鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3811次 | 2019年05月27日
動力電池發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢
當(dāng)前電動汽車正處在快速發(fā)展期,相關(guān)政策、技術(shù)、安全、商業(yè)模式等問題備受關(guān)注。近日電動汽車百人會在北京召開“電動汽車熱點(diǎn)問題系列研討會”,主要聚焦于“動力電池技術(shù)升級與產(chǎn)業(yè)鏈研究”,會上,中國電子科技集團(tuán)公司(CETC)第十八研究所主任肖成偉做了主題演講,以下為演講內(nèi)容。
我現(xiàn)在把動力電池發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢簡要的給在座的各位匯報(bào)一下。兩個(gè)方面,一個(gè)是技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,另一個(gè)是市場的趨勢。
關(guān)于動力電池,無論是插電式混合動力,還是純電動的,包括鉛酸的、鎳氫、鋰電池都有應(yīng)用。但是從技術(shù)發(fā)展的趨勢和產(chǎn)業(yè)升級的態(tài)勢來說,鋰離子電池還是目前技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。鋰離子電池從技術(shù)路線來看,單純是從結(jié)構(gòu)來說,有圓柱的、方形等,無論在儲能還是汽車領(lǐng)域都有應(yīng)用。
實(shí)際上,基于電動汽車現(xiàn)在和未來很好的發(fā)展預(yù)期,各國都對動力電池做了比較全面的國家規(guī)劃,包括日本、韓國、美國、德國等。從設(shè)置的指標(biāo)來說,設(shè)置的電池系統(tǒng)還是250瓦時(shí)/公斤。內(nèi)容還是從電池的產(chǎn)業(yè)鏈角度來設(shè)置的,比如說單體電池的研究,包括電池的產(chǎn)業(yè)化、系統(tǒng)集成應(yīng)用,還包括梯級利用和資源回收,以及標(biāo)準(zhǔn)體系等內(nèi)容基本上都涵蓋了。
中國目前基本是三個(gè)大的國家級規(guī)劃:一是節(jié)能與新能源汽車的國家規(guī)劃;二是十三五的電動汽車重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng);三是工程院做的中國制造2025里面的規(guī)劃。這三個(gè)比較大的規(guī)劃,都對動力電池有所涉及。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)里面,產(chǎn)業(yè)化的指標(biāo)是到2020年,單體電池能做到300瓦時(shí)/公斤,新型的鋰離子電池能做到400瓦時(shí)/公斤,新體系電池(鋰硫和鋰空氣等)能做到500瓦時(shí)/公斤。在中國制造2025里面基本上沿用的是重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)的提法:2020年電池要做到能量密度300瓦時(shí)/公斤,2025年400瓦時(shí)/公斤,2030年要做到500瓦時(shí)/公斤。
我把動力電池路線圖的內(nèi)容大致介紹一下。
純電動車用的能量型電池。路線圖提到2020年單體電池要達(dá)到350瓦時(shí)/公斤,系統(tǒng)電池是達(dá)到260瓦時(shí)/公斤。循環(huán)壽命希望能夠做到4000次,大家最主要就是看看這幾個(gè)指標(biāo)。2025年的時(shí)候還是做到400瓦時(shí)/公斤,2030年的時(shí)候做到500瓦時(shí)/公斤,但是對壽命來說都是提到4000次,并且提的單體的和系統(tǒng)的兩個(gè)是一致的。
這個(gè)壽命我多說一句,相當(dāng)于全壽命周期的一個(gè)指標(biāo),也就是說既包括在車上用的,也包括從車上淘汰下來了之后梯級利用的,這兩個(gè)都包含在內(nèi)給他提的4000次的一個(gè)指標(biāo)。當(dāng)然在比能量、壽命、安全性、成本等等這些也提了相應(yīng)的一些研發(fā)的內(nèi)容。
再看一下三個(gè)五年計(jì)劃后,鋰離子電池技術(shù)路線變化的趨勢,趨勢角度看還是向高比能量方向發(fā)展,就是跟國家純電驅(qū)動的戰(zhàn)略取向還是密切相關(guān)的。從目前來看,整個(gè)技術(shù)發(fā)展的方向是三元體系的正極材料和以石墨為主的負(fù)極材料。此外,還有一些新體系電池,像鋰硫、鋰空氣、固態(tài)電池等,也支持發(fā)展和研究。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
從安全性的角度來說,只要現(xiàn)在在電動汽車上使用的,它的動力電池單體或者模塊都通過了GB/T31485安全性的要求,但是在系統(tǒng)的安全性方面還是需要再進(jìn)一步的提升和驗(yàn)證。并且這一塊的內(nèi)容,現(xiàn)在也在EVS—GTR(電動汽車全球技術(shù)法規(guī))里邊也體現(xiàn)出來了。
從公司層面看,大部分公司的產(chǎn)品規(guī)劃還是向著高比能的方向發(fā)展,無論是應(yīng)用在純電動車、插電式,還是混合動力車上,整個(gè)能量密度還是逐漸提升的。
國內(nèi)還是以磷酸鐵鋰為主,但是像三元材料的轉(zhuǎn)化趨勢還是比較明顯的。國外基本上正極材料以三元材料為主,負(fù)極材料還是以石墨類材料為主。在小容量電池的產(chǎn)品方面,能量密度大致是在110—180瓦時(shí)/公斤之間,部分產(chǎn)品可以做到200瓦時(shí)/公斤左右的水平。
把國內(nèi)外的產(chǎn)品做了一下對比,從產(chǎn)品的角度,尤其在三元材料產(chǎn)品的角度來說,國內(nèi)外基本上是在同一個(gè)技術(shù)水平下,包括能量密度、安全性、循環(huán)壽命等。我個(gè)人認(rèn)為國內(nèi)、國外的單體電池產(chǎn)品水平都是差不多的。
對比整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)水平,我個(gè)人認(rèn)為中、日、韓還是處于第一集團(tuán)的,日本會在整個(gè)電池的技術(shù)開發(fā)方面處于領(lǐng)先的地位,韓國在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面做得比較多,而中國的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)侨蜃钔暾?、產(chǎn)能是全球最大的、研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的投入相對來說也是最大的。
從市場占有率來說,有些企業(yè),像國內(nèi)的CATL、力神、比克、光宇等企業(yè),其實(shí)是處在鋰離子電池領(lǐng)域的世界前列。但在產(chǎn)品的均勻一致性和系統(tǒng)集成上,包括生產(chǎn)線自動化程度等,中國跟國外的先進(jìn)水平還有一些差距,需要加緊追趕。
再看看電池發(fā)展的趨勢,正極材料有三大類:層狀結(jié)構(gòu)、尖晶石結(jié)構(gòu)、橄欖石型結(jié)構(gòu)。這里面還是以層狀結(jié)構(gòu)為主,尤其是高鎳的層狀材料為主,是現(xiàn)在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)。負(fù)極材料也是三大類:石墨類材料、金屬氧化物材料、合金材料,合金類的硅碳是現(xiàn)在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn)。
而在隔膜方面,還是以PPP的為主。當(dāng)然,一些新型的隔膜也在研發(fā)中。此外,一些新型的電解質(zhì)也有應(yīng)用,但目前還是以六氟磷酸鋰作為主要的電解質(zhì)的取向。
在標(biāo)準(zhǔn)方面,國內(nèi)在動力電池標(biāo)準(zhǔn)體系做的相對比較完善,包括性能、安全性、循環(huán)壽命,無論從單體、從模塊,還是從系統(tǒng)角度,應(yīng)該說這是比較完善的。
從市場角度來說,電動汽車、電動摩托車、電動自行車,包括儲能是鋰離子電池現(xiàn)在主要的應(yīng)用方向。從投資的角度來說,現(xiàn)在還是處于一個(gè)投資加大發(fā)展的態(tài)勢。從投資的強(qiáng)度來看,通過產(chǎn)能規(guī)模的快速提升,它的投資強(qiáng)度有了較快速地下降。
從電池到裝備、到生產(chǎn)裝備、到梯級利用,中國形成了最為完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系,在國內(nèi)也形成了長三角、珠三角、京津、中原地區(qū)動力電池產(chǎn)業(yè)化的聚集區(qū)域,整個(gè)產(chǎn)業(yè)投資超過1000億,年產(chǎn)能超過400億。
從電池的壽命價(jià)格趨勢來看,現(xiàn)在都滿足了補(bǔ)貼提出的要求,大巴車達(dá)到了5年20萬公里,轎車、乘用車達(dá)到了8年12萬公里的要求。從價(jià)格的變化趨勢來看,無論是磷酸鐵鋰還是三元材料,目前系統(tǒng)集成完的價(jià)格基本上在2元每瓦時(shí)—2.5元每瓦時(shí)之間。
到2020年的時(shí)候,隨著電動汽車數(shù)量的快速提升,它應(yīng)該是在接近1.5元每瓦時(shí)的價(jià)格,還是含稅的,有可能比這個(gè)價(jià)格還要低一些,有可能低到1.2元每瓦時(shí)的水平,就是大致1.5元每瓦時(shí)—1.2元每瓦時(shí)的水平。達(dá)到這樣價(jià)格的話,在國家補(bǔ)貼取消的情況下或者沒有補(bǔ)貼的情況下,電動汽車的市場包括動力電池的市場也可以比較平穩(wěn)健康的發(fā)展。