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肖成伟:车用动力电池技术发展概况

2015-03-30 09:46:27 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯 网友评论 0

  今天我来向各位同仁介绍一下车用动力电池发展概况。电动汽车发展概况  电动汽车三纵三横技术体系,布局基于中国汽车产业的发展,无论是从环境的角度,或者从能源安全的角度,是对电动汽车发展非常大的促进的作...

    今天我来向各位同仁介绍一下车用动力电池发展概况。

电动汽车发展概况

    电动汽车“三纵三横”技术体系,布局基于中国汽车产业的发展,无论是从环境的角度,或者从能源安全的角度,是对电动汽车发展非常大的促进的作用。“三纵”是燃料电池汽车、混合动力汽车纯电动汽车,“三横”是电池、电机和电控。这个研发布局,我们从十一五、十二五、十三五都要去延续。

    这是前几年在示范城市进行推广应用的成果,包括整车和零部件,88个城市参与新能源汽车示范。我们从产量统计结果来看,在国家财政补贴政策的刺激下,新能源汽车快速发展,尤其在2014年出现了爆发式的增长态势。其中纯电动乘用车和插电式混合动力车是大家关注的重点。

    从国外情况来看,乘用车还是以混合动力为主要技术,尤其是丰田的Prius的产销量超过700万辆。其中纯电驱动在日本和美国市场占到千分之三到千分之八,而中国相对少一点,大概在千分之一左右。但是总量中国并不少,整个销售总量排在全球第二位。从模型可以看出市场的需求和企业开发的重点方向,第一个就是微型纯电动车可以和城镇化相结合,比如微公交或者城乡结合部这些领域;另外高速纯电动车,比如出租车、公务用车、日租车、私人用户也是比较大的一个方向;再有就是物流,随着物流产业的发展迅速,物流车的需求也是非常大的,纯电动物流车是未来很好的发展方向;其他的方面也还有一些新能源汽车的应用。再筛选有这样两个大方向,一是插电,在国家政策的支持下,今后几年会有较大发展;再有纯电动客车,包括我们现在看到的常规充电和快充。

动力电池技术发展现状

    电池是新能源汽车最关键的零部件,在这几类车里面都是必不可少的环节。这是在各类电动汽车里面对电池的相关技术指标的要求,从产品类型来看,铅酸、锂电池、镍氢电池、超级电容器等都有相应的应用,但从整个技术发展的方向来看,锂电池是主要的技术趋向。应用范围来看,铅酸电池目前在具有起停功能start-stop车型里面应用最广泛,再有在国内低速车里有大规模应用;镍氢电池最主要在丰田混合动力车上有大量应用;而锂电池是上述两种电池升级换代的产品,代表一个新型锂电池的发展方向,他将实现电动汽车大规模的商业化,无论是混合动力,插电式混合动力,纯电动汽车,将来是锂电池主要的产品,占据主导的优势。

    基于此,各个国家对锂电池的发展都有大力支持,韩国支持各种研发技术,包括材料、电池、系统集成、标准体系的建设;日本也做一些项目的支持,一个是对下一代汽车的动力电池,再一个对一些共性基础的技术,包括一些新材料、新锂电池、一些评价技术等等进行支持;美国在法案里面对锂电池的产业链进行了管理,从材料到电池,到系统集成,到应用,到利用和资源回收,另外对基础研究的一些内容,比如说一些新体系的电池进行相应的支持;德国在电驱动,国家计划里面,有电池的几条线,包括电池的商业化生产、商业化的应用,还包括新体系的电池。

    国内是两块,第一个是科技部做的十二五的科技规划,里面提到如下几类:混合动力电池系统、纯电驱动里面的电池模块,还有下一代纯电驱动用单体电池,通过这三个层次和方式来对这个充电电池进行管理。对于混合动力将从产业化的角度去做,而对纯电驱动相当于对产品一个小规模的应用,而下面有一个产品技术的验证。同时国家发改委节能与新能源国家规划里面,从模块的角度进行了相应指标的设置,出发点不太一样。动力电池作为新能源汽车发展最关键的零部件,得到了国家高度的重视。

    下面看整个新能源汽车研发产业化投入情况,有十五的,十一五的,和预估的十二五的投入。按照现在这个投入的规模来讲,基本上每五年都会有一个四位的增长,所以从这个角度来说,大家还是能看到这个产业发展的前景。

    看一下电池这一块,科技部通过863、973计划有一个支持,另外科技部牵头启动的新能源汽车产业技术放心工程是三部委支持的,再有工信部、发改委、财政部在电池产业链方面通过一些产业专项项目进行支持。在这些政策的引导和资金的支持下,现在有一百多家企业,有一百多亿的产业投入,形成了两百多亿的年产额,对新能源汽车产业发展起到了非常好的支撑作用。

    再看一下三个五年计划锂电池技术的变化趋势,从车的支持的角度也有一个变化趋势,原来是混合动力和纯电动应用并重,到现在再往后,都以纯电驱动作为主要的支持方向,同时兼顾混合动力的方向。从原来的钴酸锂,现在有锰酸锂、磷酸锂、三元材料,这是一个技术发展路线,在每一个支持的时间段会有一个主流的材料的趋向。比如目前可能关注三元材料,在前一段时间关注的磷酸铁锂,我想对支持的指标有很大关系,通过指标的设定来推进材料体系的选择和材料技术的提升。再有对新体系的建设国家也是持续的支持。我们有希望在2020年的时候能量密度能做到350wh/kg,甚至更高的水平。

    在安全性能方面,目前应用两大类,一是磷酸铁锂,一是锰酸锂加上三元的混合体系,他安全性满足了国家标准的一些要求。同时我们也希望进一步的关注电池系统的安全性,无论从研发还是从现在的规模应用。而在三价材料这一块,无论是从单体、模块还是性能,安全性能的问题,都要持续的给予关注,无论是从技术创新,还是从产品应用。

    总结一下,从产业链的角度来看,与2003年相比,锂电池产业有了很大提升,能量密度提高了50%以上,价格已降至3元/瓦时以下,保期达到5年/10万公里。从材料的角度来说,正负极材料技术及产业水平已进入世界前列,一些企业已经作为国际主流的供应商,给国内和国际上主要的企业进行供货。大规模的生产方面,技术趋向全自动化、绿色化,国内的生产装备,有一个突飞猛进的发展。在性能集成方面,技术趋向智能化、模块化。

    国内外的电池性能比较,总的来说国内做的电池单体跟国外基本上处于同样的水平,在系统集成这一块,包括生产线自动化的程度跟国外先进的锂电池的企业相比落后。这需要锂电池企业做一个很大的投入,在国家层面也希望给予更大的支持。

    下面看动力电池发展趋势三大类,一个是现有电化学体系,一个是新型高性能电化学体系,一是下一代电化学体系,这是不同的材料体系的匹配。

    在电解液这块,高电压、高安全性可以做相应的应用。从价格的角度来说,目前做到3元/瓦时,今年可能会降低到2元/瓦时这样的水平,这样对电动汽车是一个很大的促进作用。

    接下来看一下我们现在开发的电池的品种和取得的成果,包括新型的锂电池,基本上做到了240-250Wh/kg 左右,他的安全性基本上是没问题的,从稳定性来说也呈现一个比较好的结果,从循环寿命来说,在1200次左右基本上是80%的水平。

    综上所述,我们虽然从比能量的角度提的很高,但是我们也要关心安全性、循环寿命、成本等等。从材料到电池到模块,这几个方面都要给予逐步的关注和支持。包括安全性、寿命、标准化、指标体系和评价体系的建设,从产业链的角度去做一个共性,特别是一些技术的改进和提升,来促进产业的健康繁荣发展。

动力电池市场趋势

    着眼于新能源汽车很好的发展前景,国家逐步重视,企业也有很大的投入,现在全球有三大区域已基本形成:美国,德国和东亚,包括日本韩国中国。东亚是现在和未来动力电池研发和产业化最为集中的区域。这是全球锂电池主要企业的情况,全球整个锂电池产业投资总计在120亿美金,整个的产量会超过500亿瓦时,整个投资的强度,折合人民币大概1瓦时1.6元左右。这也同时也吸引了大型跨国企业参与了锂电池产业链的投资。

    国内已经形成了四大锂电池聚集区,包括珠三角、长三角、京津和中原,实现了镍氢电池、锂离子电池、超级电容器及关键材料(锰酸锂、磷酸铁锂及三元材料、碳负极材料、隔膜)以及生产装备的产业化。

    最后我个人对2015年市场发展的预测,2015年整个新能源汽车推广的数量比较乐观的估计会达到20万辆左右,锂电池整个需求量会在100亿瓦时左右,因为价格目前呈现下降的趋势,所以锂电池整个产值我估计会达到200亿元左右。从这个角度来说,也吸引了很多电池和整车的企业,在这个行业内去做一个很大的投资和建设。有一些汽车企业会参与到电池企业的建设过程中,如果彼此做一个很有机的结合,无论是推动电池产业的发展还是新能源汽车产业的发展都是非常有必要的。

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作者: 来源:节能与新能源汽车网

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