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文檔簡介
1、我國節(jié)能與新能源汽車發(fā)展研究報告系列連載之五我國電動汽車關(guān)鍵零部件發(fā)展綜合分析(上)來源: 中國工業(yè)報社;關(guān)鍵字:動力電池;JCS;中間相碳微球;PEVE;隔膜材料;2010-08-20 11:32動力電池及其管理系統(tǒng)1.動力電池技術(shù)路線動力電池是為電動汽車動力系統(tǒng)提供能量的蓄電池,主要包括鋰離子電池、鎳氫電池和鉛酸電池等。(1)不同電池類型技術(shù)路線a.鉛酸電池由于安全性好,成本低,在微混和城市型純電動汽車上具有一定優(yōu)勢。但由于能量密度低,無法在其它類型電動汽車上應用。b.鎳氫電池技術(shù)成熟、安全性好,在近幾年內(nèi)占據(jù)混合動力的主流地位,尤其是在輕混、中混和重混等車型上。但由于能量密度低,成本高,
2、技術(shù)發(fā)展已接近極限,性能進一步提高的余地不大。c.鋰離子電池性能優(yōu)良,適用范圍廣,具有良好的應用前景,將逐步占據(jù)未來市場的主流地位。但由于安全性和成本問題,日前尚處于發(fā)展期。(2)鋰離子電池技術(shù)路線鋰離子動力電池的正極材料主要包括錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰等。a.錳酸鋰安全性較好,成本低,但高溫性能較差,壽命較低。b.三元材料能量密度高,性能比較均衡,但成本較高。c.磷酸鐵鋰安全性最好,循環(huán)壽命長,但低溫特性較差、能量密度較低。目前國外多數(shù)電池企業(yè),如松下、三洋、SBL、LG、JCS等,主要選擇錳酸鋰和三元材料;國內(nèi)多數(shù)電池企業(yè)和美國A123,主要選擇磷酸鐵鋰。從近期來看,錳酸鋰和三元材料更為
3、成熟,將首先產(chǎn)業(yè)化。從長期來看,磷酸鐵鋰可能逐步占據(jù)未來市場的主流地位。2.國外發(fā)展情況(1)國外主要材料企業(yè)技術(shù)先進,擁有相關(guān)發(fā)明專利,生產(chǎn)規(guī)模較大,材料售價較高。加拿大Phostech擁有磷酸鐵鋰原始專利,產(chǎn)品售價約為30萬40萬元噸。(2)國外主要電池企業(yè)技術(shù)水平先進,尤其是動力電池一致性較好,使用壽命長,能滿足整車要求,但成本較高。銷售量已超過200萬輛的豐田prius采用鎳氫電池,在歐洲保用8年,在美國保用10年,電池成本約為1521元/Wh。(3)國外汽車巨頭和專業(yè)汽車配件公司紛紛選擇與專業(yè)電池公司合作,利用電池企業(yè)的電芯專業(yè)制造能力,結(jié)合自身整車或配件的電控設(shè)計和系統(tǒng)集成能力,共
4、同開發(fā)動力電池系統(tǒng)。如豐田和松下組建了PEVE公司,博世和三星組建SBL公司,日產(chǎn)和NEC組建AESC公司,JCI和SAFT組建JCS公司等,這一動向特別值得我們關(guān)注。(4)政府重視動力電池與相關(guān)材料的研發(fā),積極投入巨資資助企業(yè)開發(fā)。美國2009年投入24億美元支持電動汽車的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化,主要涉及動力電池、材料及系統(tǒng)等。日本計劃從2007年起,5年內(nèi)投資245億日元,用于研發(fā)車用動力電池。(5)國外企業(yè)投入巨資擴大動力電池產(chǎn)能。日本企業(yè)如AESC計劃投資1000億日元,三洋計劃投資800億日元;美國企業(yè)如JCS計劃投資2.2億美元,A123計劃投資6億美元,以擴大鋰離子動力電池生產(chǎn)規(guī)模。(6)
5、國外相關(guān)機構(gòu)和企業(yè)已啟動下一代新型動力電池開發(fā)項目。日本于2007年啟動“發(fā)展新一代汽車和燃料計劃”,目標是2030年后,將動力電池的質(zhì)量能密度提高到日前的7倍,成本降低到目前的1/40。3.我國發(fā)展現(xiàn)狀(1)動力電池材料a.我國動力電池主要原材料資源豐富,產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有保障。動力電池主要原材料資源包括鋰、石墨、稀土、鉛等,這些資源在我國都有豐富的礦藏,都位居世界前三位,為動力電池產(chǎn)業(yè)化提供了有效保障。b.鋰離子電池負極材料已實現(xiàn)國產(chǎn)化,產(chǎn)品性能處于國際先進水平。我國負極材料主要包括天然石墨、人造石墨和MCMB中間相碳微球等,產(chǎn)品基本覆蓋國內(nèi)市場,部分產(chǎn)品銷量已進入全球前三位。c.磷酸鐵鋰材料生
6、產(chǎn)企業(yè)眾多,能滿足動力電池使用的較少。國內(nèi)有一百多家企業(yè)能制造磷酸鐵鋰材料,但只有少數(shù)廠家的產(chǎn)品能基本滿足車用動力電池要求,且尚未完全解決產(chǎn)品穩(wěn)定性問題。d.鋰離子動力電池隔膜材料已研發(fā)出樣品,性能有待改進。國內(nèi)隔膜產(chǎn)品在傳統(tǒng)鋰離子電池市場已經(jīng)部分替代進口產(chǎn)品,但動力電池隔膜全部采用進口,國產(chǎn)動力電池隔膜尚在樣品開發(fā)階段。(2)動力電池a.鋰離子動力電池已形成產(chǎn)品系列,主要為150Ah產(chǎn)品,部分廠家已開發(fā)50Ah以上產(chǎn)品,能支持樣車和示范車型配套,但尚未形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力。鎳氫動力電池也已形成產(chǎn)品系列,主要為6100Ah產(chǎn)品,部分產(chǎn)品可與量產(chǎn)車型配套。b.國內(nèi)鋰離子電池企業(yè)技術(shù)水平己取得一定進
7、步,尤其是安全性指標進步明顯。但企業(yè)技術(shù)水平參差不齊,產(chǎn)品一致性較差,總體與國際先進水平存在一定差距,且存在差距繼續(xù)擴大的趨勢。在售后服務方面,國內(nèi)多數(shù)鋰離子電池廠家只提供1年質(zhì)量保證期,個別廠家能提供3年質(zhì)量保證期,而國外部分鋰離子電池廠家能提供10年質(zhì)量保證期。在產(chǎn)品價格方面,國內(nèi)產(chǎn)品具有優(yōu)勢,鎳氫電池成本約為10元/Wh左右,鋰離子電池成本約為2.55元/Wh。c.國內(nèi)動力電池成組技術(shù)較落后,離產(chǎn)業(yè)化尚有較大差距。個別廠家在電池成組技術(shù)方面已有一定基礎(chǔ),初步得到整車企業(yè)的認可。但與國際先進水平相比,在熱管理、均衡、空間利用率等方面還存在較大差距。d.國內(nèi)企業(yè)規(guī)劃擴大投資,積極進行產(chǎn)業(yè)化準
8、備。近年來,電池企業(yè)對產(chǎn)業(yè)化的投入急劇增加,如ATL、力神、比克、萬向都計劃超過10億元的投資,以擴大鋰離子電池產(chǎn)能。湖南神舟、湖南科霸、中炬森萊也都計劃超過5億元的投資,以擴大鎳氫電池產(chǎn)能。但多數(shù)廠家在投入初期仍重點發(fā)展傳統(tǒng)電池產(chǎn)品。(3)電池管理系統(tǒng)a.經(jīng)過“十五”和“十一五”的研究,我國在電池管理系統(tǒng)方面已取得一定進展,產(chǎn)品功能較為完備,能支持示范車型配套,但尚未達到產(chǎn)業(yè)化程度。b.電池和整車行業(yè)對電池管理系統(tǒng)都缺乏設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)驗,雙方缺乏緊密合作。國內(nèi)電池企業(yè)一般委托專業(yè)電子公司或高校開發(fā)相關(guān)系統(tǒng),但對電池內(nèi)部規(guī)律研究不夠深入,缺乏數(shù)據(jù)積累,無法與設(shè)計公司進行深入溝通,影響產(chǎn)品性能。c
9、.目前產(chǎn)品功能較簡單,雖具有基本的檢測監(jiān)控功能,但在數(shù)據(jù)采集的可靠性、SOC的估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面與國外存在很大差距。d.電子元器件多為非車用級,而且由于批量較小,多采用手工焊接的方式制造,產(chǎn)品電磁兼容性差,穩(wěn)定性和可靠性低。(4)動力電池回收與處理現(xiàn)狀a.動力電池中所含的鉛、強腐蝕溶液會對環(huán)境有嚴重的污染作用,廢電池必須同收。而且動力電池中的鉛、鎳、稀土、鋰等金屬及其它材料具有回收價值,廢電池回收有利于資源循環(huán)利用。b.美、歐、日等發(fā)達國家已形成完整的回收體系。不僅制定了專門的法規(guī)制度,而且建立了專業(yè)性、規(guī)模性的電池回收再利用公司。國內(nèi)尚未建立完善的回收制度與體系,部分回收公司不注意環(huán)保,造成二次污染。c.由于車用動力電池的要求較高,部分動力電池雖然無法為車輛提供動力,但剩余容量還能滿足一些儲能裝置的要求,所以采用梯級利用模式,能擴大部分動力電池的使用范圍,降低使用成本。4.我國動力電池及其管理系統(tǒng)存在的主要問題(1)磷酸鐵鋰材料由于工藝控制困難,批次穩(wěn)定性差,使電池制造工藝控制困難,造成電芯成品率低,導致電芯的制造成本高。且材料原始專利涉及核心問題,無法回避,面臨較大風險。(2)同前動力電池隔膜均采用進口,國內(nèi)動力電池隔膜尚處于樣品階段,很難在短期內(nèi)取代進口產(chǎn)
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