近年來車用動力電池在新能源汽車上的應(yīng)用表現(xiàn)

    概述
　　2016年，在國家政策大力支持及新能源汽車推廣應(yīng)用進(jìn)程加快的帶動下，中國車用動力電池需求大幅增長。以比亞迪、中航鋰電、國軒高科、力神、CATL等企業(yè)為代表的國內(nèi)動力電池企業(yè)，通過開展投資擴(kuò)產(chǎn)、自主創(chuàng)新等，產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量均得到明顯提升，但綜合競爭力仍需要增強(qiáng)。隨著越來越多國際動力電池企業(yè)開始在中國投資建廠，本土動力電池企業(yè)將面臨更大競爭壓力，因此，國內(nèi)車用動力電池企業(yè)要在技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展上多下功夫。
　　常見動力電池介紹
　　目前在車用動力源方面，主要有四種技術(shù)路線：鋰離子電池、氫燃料電池、超級電容和鋁空氣電池。其中鋰離子電池、超級電容和氫燃料電池得到廣泛的應(yīng)用，而鋁空氣電池尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。能源補(bǔ)給方面，鋰離子電池、超級電容適用于純電動汽車，但是需要外部充電，而氫燃料電池汽車則需要外部氫氣加注，鋁空氣電池則需要補(bǔ)充鋁板和電解液。就目前來看，鋰離子電池在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)還是要占據(jù)主要發(fā)展空間的。

鋰電池也各行其道
　　就動力電池而言，目前，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池以及鈦酸鋰電池在電動車領(lǐng)域都有應(yīng)用。
　　由于三元鋰電池能力密度高，續(xù)航里程相對較長，國內(nèi)車企乘用車紛紛轉(zhuǎn)向使用三元鋰電池，包括北汽、比亞迪、江淮等。但三元鋰電池卻存在安全性差、耐高溫性差、壽命差等缺點(diǎn)，2016年初，還被工信部叫停，暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄。
　　相比三元電池，磷酸鐵鋰電池，由于安全性能穩(wěn)定、高溫性能好、重量輕等優(yōu)勢，越來越多的活躍在電動客車市場。但因其低溫性能差，正極材料振實(shí)密度小等缺陷，在微型電池方面不具有優(yōu)勢。
　　另外還有一種電池，由于格力董明珠對珠海銀隆的欣賞和支持,使得鈦酸鋰電池進(jìn)入大眾視野。
　　鈦酸鋰電池也是鋰電中壽命最長、安全最高的電池。論生命周期，普通鋰離子電池約為1,000～2,000次循環(huán)，鈦酸鋰則是3萬次循環(huán)，是前者的15倍。但是這種材料的電池有一種天然的缺憾，能量密度偏低，而過去幾年國家的政策支持上都是與續(xù)航里程掛鉤的，高能量密度的電池更多的受到政策的青睞。而根據(jù)最新的補(bǔ)貼政策會簽稿，針對快充型電池有獨(dú)立的規(guī)定，因此，行業(yè)專家推測，未來鈦酸鋰電池將會迎來發(fā)展的春天。珠海銀隆已掌握全球頂尖鈦酸鋰核心技術(shù)，攻克了業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“五大問題”，實(shí)現(xiàn)6分鐘快速充電、耐寬溫、30年循環(huán)使用壽命、不起火不爆炸等優(yōu)良特性。并且銀隆目前正在研究通過鈦酸鋰電池和燃料電池的兩者結(jié)合，以解決新能源汽車?yán)m(xù)航里程的難題。
　　國外動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
　　當(dāng)前，日本在鋰離子電池領(lǐng)域居技術(shù)領(lǐng)先地位，已制訂至2030年發(fā)展規(guī)劃，系統(tǒng)地安排研發(fā)課題，以維持長期的領(lǐng)先地位，松下、NEC、索尼等著名公司都建有大規(guī)模鋰離子電池生產(chǎn)線。韓國LG化學(xué)供應(yīng)的鋰電池已驅(qū)動超過30萬輛電動汽車上路，三星SDI也已成為全球主要的動力電池供應(yīng)商，提供電池給寶馬、菲亞特、法拉利等。
　　幾年前奧巴馬政府曾通過經(jīng)濟(jì)刺激方案，將20億美元專門用于支持美國車用鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特斯拉汽車與松下聯(lián)手正在內(nèi)華達(dá)州興建投資20億美元的超級鋰離子電池工廠。
　　美國制定了動力蓄電池研發(fā)路線，包括由金屬鋰、硅合金等材料作為負(fù)極，高電壓材料、空氣、硫作為正極的新體系結(jié)構(gòu)動力電池，以及非鋰體系動力電池等。
　　隨著中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的國外動力電池企業(yè)在中國投資建廠。三星SDI、LG化學(xué)已經(jīng)分別在中國西安和南京合資建廠投產(chǎn)，松下大連工廠正在建設(shè)中，博世和SK也籌劃在中國建設(shè)動力電池工廠。
　　國內(nèi)動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
　　我國的鋰離子電池研究項(xiàng)目一直是“863”的重點(diǎn)項(xiàng)目，經(jīng)過二十多年的持續(xù)支持，大部分材料實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，由追趕期開始向同步發(fā)展期過渡，本土總產(chǎn)能居世界第一，支撐了我國新能源汽車的示范推廣。
　?。?）正極采用磷酸鐵鋰材料，負(fù)極采用石墨材料，研發(fā)的50Ah能量型電池，能量密度達(dá)到136.6Wh/kg，功率密度達(dá)到1101W/kg；研發(fā)的20Ah能量功率兼顧型電池，能量密度達(dá)到106.5h/kg，功率密度達(dá)到1119W/kg。
　?。?）正極采用尖晶石錳酸鋰、鎳鈷錳三元混合材料，負(fù)極采用人造石墨材料，研發(fā)的25Ah軟包裝能量型電池，能量密度達(dá)到162Wh/kg；研發(fā)的35Ah能量功率兼顧型電池，能量密度達(dá)到135Wh/kg。
　?。?）正極采用鎳鈷錳三元材料，負(fù)極采用天然石墨/人造石墨/中間相碳微球等材料，開發(fā)的10、15、20、28、30、45Ah的動力電池，能量密度達(dá)到180Wh/kg；開發(fā)的2.6Ah18650圓柱形電池，能量密度達(dá)到200Wh/kg。
　　在系統(tǒng)集成技術(shù)及能力方面取得較大進(jìn)展和突破。采用磷酸鐵鋰材料的動力電池系統(tǒng)的能量密度達(dá)到90Wh/kg，采用三元材料（18650圓柱形動力電池）的動力電池系統(tǒng)的能量密度達(dá)到110Wh/kg。
　　在前瞻性技術(shù)研究方面，中科院先導(dǎo)計(jì)劃支持相關(guān)研究所研制出能量密度超過300Wh/kg的鋰離子電池樣品和能量密度超過500Wh/kg的鋰硫電池樣品，但循環(huán)壽命及安全性等性能指標(biāo)還需進(jìn)一步提升。
　　目前，我國已形成了包括關(guān)鍵原材料（正極、負(fù)極、隔膜、電解液等）、動力電池、系統(tǒng)集成、示范應(yīng)用、回收利用、生產(chǎn)裝備、基礎(chǔ)研發(fā)等在內(nèi)的完善的鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)鏈體系，掌握了動力電池的配方設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)，生產(chǎn)線逐步從半自動中試向全自動大規(guī)模制造技術(shù)過渡。
　　在產(chǎn)業(yè)布局方面，中國形成了珠江三角洲、長江三角洲、中原地區(qū)和京津冀區(qū)域?yàn)橹鞯乃拇髣恿﹄姵禺a(chǎn)業(yè)化聚集區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有近100家動力電池企業(yè)開展動力電池的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作，有近1000億元產(chǎn)業(yè)資金投入，形成近40GWh年產(chǎn)能，技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展顯著，有力地支撐了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

未來車用動力電池發(fā)展趨勢
　　2020年，技術(shù)提升階段。新型鋰離子電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，能量型鋰離子電池單體比能量達(dá)到350Wh/kg，能量功率兼顧型動力電池單體比能量達(dá)到200Wh/kg。動力電池實(shí)現(xiàn)智能化制造，產(chǎn)品性能、質(zhì)量大幅度提升，成本顯著降低，純電動汽車的經(jīng)濟(jì)性與傳統(tǒng)汽油車基本相當(dāng)，插電式混合動力汽車步入普及應(yīng)用階段。
　　2025年，產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段。新型動力電池技術(shù)取得顯著進(jìn)展。動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國際先進(jìn)水平接軌，形成2～3家具有較強(qiáng)國際競爭力的大型動力電池公司，國際市場占有率達(dá)到30%。固態(tài)電池、鋰硫電池、金屬空氣電池等新體系電池技術(shù)不斷取得突破，比能量達(dá)到400Wh/kg以上。
　　2030年，產(chǎn)業(yè)成熟階段。新體系電池實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，電池單體比能量達(dá)到500Wh/kg以上，成本進(jìn)一步下降；動力電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于國際領(lǐng)先水平。
　　未來相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，我國節(jié)能與新能源汽車將以普及應(yīng)用插電式混合動力汽車、純電動企業(yè)等新能源汽車為主要任務(wù)，迫切期待動力電池降低成本、提高性能。研發(fā)新型鋰離子電池和新體系電池、提升動力電池智能制造水平、完善驗(yàn)證測試方法和標(biāo)準(zhǔn)體系，既是我國節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展需求，也是我國動力電池發(fā)展的關(guān)鍵任務(wù)，具有緊迫性。
　　結(jié)語
　　新能源汽車競爭的核心是技術(shù)，最迫切的是實(shí)現(xiàn)動力電池技術(shù)的突破。從目前看，包括混合動力、燃料電池以及純電動汽車在內(nèi)的新能源汽車，是新能源汽車比較可行的技術(shù)選擇。而在電動汽車關(guān)鍵零部件當(dāng)中，動力電池是技術(shù)門檻最高、也是利潤最集中的部分。如果不能掌握動力電池的核心技術(shù)，中國新能源汽車注定將舉步維艱。而電池技術(shù)的突破，將成為中國進(jìn)入新能源汽車領(lǐng)域，搶占未來行業(yè)制高點(diǎn)的最佳切入點(diǎn)。