我國電動汽車動力電池技術路線及趨勢分析

中國產業(yè)研究報告網(wǎng)訊：

    內容提要：目前憐酸鐵鋰系電池具有優(yōu)勢,三元材料由于其成分中含有線、鈷等貴重金屬元素,是其未來大規(guī)模產業(yè)化面臨的不確定性因素,鈦酸鋰系電池則由于其材料的制備工藝條件嚴格,導致其成本居高不下。正因為如此,在產業(yè)化方面,憐酸鐵鋰系電池目前也走在前面。

    在鋰離子電池方面,國內與國外先進水平還有差距,國內的鋰離子電池原料、電池單體/組件的生產工藝、電池控制等一些關鍵技術還有待突破,而且,生產一致性的問題也沒有完全解決,電池成組后的穩(wěn)定性和使用壽命等還存在較大問題。由于擔心鋰離子電池的穩(wěn)定性,從“十五”開始,我國在電動汽車研發(fā)過程中,并未將鋰離子電池作為重點方向,而是選擇了鎳氫電池。但在鋰離子電池領域,中國企業(yè)還有機會,因為我國此前大力發(fā)展消費電子產品為鋰離子電池產業(yè)打下了較好基礎,有利于向動力電池領域發(fā)展,代表企業(yè)有比亞迪、萬向、力神、比克等。 

    內容選自產業(yè)研究報告網(wǎng)發(fā)布的《2013-2017年中國電動汽車充電站市場深度調查及發(fā)展趨勢研究報告》 

    在目前的發(fā)展階段,動力鋰離子電池還處于多種材料體系共存的局面其中,憐酸鐵鋰系電池具有高性能、高安全性、低成本等特點,中國、韓國、歐美等國多以此體系為主,是目前的熱點和主流;純的猛酸鋰電池存在高溫工作時不穩(wěn)定,容量易衰減的缺點,但通過對純的猛酸鋰進行改性,開發(fā)出了高性能的三元材料,解決了猛酸鋰體系存在的問題,日本及部分歐美國家目前選擇三元材料體系作為電動汽車主要的動力電池;由日本東芝公司和美國鋰電池制造商Altaimano公司開發(fā)的以鐵酸鋰代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨負極材料的鋰離子電池,具有高功率、安全性好、循環(huán)壽命長、適用溫度范圍寬的優(yōu)點,成為電動汽車動力電池另一個可能的選擇。 

    從成本來看,目前憐酸鐵鋰系電池具有優(yōu)勢,三元材料由于其成分中含有線、鈷等貴重金屬元素,是其未來大規(guī)模產業(yè)化面臨的不確定性因素,鈦酸鋰系電池則由于其材料的制備工藝條件嚴格,導致其成本居高不下。正因為如此,在產業(yè)化方面,憐酸鐵鋰系電池目前也走在前面。 

    鋰離子動力電池發(fā)展總的技術路線是:改進和完善現(xiàn)有材料體系、結構設計和生產工藝,不斷幵發(fā)新型的材料體系,不斷提高鋰離子電池的各項性能指標。鋰離子電池由于其材料體系、結構形式可以靈活選擇,并且隨著技術的不斷發(fā)展,不斷涌現(xiàn)出新型的鋰離子電池,引領著鋰離子電池向著高安全性、高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命、低成本的方向發(fā)展。目前,已進入產業(yè)化初期階段應用的較成熟的鋰離子電池類型主要有猛酸鋰系、憐酸鐵鋰系電池,在材料上,通常都是在純的猛酸鋰、隣酸鐵鋰的基礎上通過摻雜、包覆等手段引入其他元素或物質,從而提高某些方面的性能;在結構形式上,則是通過從傳統(tǒng)的硬殼卷繞式電池向軟包疊片式電池的轉變來提高電池的性能。這些鋰離子電池的能量密度已能達到100?200Wh/kg,功率密度達到1000?1500W/kg,單體電池的循環(huán)壽命平均達到3000次左右,安全性問題已基本解決,成本也隨著規(guī)模化的生產而有望逐步降低。更重要的是,還不斷有新的材料體系被開發(fā)出來,典型的有鐵酸鋰系鋰離子電池,具有更高的功率密度、循環(huán)壽命等優(yōu)點。還有處于理論研究階段的鋰硫電池、鋰-空氣電池等,其能量密度分別能達到350 Wh/kg和1000 Wh/kg,為更高性能的鋰離子動力電池的開發(fā)提供了可能的選擇。 

    從目前鋰離子電池的技術發(fā)展水平來看,在五年內,動力電池的性能基本能滿足電動汽車的應用要求動力電池成本的問題除了通過降低電池制造成本外,還可通過所謂的電池梯級利用以及廢舊電池回收再利用的方式來解決。動力電池梯級利用目前停留在概念階段,對于電動汽車用過的舊電池能否繼續(xù)用在其它場合、用在其它場合的效果如何以及怎樣才能找到最佳的使用方式,還有待研究。已經存在的一些事實給梯級利用這種方式留下了許多待回答的難題,例如:新電池尚且存在一致性的問題,舊電池的一致性分化規(guī)律又會如何;舊電池和新電池的壽命衰減曲線的差異問題;舊電池在其它場合使用前重新檢測的標準特別是安全標準的問題;在同一場合使用新電池或舊電池的綜合成本評估的問題,等等。廢舊電池回收再利用是降低電池使用成本的一個有效的方式,由于動力電池目前還沒有進入大規(guī)模市場應用階段,這項技術還沒有引起足夠的重視。 

    動力電池的充電網(wǎng)絡是電動汽車應用的一項基礎設施,可采用的技術路線是充、換電的方式,這兩種方式基本上己覆蓋了動力電池對充電的需求。充電的方式寄希望于能以最快的時間完成對電池的充電,但必須以不顯著損傷電池的壽命為前提;換電的方式則可以慢充的方式進行。對于電池這個復雜的體系本身來說,越快速的充電越不利于其壽命,從電池的角度來說,應盡量使用溫和的方式對電池進行充電才能長時期的保持其性能的發(fā)揮,從充電網(wǎng)絡的角度來說,電池性能的突破不會對充電技術路線產生根本性的影響。