新能源汽車電池

在過去的幾年里，隨著新能源汽車產(chǎn)銷的快速增長(zhǎng)，我國(guó)的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。新能源汽車的核心部件當(dāng)屬汽車動(dòng)力電池，也就是新能源汽車的能量來源，直接決定了汽車的續(xù)航里程。

中國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)以本土企業(yè)占主導(dǎo)，企業(yè)格局分層明顯，按照技術(shù)水平和市場(chǎng)表現(xiàn)主要分為四個(gè)梯隊(duì)，第一梯隊(duì)企業(yè)比亞迪和寧德時(shí)代技術(shù)領(lǐng)先，規(guī)模效應(yīng)導(dǎo)致成本下降明顯，在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

三元電池和磷酸鐵鋰電池在乘用車和商用車領(lǐng)域都是主導(dǎo)應(yīng)用，目前乘用車電池以三元為主，商用車電池以磷酸鐵鋰電池為主。

新能源電池的分類

一、鉛酸電池

鉛酸電池作為比較成熟的技術(shù)，因其成本較低，而且能夠高倍率放電，依然是唯一可供大批量生產(chǎn)的電動(dòng)車用電池。北京奧運(yùn)會(huì)時(shí)，有20輛使用鉛酸電池的電動(dòng)汽車，為奧運(yùn)會(huì)提供交通服務(wù)。

但是鉛酸電池的比能量、比功率和能量密度都很低，以此為動(dòng)力源的電動(dòng)車不可能擁有良好的車速及續(xù)航里程。

二、鎳鎘電池和鎳氫電池

雖然性能好于鉛酸電池，但含有重金屬，使用遺棄后對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染。

鎳氫動(dòng)力電池剛剛進(jìn)入成熟期，是目前混合動(dòng)力汽車所用電池體系中唯一被實(shí)際驗(yàn)證并被商業(yè)化、規(guī)�；�的電池體系，現(xiàn)有混合動(dòng)力電池 99% 的市場(chǎng)份額為 鎳氫動(dòng)力電池，商業(yè)化的代表是豐田的普銳斯。目前全球主要的汽車動(dòng)力電池廠商主要有日本的 PEVE 和 Sanyo，PEVE 占據(jù)全球 Hybrid 動(dòng)力車用鎳氫電池 85% 的市場(chǎng)份額，目前主要的商業(yè)化的混合動(dòng)力汽車如豐田的 Prius、Alphard 和 EsTIma，以及本田的 Civic，Insight 等均采用 PEVE 的鎳氫動(dòng)力電池組。在我國(guó)，長(zhǎng)安杰勛、奇瑞 A5、一汽奔騰、通用君悅等品牌轎車已經(jīng)在示范運(yùn)行，他們采用的也都是鎳氫電池，不過電池主要向國(guó)外采購，國(guó)內(nèi)鎳氫電池在汽車上的運(yùn)用仍處于研發(fā)匹配階段。

三、鋰電池

傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池本身技術(shù)比較成熟，但它們用在汽車上作為動(dòng)力電池則存在較大的問題。目前，越來越多的汽車廠家選擇采用鋰電池作為新能源汽車的動(dòng)力電池。

因?yàn)殇囯x子動(dòng)力電池有以下優(yōu)點(diǎn)：工作電壓高(是鎳鎘電池氫-鎳電池的 3 倍);比能量大(可達(dá) 165WH/kg，是氫鎳電池的 3 倍);體積小;質(zhì)量輕;循環(huán)壽命長(zhǎng);自放電率低;無記憶效應(yīng);無污染等。

當(dāng)前許多知名的汽車制造商都致力于開發(fā)動(dòng)力鋰電池汽車，如美國(guó)福特、克萊斯勒，日本豐田、三菱、日產(chǎn)、韓國(guó)現(xiàn)代、法國(guó) Courreges、Ventury 等。而國(guó)內(nèi)汽車制造商比亞迪、吉利、奇瑞、力帆、中興等車企也紛紛在自己的混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車中搭載動(dòng)力鋰電池。

目前阻礙動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展的瓶頸是：安全性能和汽車動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)。安全性能方面，由于鋰離子動(dòng)力電池具有能量密度大、工作溫度高、工作環(huán)境 惡劣等方面的原因，加上以人為本的安全理念，因此，用戶對(duì)電池的安全性提出了非常高的要求。汽車動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)方面，由于汽車動(dòng)力電池的工作電壓是 12V 或 24V，而單個(gè)動(dòng)力鋰離子電池的工作電壓是 3.7V，因此必須由多個(gè)電池串聯(lián)而提高電壓，但由于電池難以做到完全均一的充放電，因此導(dǎo)致串聯(lián)的多 個(gè)電池組內(nèi)的單個(gè)電池會(huì)出現(xiàn)充放電不平衡的狀況，電池會(huì)出現(xiàn)充電不足和過放電現(xiàn)象，而這種狀況會(huì)導(dǎo)致電池性能的急劇惡化，最終導(dǎo)致整組電池?zé)o法正常工作， 甚至報(bào)廢，從而大大影響電池的使用壽命和可靠性能。

四、磷酸鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池也是一種鋰電池，其比能量不到鈷酸鋰電池的一半，但是其安全性高，循環(huán)次數(shù)能達(dá)到 2000 次，放電穩(wěn)定，價(jià)格便宜，成為車用動(dòng)力新的選擇。

比亞迪提出的“鐵電池”，業(yè)界人士認(rèn)為其為磷酸鐵鋰電池的可能性較大。

五、燃料電池

簡(jiǎn)單地說，燃料電池 (Fuel Cell) 是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。

最有望用于汽車的是質(zhì)子交換膜燃料電池。它的工作原理是：將氫氣送到負(fù)極，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中兩個(gè)電子被分離出來，這兩個(gè)電子在正極 的吸引下，經(jīng)外部電路產(chǎn)生電流，失去電子的氫離子(質(zhì)子)可穿過質(zhì)子交換膜(即固體電解質(zhì))，在正極與氧原子和電子重新結(jié)合為水。由于氧可以從空氣中獲 得，只要不斷給負(fù)極供應(yīng)氫，并及時(shí)把水(蒸汽)帶走，燃料電池就可以不斷地提供電能。

因?yàn)槿剂想姵刂苯訉⑷剂系幕瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在 45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在 30%～40%。

新能源汽車電池突破(動(dòng)力電池)

“在過去一年里，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)正在向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，形勢(shì)很喜人。” 1 月 7 日，在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)召開釣魚臺(tái)論壇前夕，中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)理事長(zhǎng)陳清泰在接受采訪時(shí)表示。

高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變的主要表現(xiàn)為：正向開發(fā)幾乎完全取代了逆向開發(fā)、創(chuàng)新能力持續(xù)提高、整體技術(shù)水平上了一個(gè)很大的臺(tái)階;電動(dòng)汽車在用戶和市場(chǎng)上的接受程度迅速提高;主要產(chǎn)品從中低檔轉(zhuǎn)向了中高檔，部分已經(jīng)提出要瞄準(zhǔn)高檔車、豪華品牌。

同時(shí)，當(dāng)全球主要汽車企業(yè)爭(zhēng)先恐后地公布向電動(dòng)車轉(zhuǎn)型時(shí)，我國(guó)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)體系在逐漸完善，主要零部件特別是動(dòng)力電池方面，始終保持國(guó)際一流的水平，主要零部件水平、配套能力提升很快。

性價(jià)比將超燃油車

2017 年，1-11 月份我國(guó)新能源車?yán)塾?jì)銷售 60.9 萬輛，同比增長(zhǎng) 51.4%，距離完成 70 萬輛的年度目標(biāo)僅一步之遙。有專家預(yù)測(cè)，12 月的銷售數(shù)據(jù)還沒有出來，不過 2017 年新能源汽車總銷量可能超過 80 萬輛。

“電動(dòng)汽車再往前發(fā)展要跨越一個(gè)臨界點(diǎn)，就是電動(dòng)車的性價(jià)比達(dá)到和超過燃油車，如果跨過了這個(gè)坎，電動(dòng)車就可以依托市場(chǎng)力量自主發(fā)展了，現(xiàn)在還得靠政策、靠政府補(bǔ)貼。”陳清泰告訴記者，當(dāng)財(cái)政補(bǔ)貼完全取消之后，雙積分政策作為替代政策，新能源汽車積分比例將在 2020 年 12% 的基礎(chǔ)上，繼續(xù)上調(diào)。

這個(gè)臨界會(huì)出現(xiàn)在什么時(shí)候?陳清泰的判斷是，大約在 2025 年前后。

對(duì)此，陳清泰建議車企要在以下幾個(gè)方面做好準(zhǔn)備：首先是在財(cái)政補(bǔ)貼退坡之后，做好可持續(xù)發(fā)展的保障工作，另外電動(dòng)車自身要通過輕量化、節(jié)能化提高性價(jià)比;其次，產(chǎn)品技術(shù)要雙線作戰(zhàn)，其中一條戰(zhàn)線是完善汽車的行駛功能，另一條戰(zhàn)線則是將智能網(wǎng)聯(lián)和共享化應(yīng)用到新能源汽車上;第三，自動(dòng)駕駛是爭(zhēng)奪未來的一個(gè)制高點(diǎn);第四，在有限的時(shí)間要抓緊做品牌建設(shè)。

同時(shí)，隨著汽車產(chǎn)業(yè)與電動(dòng)化、智能化、信息化等新技術(shù)的深度融合，我國(guó)涌現(xiàn)出了一大批新勢(shì)力造車公司，從跟隨到影響全球，中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)正在走出了一條由汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)的道路。

“要在電動(dòng)汽車上真正在全球站住腳，或者干出我們的特色，要是完全依賴電動(dòng)化也是沒戲的，很難比傳統(tǒng)汽車做得更好。但是如果在網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享出行等方面能夠發(fā)力的話，完全有可能戰(zhàn)勝，因?yàn)檫@是我們的強(qiáng)項(xiàng)。我非常希望互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)要大跨度進(jìn)入電動(dòng)車行業(yè)，要分享這塊蛋糕，改變傳統(tǒng)汽車的基因。”陳清泰說。

不過，中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽明高強(qiáng)調(diào)，雖然電動(dòng)汽車的核心技術(shù)通常來說是電池、電機(jī)、電控，然而對(duì)整車廠來說，它們更多地是做品牌、技術(shù)、營(yíng)銷服務(wù)的集成。

相比傳統(tǒng)汽車，這一點(diǎn)在電動(dòng)車上體現(xiàn)尤為明顯，而我國(guó)車企與國(guó)外車企差距更多的是表現(xiàn)在綜合電耗上。“日產(chǎn)的新一代聆風(fēng)，在歐洲工況下 40 度電跑 300 多公里，在日本工況下甚至可以跑到 400 公里，我們國(guó)家車企和他們的差距還是比較大的。”歐陽明高告訴記者。

動(dòng)力電池比能量突破很大

歐陽明高同時(shí)表示，2017 年我國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度已達(dá)到 150 瓦時(shí)/公斤甚至以上，鋰離子動(dòng)力電池單體比能量有望于 2020 年前實(shí)現(xiàn) 300 瓦時(shí)/公斤目標(biāo)。

2017 年 3 月 1 日，工信部、發(fā)改委、科技部、財(cái)政部四部委印發(fā)的《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》(以下簡(jiǎn)稱“行動(dòng)方案”)中提出了動(dòng)力電池發(fā)展的主要目標(biāo)，到 2020 年，新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超過 300 瓦時(shí)/公斤;系統(tǒng)比能量力爭(zhēng)達(dá)到 260 瓦時(shí)/公斤、成本降至 1 元/瓦時(shí)以下，使用環(huán)境達(dá) -30℃ 到 55℃，可具備 3C 充電能力。到 2025 年，新體系動(dòng)力電池技術(shù)取得突破性進(jìn)展，單體比能量達(dá) 500 瓦時(shí)/公斤。

“目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平，不過鋰離子電池的核心是安全性。”歐陽明高表示，在新能源汽車專項(xiàng)研究方面，寧德時(shí)代新能源、天津力神、合肥國(guó)軒已經(jīng)取得了較大的技術(shù)突破。

據(jù)了解，寧德時(shí)代動(dòng)力電池單體能量密度已經(jīng)達(dá)到 304 瓦時(shí)/公斤，循環(huán)壽命基本上在 1000 次左右，安全性檢測(cè)全部通過;另外力神和國(guó)軒團(tuán)隊(duì)循環(huán)壽命和能量密度與目標(biāo)要求相差無幾。

但我國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展并不均衡。歐陽明高告訴記者，當(dāng)前我國(guó)動(dòng)力電池研究具體可總結(jié)為四個(gè)方面：一是 2020 年 300 瓦時(shí)/公斤的單體比能量可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但安全性要加強(qiáng);二是作為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期目標(biāo)的兩類新體系，鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)展相對(duì)緩慢，2017 年沒有看到突破性的進(jìn)展;三是固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化持續(xù)升溫，但受到固/固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負(fù)極可充性兩大問題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負(fù)極電池還沒有成熟，但是以無機(jī)硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池出現(xiàn)突破;四是中國(guó)在高容量富鋰正極材料方面，2017 年取得了一些突破，基于高容量富鋰正極和高容量硅碳負(fù)極的革新型鋰離子電池比鋰硫和鋰空電池更具可行性。

據(jù)此判斷，2020 年，我國(guó)動(dòng)力電池單體能量密度將實(shí)現(xiàn) 300 瓦時(shí)/公斤、比功率達(dá) 1000 瓦時(shí)/公斤，循環(huán) 1000 次以上，成本 0.8 元/瓦時(shí)以內(nèi); 2020-2025 年，動(dòng)力電池單體能量密度從 300 瓦時(shí)/公斤可以提升至 400 瓦時(shí)/公斤，每瓦時(shí)成本從 0.8 元降到 0.6 元以內(nèi)。

“2025 年，具備一般性價(jià)比的純電動(dòng)轎車合理的里程是 300-400 公里。但 2030 年，最大的技術(shù)突破將體現(xiàn)在電解質(zhì)上，固態(tài)電池會(huì)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊 500 瓦時(shí)/公斤。2030 年，常規(guī)的性價(jià)比車型，續(xù)航里程應(yīng)該可以達(dá)到 500 公里以上。”歐陽明高稱。

汽車電池技術(shù)最新突破

前不久美國(guó)菲斯科汽車發(fā)布的一則專利消息引起了全世界的矚目，它所研發(fā)一種固態(tài)電池，能僅用 1 分鐘的充電時(shí)間，將電動(dòng)汽車的續(xù)航能力提升到 804 公里，并且能在 2020 年通過材料和制造技術(shù)的進(jìn)展將成本降到常規(guī)鋰電池的三分之一。

固態(tài)電池也由此進(jìn)入大多數(shù)人的視野，其實(shí)從原理上說和目前的液態(tài)鋰電池是一樣的，最大的區(qū)別就是電解液變成了固態(tài)，憑借密度、結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)將更多帶電離子聚集在一端，可以傳導(dǎo)更大的電流，電池容量因此大幅度提升。

固態(tài)電池最顯著的特點(diǎn)有兩個(gè)，一是能量密度大，很多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)做到了 300-400Wh/kg，這是傳統(tǒng)鋰電池的 2.5-3 倍，另外就是更安全，更大程度杜絕了電池破裂或高溫等意外帶來的燃燒隱患。

當(dāng)然固態(tài)電池也有缺點(diǎn)，就是電導(dǎo)率總體偏低、內(nèi)阻較大、充電速度慢，至于美國(guó)菲斯科汽車如何做到充電 1 分鐘，續(xù)航 800 公里，那是它的核心機(jī)密了，

總的來看，如果固態(tài)電池能真正低成本產(chǎn)業(yè)化面向市場(chǎng)，將徹底解決當(dāng)前電動(dòng)汽車普及的核心難題，新能源汽車將真正做到殺死汽油車。