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关于新能源电池的核心力研发从未停止过

  2019-07-10 20:08:28
关于新能源电池的核心力研发从未停止过 对于锂电池来讲,大多数人都不会陌生。我们现在使用的手机、穿戴设备、电动自行车都在使用锂电池。和镍氢电池类似,作为硬件标配,锂电池为人所熟知,也得从移动设备说起。
动力电池占总成本30%至50%
1991年在日本电信公司NTT的技术支持下,索尼和旭化成商业化了第一款钴酸锂电池。它被迅速用到随身听、摄像机、相机、手机、笔记本电脑等各类便携设备中。你可能比较熟悉早期设备包括索尼Walkman、NEC手机、摩托罗拉大哥大等等。
1993年仅手机行业就消耗了500万颗锂电池。到1994年,这个数字翻了5倍。1999年高通实验室研发的智能手机首次用上了锂离子电池。这一年功能手机在全球的销量超过10亿部。
在电动汽车电池的设计开发中,电池的布置是很重要的。根据目前的水平,一辆1.5吨的电动汽车如果充一次电行驶120KM的话,则需要的电池包就达到200KG,一般电池会被分为两大块,第一块在驾驶员的座椅下方,而第二块在原来汽车油箱的位置。电池箱完全封闭,只有前后有进风和出风口,由电机风扇来对电池提供风冷或者循环水液冷散热。
一般而言,动力电池占新能源汽车总成本的比重达到30%至50%。目前国产的新能源汽车大多以磷酸铁锂技术路线为主,电池级碳酸锂是磷酸铁锂正极的重要原材料;钴酸锂曾被特斯拉应用于动力电池上,而三元材料目前正被松下等许多国外电池厂商所使用。
2014年,全球电动汽车锂离子电池产能井喷,产量高达7000MWh(兆瓦时),同比增长约54%。按EVSalesBlog对全球十大电池生产商的排名,松下位居榜首,其在锂离子电池市场份额占据了38%。日产和NEC合资电池公司AESC排第二名,LG化学排第三,而来自中国的比亚迪排第四。
工信部8月6日披露,上半年我国锂离子电池制造企业,累计完成主营收入同比增长17.4%,实现利润总额同比增长72.8%,完成税金总额同比增长43.1%。锂电池行业利润的快速上升,与新能源汽车的销售放量密切相关。随着各地补贴细则相继落地、充电设施扶持政策出台等因素推动,电动汽车销售将延续高增长态势,并给上游锂电池企业带来实质性订单支撑。
机构预计,在技术不断成熟、配套政策日趋完善的推动下,新能源汽车已步入产业化阶段,给动力电池带来市场扩容机遇。数据显示,去年我国锂电池整体市场规模达到952.16亿元,同比增长30.31%,到2015年国内锂电池的市场规模将突破1000亿元,达到1251.5亿元,到2020年电动汽车锂电池需求量将达到37GWh,市场规模进一步提升。作为技术含量较高的隔膜、正极材料以及锂电池生产企业,将迎来市场发展机遇。
铅酸蓄电池:
新能源汽车的开端
1830年左右,托马斯 dot;达文波特制造出世界上第一辆纯电动车,但其并非使用可充电技术。1859年,法国人普兰特发明铅酸蓄电池,1881年卡米尔福雷将这一技术进行了完善,铅酸蓄电池的问世被认为是新能源车真正的开端。
然而,作为当时新能源车可用电池的唯一选择,铅酸蓄电池存在体积大、重量大、能量密度小、功率密度低、充电时间长、每次充电后续航里程短以及电力传动制造成本居高不下等弊端,铅酸电池技术并未得到推广。同时,随着汽油燃料汽车的兴起,各车企对铅酸电池技术的研发也逐渐停滞,而人们也似乎忘记了纯电动车的存在。
磷酸铁锂电池:
众多车企的选择
1990年以后,随着全球能源问题的关注度逐渐增高,各大车企重新加大新能源车电池技术的研发力度。而磷酸铁锂电池技术的运用,使新能源车的推广成为可能。
磷酸铁锂电池于1997年由美国德克萨斯州大学JohnGoodenough教授的研究小组最早发明。磷酸铁锂电池解决了铅酸蓄电池重量大、续航能力差等缺点,而且由于其中不含任何贵金属,其生产正极材料的主要原料氧化铁、碳酸锂在世界上的储备也相对丰富,能够有效降低其制造成本。因此,目前磷酸铁锂电池技术已运用到众多新能源车上。
据了解,目前,我国在科技部“863”计划的大力支持下,动力电池的技术水平有了很大提升,但与全球先进技术相比仍然存在差距,主要表现在电池组技术和电池集成技术水平不高,电池能量密度和循环寿命两大重要指标落后,仅在成本上略占优势。
根据《中国汽车计划发展报告》(2014-2015),2013年,江淮、北汽股份、比亚迪等排名前五的纯电动乘用车车型以及排名前五的客车车型均装配磷酸铁锂电池。从主流新能源乘用车车型的动力电池配套类型来看,电池组总成能量密度大多在60~100Wh,较国外目前120Wh的平均水平还有差距。在这种情况下,国内新能源乘用车主流车型的单车电池容量在20~30kWh,续航里程为80~120km。不过,该报告也指出,近年来,比亚迪通过生产技术改进和完善,产品性能及质量水平不断提升。比亚迪从双模电动车F3DM发展到秦,电池体质和重量降低了一半,技术提升非常显著。
与此同时,由于新能源车在行驶中电池持续放电会产生高温,存在一定的安全隐患,因此磷酸铁锂电池的稳定性也成为众多车企选择该技术的因素之一。
据了解,新能源车电池放电时的温度能够高达390℃以上,而磷酸铁锂电池不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧,并可轻松通过针刺实验。
三元锂电池:
引领新一轮电池技术
随着近年来美国新能源车特斯拉的异军突起,在磷酸铁锂电池之外,三元锂电池技术逐渐进入公众视野。
此前,市场在售纯电动车型中,只有特斯拉等国外少数厂商使用的是三元锂电池,然而,情况正在变化,国内多家车企也都相继投奔三元锂电池阵营,包括北汽新能源E150EV二代车、长安逸动等。与磷酸铁锂电池相比,三元电池具有更长的续航能力,特点是能量密度高、低温性能好、可靠性高、寿命长等,但造价偏高。有分析认为,随着三元材料在动力领域安全性逐步成熟,以及消费市场对于续航里程的需求提升,国内车企或将掀起一轮由磷酸铁锂转向三元路线的变道风潮。
目前市场装配三元锂电池技术的新能源车续航里程达到200公里以上,三元材料锂电池的安全问题已得到改善和解决。三元材料采用的是1:1:1的结构,结构更为稳定。此外,三元锂电池通过电解液以及特殊的陶瓷隔膜技术制作,陶瓷隔膜可以在电池内部短路时隔开短路源,从而明显提高三元锂电池的安全性能。
此前,根据国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》明确提出“电池模块的能量密度要求是大于150瓦时/公斤”的要求。因此,续航里程更长的三元锂电池技术将成为新能源车新的发展方向。
石墨烯电池:
未知的新型电池技术
石墨烯是人类发现的第一种由单层原子构成的材料,也是目前已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料,几乎完全透明。由于其电阻率极低,电子迁移的速度极快,因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管,被业界视为将引领多项产业革命的关键材料,在移动设备、航天航空、新能源电池等领域拥有广阔的应用前景。
自2004年面世以来,石墨烯技术专利申请量就呈井喷之势,专利布局日趋成熟。2012年,全球石墨烯专利申请数量达1829件,同比增长100%。在得到高校和科研机构青睐的同时,石墨烯也获得了政府政策资金的大力支持。2013年,欧盟将石墨烯选入未来新兴旗舰技术项目,计划未来十年投入10亿欧元打造石墨烯产业链;韩国政府投入42.3万美元成立石墨烯联盟;中国也投入2.1亿元推动石墨烯产业化。但目前中国石墨烯产业化进程面临研发成果缺产业化平台、高端应用缺技术、低端应用缺市场三重挑战。
在动力电池路径上,业内存在诸多分歧,而相对一致的观点是,至今尚未有任何一种电池技术能真正满足新能源汽车动力电池的技术要求。三元锂电池是否能取代磷酸铁锂电池,这依然存在诸多不确定性,况且答案未必二选一。
也许在不久的将来,锂电池将遭遇到强劲的对手,利用镁、铝、钠等金属替代锂制成电池,空气电池或燃料电池等,都拥有很多锂电池无法企及的优点,石墨烯电池也有可能脱颖而出。目前,多项新型电池技术已在实验室中诞生,并朝产业化逼近,谁将主宰沉浮还是未知数。
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