好,这个就很难说了。
为什么说锂电具有不可替代性呢?简单来说,这是由动力电池的重要性决定的。电动车全面取代传统燃油车是未来趋势,这可以大大降低环境压力和对化石能源的消耗。随着人类能源结构不断优化,电动车和动力电池工艺的不断改善,充电换电设备的不断普及,电动车必将由城市到乡村大规模地取代燃油车。目前电动汽车的主要问题还是价格和里程焦虑,从使用成本和动力性能上来说,电动车是优于一般的燃油车的,甚至如果电动车真能用上十多年,它的总成本会低于燃油车,毕竟电价远远低于油价,即便考虑充电服务费也是如此。在此基础上,动力电池未来具有极大的市场需求。
而说到动力电池,大规模生产的只有锂电。再加上有条件大规模化的燃料电池,就这两种。其他的电池体系,毫无争议地属于花里胡哨的体系,发论文可以,真要用不可能。没办法,动力电池追求最高的能量,功率密度,寿命和安全可靠性,其他的二次电池体系,尤其是什么石墨烯,超级电容器,是达不到要求的。而事实上,燃料电池目前为止除了日本还在继续做商品化尝试,其他国家主要发展的都是锂离子电池。关于燃料电池和锂离子电池的争论,不是本回答的重点,我们重点谈锂离子电池未来的发展。
锂离子电池的主要发展方向,一定是动力电池和便携式储能。动力电池要求最好的电性能,储能电池则更多要考虑价格。目前来看,退役动力电池完全可以拿来做储能,只是安全可靠性还需要进一步评估。所以,我们只谈动力电池的发展。
到今天为止,锂离子电池的基本结构已经基本定型,以正极,电解质和负极薄层的叠片或卷绕的方式几乎不可能再有改变,因此,要进一步提高电池性能,只能从材料的角度来考虑。材料的研发,决定了锂离子电池的未来。
目前的锂动力电池,负极采用的仍然是碳基材料,电解质采用的是聚烯烃隔膜加有机碳酸酯的复合材质,正极采用三元氧化物或磷酸铁锂正极。
未来几年内,正极最有希望随着高镍三元正极材料的应用,使电池能量密度在现有的基础上再提高20%左右,它的质量比能量高于普通三元,而且结构类似,预计工艺上问题不会太大,目前来说还剩下循环寿命和安全性方面还有一些不确定因素,再远一些就是富锂正极材料了。负极来说,硅碳材料最有希望取代现有的石墨,但硅碳和石墨的微观结构不同,工艺上会有比较大的区别,它的商品化研究,就已经发表的成果来说,还比较欠缺,究竟能提高多少能量密度不好说。电解质是目前最难突破的一个问题,固态电解质始终看不到大规模量产取代碳酸酯的希望,新型隔膜也基本上换汤不换药,高熔点基质用不上,包覆颗粒也做得差不多了,而电解质是电池安全最大的保障。
至于其他体系,如锂金属,锂硫,目前还完全看不到商品化的条件,理论上还不够成熟。
总之,在市场的巨大需求下,锂离子电池因其独特的优势和相对成熟的技术水平,已经并将继续在整个社会能源结构中占重要位置。电池新材料的开发水平将最终制约锂离子电池能够达到的高度。
另外,从成本控制来看,未来动力锂离子电池的价格将逐步下降到小于1000元一度电的较低水平,未来这几年预计就可以实现,现在一辆20万的车,电池价格占到一半左右,如果电池价格真能达到我说的这个水平,一辆车最起码便宜三万块的成本。这时候,退补也不会影响技术成熟的厂家。相比之下,我个人认为车的制造水平比电池的制造水平更重要,我国电池制造水平已经是世界领先了,CATL和BYD无论在产量还是质量上都是世界顶尖的,但中国缺的是世界级的车企。