动力电池作为主流新能源汽车不可或缺的一环,势必迎来新的历史发展机遇,成为一个新的经济增长点。
为促进新能源动力电池储能产业发展,2018中国新能源动力电池暨储能产业大会将于今年4月20—21日在江苏省泰州市举办。在2月2日的新闻发布会上,国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家肖成伟就车用动力电池发展现状和趋势做了主旨演讲。演讲主要从动力电池发展背景、技术现状及趋势和产业现状三方面展开。
国家"863"计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家肖成伟
动力电池发展背景
纵观国际市场,混合动力汽车已经实现了产业化。但插电式和纯电动汽车产业则处于推广阶段,燃料电池产业则处于更早的示范阶段。在未来十年内,插电式和纯电动汽车将快速发展。国际能源属纯电动车倡议组织对新能源汽车发展有较为乐观的估计:到2030年,新能源汽车占整个汽车销售量在30%左右的市场份额。
2018年仅仅两个月,个人新能源车指标申请人增加9万余人,超过21万人,指标已排至3年后。
目前,中国节能新能源汽车已经形成了比较完善的研发体系和产业体系。产品已经在市场上进行大规模销售,推广数量处于全球首位。国家对于新能源汽车的未来发展路径已经做出比较完备的规划。据2017年发布的《汽车产业中长期发展规划》,到2020年,新能源汽车产销达到200万辆,新能源汽车总保有量要达到500万辆,2025年新能源汽车产销量要占整体汽车产销量20%以上。从现在发展趋势来看,达成目标的几率很大。
在这样鼓舞人心的背景下,国内外对动力电池等关键部件和相关研究方向都进行了具体详尽的规划,涉及电池材料、系统集成、标准体系电池,新体系电池等。
动力电池技术发展现状及趋势
在国家支持下,尤其是在补贴政策推动下,动力电池的产业化进展很快。但是新能源汽车行业对动力电池的要求很高,行业期待动力电池带来的能量能够达到和燃油能量相抗衡的程度,这要求在能量密度、功率密度、安全性、循环寿命、日历寿命、快速充电、可使用温度区间,以及成本都能够达到预期目标。实际上完全达到是很难的,只能通过动力电池行业的努力部分达到或者接近达到相应要求。
在保证使用安全的前提下,动力电池未来的发展方向应从正极、负极和电解液三个维度不断去刷新能量密度极限值。电池发展路径都在向体积更小、质量更轻的方向发展。
目前锂离子电池是产业化焦点,也是研发热点。目前,锂离子电池的发展在材料、单体电池、系统方面,都有较大提升,基本能够实现对铅酸电池的替代。
磷酸铁锂目前约150 Wh/kg,达到这样的指标可拿到120%补贴额度。2018年的磷酸铁锂密度将达到160 Wh/kg,甚至170 Wh/kg,到2019年会达到180 Wh/kg。
国外动力电池主要针对乘用车领域,采用的材料体系以三元为主,负极以石墨为主。其中比较典型的特斯拉用的18650电池,3.2或者3.4 Ah的一些电池,能量密度大概会在230~250 Wh/kg。
三元锂离子动力电池目前已经可以看到能量密度的“天花板”,目前的高镍材料、碳硅负极的锂电池,单体能量密度最高应该在300 Wh/kg左右,正负不超过20 Wh/kg,所以依靠三元锂离子电池完成350 Wh/kg的技术路线规划目标,应该是不可能的。
未来想要达到350 Wh/kg的技术路线规划目标,可能还需要寄希望于新一代锂离子电池或者固态电池,但是目前这两类动力电池都没有产业化应用的阶段,预计2020年的350 Wh/kg技术路线规划目标可能无法达到。
影响动力电池性能的不仅仅是比能量密度一个指标,还有动力电池的比功率密度、安全性、一致性、循环寿命等多种因素,在众多指标和成本之间找到一个产业化应用的平衡点,才是支撑新能源汽车发展的关键。但是,尽管动力电池达不到技术路线规划的目标,我国新能源汽车发展的进程也不会受阻。
动力电池产业现状
目前动力电池产业最主要集中在东亚区域,日本的技术是领先全球的。但不可否认的是,中国这十多年来的技术进展是巨大的,对于在三五年内冲刺全球第一位的电池产业先进国家,我们应该持乐观态度。
受益于下游新能源汽车电池的带动,2016年我国动力锂电池产量总量达27.9GWh,按正极材料分磷酸铁锂占比为60%,三元占比为34%,锰酸锂及其他占比为6%,全球总体锂电池市场市场规模达1850亿元。
应该意识到,中国的市场份额名列全球第一位,动力电池的数量现在超过200多家,也是全球数量最多的,体量巨大。从产业投资角度来看,目前整个行业投资热度非常高。在中国,每单元瓦时,硬件投入大概三四角。
接下来行业进一步做整体产能提升,投入会有较大下降。其中,单位瓦时的硬件投入有可能降低到一角左右。从产业链的角度来看,中国拥有全球最为完善的动力电池产业链,现在已经在长三角、珠三角、中原地区形成了自行运转的劳动密集型产业。
院长评
在动力电池快速发展的过程中,我们应该重视的问题,一是技术方面,二是产业层面。技术方面以安全为主,在能量、密度、功率、安全、循环、成本之间要寻求平衡点。我们要采用自动化的装备来提高电池生产的一致性,要提高电池系统的设计开发和产业化的水平。无论用风冷还是液冷,在电池的安全性、成本、寿命等方面都需要做出相应提升。从国家的角度来看,规范电池行业的发展,提升优质的产能;从产业链的角度做协同的发展;对企业来说,一定要考虑有补贴和没有补贴的情况下对电池的技术路线和产业的路线提早做好规划和应对措施。