近年来动力电池在新能源汽车上的应用表现及未来发展趋势

查看: 93| 评论: 0| 发布者: admin |来自: 中国电池网

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简介:      概述  2016年,在国家政策大力支持及新能源汽车推广应用进程加快的带动下,中国车用动力电池需求大幅增长。以比亚迪、中航锂电、国轩高科、力神、CATL等企业为代表的国内动力电池企业,通过开展投资扩 ...
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  概述
  2016年,在国家政策大力支持及新能源汽车推广应用进程加快的带动下,中国车用动力电池需求大幅增长。以比亚迪、中航锂电、国轩高科、力神、CATL等企业为代表的国内动力电池企业,通过开展投资扩产、自主创新等,产能和产品质量均得到明显提升,但综合竞争力仍需要增强。随着越来越多国际动力电池企业开始在中国投资建厂,本土动力电池企业将面临更大竞争压力,因此,国内车用动力电池企业要在技术研发及产业化进展上多下功夫。
  常见动力电池介绍
  目前在车用动力源方面,主要有四种技术路线:锂离子电池、氢燃料电池、超级电容和铝空气电池。其中锂离子电池、超级电容和氢燃料电池得到广泛的应用,而铝空气电池尚处于实验室研究阶段。能源补给方面,锂离子电池、超级电容适用于纯电动汽车,但是需要外部充电,而氢燃料电池汽车则需要外部氢气加注,铝空气电池则需要补充铝板和电解液。就目前来看,锂离子电池在未来相当长的一段时间内还是要占据主要发展空间的。

  锂电池也各行其道
  就动力电池而言,目前,三元锂电池和磷酸铁锂电池以及钛酸锂电池在电动车领域都有应用。
  由于三元锂电池能力密度高,续航里程相对较长,国内车企乘用车纷纷转向使用三元锂电池,包括北汽、比亚迪、江淮等。但三元锂电池却存在安全性差、耐高温性差、寿命差等缺点,2016年初,还被工信部叫停,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。
  相比三元电池,磷酸铁锂电池,由于安全性能稳定、高温性能好、重量轻等优势,越来越多的活跃在电动客车市场。但因其低温性能差,正极材料振实密度小等缺陷,在微型电池方面不具有优势。
  另外还有一种电池,由于格力董明珠对珠海银隆的欣赏和支持,使得钛酸锂电池进入大众视野。
  钛酸锂电池也是锂电中寿命最长、安全最高的电池。论生命周期,普通锂离子电池约为1,000~2,000次循环,钛酸锂则是3万次循环,是前者的15倍。但是这种材料的电池有一种天然的缺憾,能量密度偏低,而过去几年国家的政策支持上都是与续航里程挂钩的,高能量密度的电池更多的受到政策的青睐。而根据最新的补贴政策会签稿,针对快充型电池有独立的规定,因此,行业专家推测,未来钛酸锂电池将会迎来发展的春天。珠海银隆已掌握全球顶尖钛酸锂核心技术,攻克了业内公认的“五大问题”,实现6分钟快速充电、耐宽温、30年循环使用寿命、不起火不爆炸等优良特性。并且银隆目前正在研究通过钛酸锂电池和燃料电池的两者结合,以解决新能源汽车续航里程的难题。
  国外动力电池产业发展现状
  当前,日本在锂离子电池领域居技术领先地位,已制订至2030年发展规划,系统地安排研发课题,以维持长期的领先地位,松下、NEC、索尼等著名公司都建有大规模锂离子电池生产线。韩国LG化学供应的锂电池已驱动超过30万辆电动汽车上路,三星SDI也已成为全球主要的动力电池供应商,提供电池给宝马、菲亚特、法拉利等。
  几年前奥巴马政府曾通过经济刺激方案,将20亿美元专门用于支持美国车用锂离子电池产业的发展,特斯拉汽车与松下联手正在内华达州兴建投资20亿美元的超级锂离子电池工厂。
  美国制定了动力蓄电池研发路线,包括由金属锂、硅合金等材料作为负极,高电压材料、空气、硫作为正极的新体系结构动力电池,以及非锂体系动力电池等。
  随着中国新能源汽车产业的快速发展,越来越多的国外动力电池企业在中国投资建厂。三星SDI、LG化学已经分别在中国西安和南京合资建厂投产,松下大连工厂正在建设中,博世和SK也筹划在中国建设动力电池工厂。

  国内动力电池产业发展现状
  我国的锂离子电池研究项目一直是“863”的重点项目,经过二十多年的持续支持,大部分材料实现了国产化,由追赶期开始向同步发展期过渡,本土总产能居世界第一,支撑了我国新能源汽车的示范推广。
  (1)正极采用磷酸铁锂材料,负极采用石墨材料,研发的50Ah能量型电池,能量密度达到136.6Wh/kg,功率密度达到1101W/kg;研发的20Ah能量功率兼顾型电池,能量密度达到106.5h/kg,功率密度达到1119W/kg。
  (2)正极采用尖晶石锰酸锂、镍钴锰三元混合材料,负极采用人造石墨材料,研发的25Ah软包装能量型电池,能量密度达到162Wh/kg;研发的35Ah能量功率兼顾型电池,能量密度达到135Wh/kg。
  (3)正极采用镍钴锰三元材料,负极采用天然石墨/人造石墨/中间相碳微球等材料,开发的10、15、20、28、30、45Ah的动力电池,能量密度达到180Wh/kg;开发的2.6Ah18650圆柱形电池,能量密度达到200Wh/kg。
  在系统集成技术及能力方面取得较大进展和突破。采用磷酸铁锂材料的动力电池系统的能量密度达到90Wh/kg,采用三元材料(18650圆柱形动力电池)的动力电池系统的能量密度达到110Wh/kg。
  在前瞻性技术研究方面,中科院先导计划支持相关研究所研制出能量密度超过300Wh/kg的锂离子电池样品和能量密度超过500Wh/kg的锂硫电池样品,但循环寿命及安全性等性能指标还需进一步提升。
  目前,我国已形成了包括关键原材料(正极、负极、隔膜、电解液等)、动力电池、系统集成、示范应用、回收利用、生产装备、基础研发等在内的完善的锂离子动力电池产业链体系,掌握了动力电池的配方设计、结构设计和制造工艺技术,生产线逐步从半自动中试向全自动大规模制造技术过渡。
  在产业布局方面,中国形成了珠江三角洲、长江三角洲、中原地区和京津冀区域为主的四大动力电池产业化聚集区域。据统计,目前有近100家动力电池企业开展动力电池的研发及产业化工作,有近1000亿元产业资金投入,形成近40GWh年产能,技术研发、产业化进展显著,有力地支撑了新能源汽车产业的快速发展。







  未来车用动力电池发展趋势
  2020年,技术提升阶段。新型锂离子电池实现产业化,能量型锂离子电池单体比能量达到350Wh/kg,能量功率兼顾型动力电池单体比能量达到200Wh/kg。动力电池实现智能化制造,产品性能、质量大幅度提升,成本显著降低,纯电动汽车的经济性与传统汽油车基本相当,插电式混合动力汽车步入普及应用阶段。
  2025年,产业发展阶段。新型动力电池技术取得显著进展。动力电池产业发展与国际先进水平接轨,形成2~3家具有较强国际竞争力的大型动力电池公司,国际市场占有率达到30%。固态电池、锂硫电池、金属空气电池等新体系电池技术不断取得突破,比能量达到400Wh/kg以上。
  2030年,产业成熟阶段。新体系电池实现实用化,电池单体比能量达到500Wh/kg以上,成本进一步下降;动力电池技术及产业发展处于国际领先水平。
  未来相当一段时期内,我国节能与新能源汽车将以普及应用插电式混合动力汽车、纯电动企业等新能源汽车为主要任务,迫切期待动力电池降低成本、提高性能。研发新型锂离子电池和新体系电池、提升动力电池智能制造水平、完善验证测试方法和标准体系,既是我国节能与新能源汽车的发展需求,也是我国动力电池发展的关键任务,具有紧迫性。
  结语
  新能源汽车竞争的核心是技术,最迫切的是实现动力电池技术的突破。从目前看,包括混合动力、燃料电池以及纯电动汽车在内的新能源汽车,是新能源汽车比较可行的技术选择。而在电动汽车关键零部件当中,动力电池是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。如果不能掌握动力电池的核心技术,中国新能源汽车注定将举步维艰。而电池技术的突破,将成为中国进入新能源汽车领域,抢占未来行业制高点的最佳切入点。
  来源:中国汽车工业信息网  编辑:陈语

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