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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,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,
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。
2016年以来,我国动力电池行业得以快速发展,但受其发展直接推动力——新能源汽车产业进入政策调整期的影响,我国动力电池行业将面临更多的挑战,前景变得更为广阔。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