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全面解读国内外动力电池发展现状与趋势

发布时间:2018-02-08 00:00:00 来源:中洲测控

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。



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