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万字展望2024年全球电动汽车趋势(5/8)

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摘要  

《全球电动汽车展望》是一份年度出版物,旨在确定和评估全球电动汽车的最新发展。它是在电动汽车倡议(EVI)成员的支持下开发的。该报告将历史数据分析与预测相结合(现已延伸至2035年),研究了主要市场和新兴市场的关键领域,如电动汽车和充电基础设施的部署、电池需求、投资趋势以及相关政策发展。它还考虑了更广泛的电动汽车采用对电力、石油消耗和温室气体排放的影响。该报告分析了主要市场的经验教训,为政策制定者和利益相关者提供了有关支持电动汽车普及的政策框架和市场体系的信息。本版还分析了电动汽车的可负担性、二手市场、电动汽车及其电池的生命周期排放,以及中型和重型电动卡车充电对电网的影响。报告还提供了两个在线工具:全球电动汽车数据浏览器和全球电动汽车政策浏览器,用户可以通过它们交互式地浏览全球电动汽车统计和预测以及政策措施。  

目录  

1. 电动汽车发展趋势  

·电动汽车销售情况

·电动汽车可用性和可负担性  

2. 电动汽车充电趋势  

·轻型电动汽车充电情况

·重型电动汽车充电情况  

3. 动力电池发展趋势  

·动力电池供应和需求情况

·动力电池价格情况  

4. 电动汽车行业发展趋势  

·电动汽车公司战略和市场竞争

·电动汽车和动力电池初创企业  

5. 电动出行业务展望  

·出行场景概览

·电动汽车车型展望

·出行行业展望  

6. 电动汽车充电设施展望  

·轻型电动汽车充电

·重型电动汽车充电  

7. 电池和能源需求展望  

·电池需求

·电力需求  

8. 温室气体排放展望  

·从油井到车轮的温室气体排放

·电动汽车全生命周期影响  


5. 电动出行业务展望    

场景概述  

在报告的这一部分中,我们重点关注到2035年道路交通电气化的途径,与前几版《全球电动汽车展望》相比,时间范围扩大了5年。本文采用基于场景的方法,根据最近的市场趋势、政策驱动因素和技术发展,探索电动汽车的前景。  

这些情景的目的是评估全球电动汽车(EV)市场的合理未来及其潜在影响。这些情景并不能预测未来。相反,他们的目标是为政府、公司和其他利益相关者提供有关电动汽车未来的决策信息。

既定政策情景(STEPS)和宣布承诺情景(APS)中的预测考虑了截至2023年底的历史数据,以及截至2024年3月底的既定政策和目标。2050年净零排放情景(NZE情景)与2023年更新的国际能源署净零排放路线图和2023年世界能源展望是一致的。

电动汽车的部署将按道路运输方式和地区进行预测。介绍了STEPS和APS的区域结果,而对NZE情景预测的讨论侧重于全球结果。然后将这些预测与原始设备制造商(OEM)的公告和电池制造产能扩张公告进行比较。这些情景预测结合了国际货币基金组织的GDP假设和联合国的人口假设。  

声明策略场景  

既定政策情景(STEPS)反映了现有的政策和措施,以及世界各国政府制定的坚定的政策抱负和目标。它包括当前的电动汽车相关政策、法规和投资,以及基于技术发展预期影响的市场趋势,宣布的部署和行业利益相关者的计划。STEPS旨在为决策者的计划提供一面镜子,并说明其后果。  

已公布的承诺方案  

宣布的承诺情景(APS)假设世界各国政府宣布的所有雄心和目标都能按时全部实现。在电动汽车方面,它包括所有最近宣布的电气化目标、长期净零排放和其他承诺,无论这些目标是在立法中还是在更新的国家自主贡献中。例如,APS假设已经签署缔约方会议(COP 26)关于加速向100%零排放汽车和货车过渡的宣言的国家将实现这一目标,即使尚未出台政策或法规支持这一目标。在尚未做出净零排放承诺或尚未设定电气化目标的国家,APS将考虑与STEPS相同的政策框架。APS的非政策假设,包括人口和经济增长,与STEPS相同。

APS和STEPS之间的差异代表了实现国家雄心和目标所需的政策框架和措施与已立法的政策和措施之间存在的“执行差距”  

2050年净零排放情景  

2050年净零排放情景(NZE情景)是一个规范性情景,为全球能源部门到2050年实现二氧化碳净零排放设定了一条狭窄但可实现的途径。根据政府间气候变化专门委员会在其《关于全球变暖的特别报告》中评估的1.5°C的减排量,这种情景可以将全球气温上升限制在1.5°C以内,而不会出现或有限度的温度超调。到2050年实现全球二氧化碳净零排放有许多可能的途径,但也有许多不确定因素可能影响这些途径。因此,NZE情景是一条途径,而不是实现净零排放的途径。

NZE情景和APS情景之间的差异凸显了为实现2015年《巴黎协定》的目标而需要缩小的“雄心差距”。  

按模式划分的车辆展望  

根据相关政策,到2035年,全球电动汽车数量将增长12倍  

在STEPS中,除两轮/三轮(2/3W)以外的所有模式的电动汽车 库存将从2023年的不到4500万辆增长到2030年的2.5亿辆,并在2035年达到5.25亿辆。因此,到2035年,道路上超过四分之一的车辆是电动的。从2023年到2035年,电动汽车 库存平均每年增长23%。

在APS计划中,2035年电动汽车(不含2/3W)保有量达到5.85亿辆,比STEPS计划高出10%以上,电动汽车占比达到30%(不含2/3W)。与STEPS相比,电动汽车的平均年增长率仅略高,2023年至2035年的平均增长率为24%。在NZE情景中,电动汽车的增长速度更快,到2035年平均每年增长27%,达到7.9亿辆(不包括2/3W)。

 

在STEPS中,2030年电动汽车销量(不包括2/3W)将达到近4500万辆,2035年将接近6500万辆,高于2023年的1400万辆左右。在STEPS中,电动汽车的销售份额将从2023年的15%左右增长到2030年的近40%和2035年的50%以上。在APS,销售份额更高,到2030年将接近45%,到2035年将达到三分之二。在NZE情景中,未来几年电动汽车的销售份额将加速增长,到2030年将达到65%左右,到2035年将达到95%。

 

到2030年,无论是STEPS还是APS,电动轻型汽车(LDV)、公共汽车和卡车的全球销售份额都相当相似,这表明政策实施与宣布的目标之间的差距在短期内很小。这一差距将扩大到2035年,因为许多政策都侧重于中短期,而概述雄心的战略文件往往更有远见。

此外,宣布的雄心与到2050年实现净零排放的全球轨迹之间的差距大于政策实施的差距。在NZE情景中,到2035年,轻型汽车销售(包括2/3W、轿车和货车)100%为零排放汽车。相比之下,APS中电动汽车的销售份额仅占2/3W的75%左右,占LDV的70%左右。特别是重型车辆(HDV)的雄心,落后于2050年的净零排放目标。

然而,地区之间存在差异。中国、欧洲和美国——当今最大的汽车和电动汽车市场——都有雄心勃勃的目标和雄心勃勃的政策来实现这些目标。到2030年,STEPS和APS国家的电动汽车销量差距极小,这很好地说明了这一点。事实上,到2030年,STEPS中中国、欧洲和美国的电动汽车销量合计将达到60%以上的销售份额,接近NZE情景下全球电动汽车销售份额。对于其他市场欠发达的国家,在STEPS、APS和NZE情景下,2030年预计销量之间的差距更大(STEPS中电动汽车总销量不到20%,APS中电动汽车总销量不到30%),这表明需要进一步扩大电动汽车行业,并分享政策实施方面的经验。  

根据目前的政策设置,到2030年,全球轻型电动汽车销量将达到40%,到2035年将达到近55%  

预计到2035年,包括乘用轻型车辆(PLDVs)和轻型商用车(LCV)在内的轻型车辆(LDV)将继续占电动汽车(不包括2/3W)的大部分。这是强有力的政策支持的结果,包括轻型汽车的燃油经济性和二氧化碳标准,以及电动汽车车型的可用性,更普遍的是,LDV市场的庞大规模。例如,在过去的一年里,加拿大和英国实施了到2030年增加零排放汽车(ZEV)销量的政策,目标分别是实现60%和80%的纯电动汽车销量。

因此,到2030年,电动LDV的销量预计将增加两倍,超过4300万辆,占LDV总销量的40%。到2035年,销量将达到6000万辆,占市场份额的近55%。

在这种情况下,随着电动汽车数量的增长,全球道路上的内燃机(ICE)汽车数量将随着时间的推移而减少。到2030年,电动轻型汽车的库存将达到2.45亿辆左右,这意味着道路上行驶的轻型汽车中几乎每六辆就有一辆是电动的。到2035年,电动轻型汽车的库存将增加到5.05亿辆,约占上路轻型汽车的三分之一。

 

在亚太地区,电动轻型汽车的销量将在2030年达到4700万辆,2035年达到7500万辆,占2035年销量的三分之二。这反映了政府的电气化雄心和净零排放承诺,例如零排放车辆宣言,到2040年实现100%零排放LDV销售,到2035年在主要市场实现零排放,该宣言已由横跨六大洲的40个国家政府签署。到2035年,电动轻型汽车的数量将超过5.65亿辆,占轻型汽车总量的三分之一。其中,5.25亿辆是电动PLV,只有7%是LCV。  

在STEPS中,中国仍将是电动LDV销售的主要地区,尽管其在全球销量中的份额预计将从2023年的近60%降至2030年和2035年的40%左右。中国全球份额的相对下降部分是由于美国在全球电动LDV销量中的份额几乎翻了一番,到2030年和2035年将达到约五分之一,这要归功于政策努力和行业发展的结合(见下文)。尽管STEPS地区的电动LDV销量增长强劲,但到2035年,欧洲在全球销量中的份额将大致保持稳定,约为25%。  

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来源:小明来电
STEPS汽车电力电气
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-07-26
最近编辑:3月前
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锂电工艺创新之干法电极

2024年7月3-4日,由才神道主办的“第一届国际锂电池先进技术创新论坛”如期在上海浦东国际博览中心举行,期间邀请了锂电行业相关的高校和企业中的教授和企业家前来演讲,笔者也有幸以媒体的身份受邀参加。两天的论坛干货满满,主要围绕电池安全、固态电池、干法电极、电池护照等锂电热门话题展开分享交流。其中,笔者最感兴趣的是干法电极的发展趋势。干法电极第一次进入公众视野,可能是2020年特斯拉电池日的选件会上。为了加速实现汽车的电动化,从而降低碳排放,特斯拉必须降低电动汽车的制造成本,而电池作为动力总成的重要一环,如何继续降低成本变得迫在眉睫。常规的锂电池极片制造采用湿法工艺,该过程需要活性材料、导电添加剂和聚合物粘合剂,在溶剂的帮助下通过行星搅拌机均匀化,制成具有适当粘度的浆料,制备好的浆液随后由槽模涂布机浇铸在基材上,阳极为铜箔,阴极为铝箔,然后在数十米长的烘箱中干燥。其中溶剂的加入和脱出是一个漫长的过程,如果去掉溶剂,直接混合活性材料、导电添加剂和聚合物粘合剂,再将混合物挤压成型,是否可以节省生产成本呢?让我们先看一下实验室级别的可行性,下图展示了无溶剂的干法成膜的过程,笔者在研究生期间也使用过相同方法制作超级电容器的极片,操作难点在于,1)如果混合活性材料、导电添加剂和聚合物粘合剂的分散不均匀,会导致极片局部拉伸过大而开裂;2)压辊的间隙和转动速度需要长时间摸索,才能得到厚度均一的极片。如果能在量产级别克服以上难点实现顺利生产,则理想状态下碳足迹和能耗可以减少10倍。但大家都知道,看似简单的事情背后其实需要攻克巨大的困难才能实现,即便工程能力强如特斯拉也需要多年时间将想法变成现实。那么干法电极工艺究竟具体长什么样?又为什么如此之难?下面就让我们揭开它的面纱。1. 技术背景近年来,干法电极工艺作为降低 制造成本和提高电极质量的最有前途的解决方案之一,越来越受到人们的关注。在过去的五年中,许多电池公司在干法电极的制造工艺上付出了巨大的努力。例如,特斯拉宣布采用干法电极工艺生产下一代电池。大众汽车也声称在干法电极技术上取得了巨大进步。从过去十年申请的专利数量可以看出,关于干法电极电极制造的工业研究,特别是干粉喷涂沉积和聚合物纤维化的研究正在迅速增加(下图2a)。干法电极也引起了学术界的高度关注,发表的论文逐年增加,如图2b所示。有几篇综述专门针对干法电极程序。Hawley等人比较了包括干法电极工艺在内的新一代电极制造工艺。Verdier等人回顾了与制造锂基电池电极和电解质的干法电极程序相关的挑战。Lu等综述了干法电极和电解质在全固态电池(ASSB)领域的优势。Li等人介绍了干膜技术的历史和电池和超级电容器的干法程序的进展,特别是干喷雾和聚合物纤维化程序。2. 典型工艺一般来说,大多数干法电极的制造过程都有三个步骤,即干混合、干涂覆(干沉积)和最终压制,以达到所需的厚度和致密的电极结构。电极也可以在干燥混合后直接压制,以避免干燥涂层过程。根据其干涂(沉积)工艺,干法工艺可进一步分为六种不同的类型。干法电极制造的典型程序包括聚合物纤维化、干喷涂沉积、气相沉积、热熔和挤压、3D打印和直接压制。各工艺的原理图如图3所示。表1总结了这6种不同类型手术的优缺点比较。2.1 聚合物纤维化麦克斯韦技术公司为超级电容器中使用的活性炭电极开发了聚合物纤维化电极制造技术。该过程涉及到可纤化聚四氟乙烯(PTFE)的利用,它可以在高剪切力下纤化以产生聚四氟乙烯纤维。所获得的原纤维可以将活性物质颗粒连接在一起而不覆盖它们,并通过热压形成自支撑电极膜。电极膜随后通过热轧在涂有碳的集流器上层压形成最终电极。卷Zhou等人成功地将该工艺扩展到制造磷酸铁锂(LFP)电极的中试阶段,其中采用高速吹风、热轧和热覆盖工艺,如下图a所示。PTFE的最低未占据分子轨道(LUMO)很容易接受电子,这使得PTFE在阳极中不稳定,因为在第一次锂化过程中它可以被锂离子不可逆地还原。扩大PTFE纤维在干法阳极制造中的应用仍然是一个挑战。Zhang等研究了不同碳材料(石墨、硬碳和软碳)的PTFE基干法阳极的稳定性。硬碳和软碳阳极表现出良好的循环寿命,即使大部分PTFE在第一次锂化过程中降解。如上图b所示,NMC/石墨电池在高质量负载下表现出高倍率性能和良好的循环寿命。干法工艺也有望用于ASSB的无孔电极制造,因为大多数SE对水分和极性溶剂敏感。Hipauf等人将这种可扩展的干法工艺应用于ASSB的NMC电极制造(上图c)。2.2. 干喷涂沉积干喷涂沉积(DSD)是另一种流行的干法工艺。Ludwig等人将干喷沉积和热轧相结合制备LCO电极,如下图a所示。使用喷枪对流化干燥颗粒进行充电。带电后,干燥颗粒将被吸引到集流体电流收集器并沉积。采用热轧工艺制作最终电极。厚度和密度可以通过在热轧过程中改变压延压力来控制,同时在辊之间通过多个电极,直到获得所需的值。该电极具有良好的柔韧性,并具有涂覆12英寸宽板材的升级能力。由于独特的粘结剂分布,干制电极的机械强度和电化学性能略优于传统电极。为了解干燥混合颗粒材料的混合特性,建立了基于界面能的物理模型。在此过程中,粘结剂的分子量也会影响电极的电化学性能和机械完整性。Wang等人研究了PVDF的分子量对干喷沉积法制备的NMC111电极的电化学性能和机械完整性的影响。如上图c所示,使用Alfa Aesar PVDF(低MW)的电极比HSV 900(高MW)的电极具有更高的剥离强度,这是因为熔融PVDF和铝基板之间的界面增加了,而使用HSV 900制造的电极具有更高的备率性能。2.3. 气相淀积气相沉积工艺是将原材料汽化后沉积到基材上,最初是在20世纪50年代用于制备金属工具涂层。气相沉积包括磁控溅射、热蒸发、脉冲激光沉积、原子层沉积等。Kuwata等人利用脉冲激光沉积技术制备了由非晶Li2O-V2O5-SiO2 se、晶体LiCoO2阴极和非晶SnO阳极组成的固态薄膜电池,其中激光束聚焦在旋转目标上,入射角为45度。3. 干法工艺的优点除了节能和提高比能外,干法工艺制备的电极还具有节约成本、低环境足迹和提高电极质量等优点,如下图所示。 3.1 节约成本干法工艺可以在三个方面潜在地降低成本,包括减少能源消耗、减少原材料使用和降低资本投资。如果采用干法程序,预计总成本将下降10%-15%。3.2. 环境友好10千瓦时电池生产线在涂层和干燥过程中的二氧化碳排放量约为1000公斤。据彭博新能源财经(BNEF)预测,到2030年,电动汽车对lib的需求将超过1太瓦时。如果所有电池都采用干法工艺生产,仅涂层和干燥步骤就将有助于减少1亿吨二氧化碳排放。锂离子电池生产的另一个环境问题是潜在的NMP泄漏。一个复杂且非常昂贵的回收系统可以达到99%的NMP回收率,但是剩余的废物仍然对环境构成威胁。NMP的泄漏给操作人员带来了很高的健康风险,当NMP蒸气浓度过高时,最坏的情况下可能导致爆炸。3.3. 提高电极质量锂离子电池的性能很大程度上取决于电极的质量。与湿法工艺不同的是,干法电极的微观结构和形貌可以改变,从而提高面积容量和其他电化学性能。4. 干法工艺的挑战4.1. 附着力和内聚性大多数干燥过程都经过热活化,除了可压缩主体材料的直接压制,其中粘合剂可以熔化,并且颗粒与电极层和集流体的界面之间具有更大的接触。干法的附着力和内聚性均高于湿法。进一步增加附着力和内聚性仍然是非常可取的。4.2. 恒质量载荷恒定质量的电极负载是稳定的锂离子电池性能的关键。一般情况下,在快速充电操作下,阳极与阴极的容量比(N/P比)大于1.1,以避免阳极析锂。如果质量载荷偏差较大,则要求较高的N/P比。在湿法工艺中,将合适粘度的浆料浇铸到集流器上。浆料流动性好,电极厚度偏差小于1 μm。与湿法工艺中使用的浆料相比,干法工艺中使用的干混合料流动性较低,特别是对于PTFE纤维化,导致恒定质量载荷较小。获得与湿法相同水平的可靠干法工艺仍然具有挑战性。4.3. 粘结剂选择不同的干燥工艺需要不同的粘合剂。PVDF多用于干喷涂沉积,而热塑性塑料多用于3D打印和熔融挤出工艺。迄今为止,只有聚四氟乙烯被用于聚合物纤维化,但它在阳极制造中不稳定,并且由于LFP颗粒的硬度而不能用于LFP。此外,为了获得高柔韧性的电极膜,PTFE的用量比湿法工艺要高。4.4. 生产放大干混合是干法电极制造的关键。许多不同的混合机可用于实验室规模的干混合,如球磨机和叶片磨,适用于不同的活性材料和粘合剂。如前所述,不同的密度和大小的材料,使其难以获得均匀的干混合物。因此,挑战就变成了在连续过程中制备干电极膜。适合干式混合的混合设备有待进一步探索,特别是在大规模生产时。以上是笔者收集的关于干法电极的一些信息,希望对感兴趣的小伙伴有所帮助。小明来电⚡为你充电,我们下期再见,拜拜~来源:小明来电

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