全面解讀:中國動力電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
我國新能源汽車截止 2016 年產(chǎn)銷規(guī)模已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 50 多萬輛,開始主要是公交車用新能源汽車,后續(xù)出租車開始用新能源汽車。2015 年其他乘用車開始發(fā)力,成為新能源汽車主要成分。中國新能源汽車到 2020 年產(chǎn)銷規(guī)模規(guī)劃是 200 萬輛,存量達(dá)到 500 萬輛。截止 2016 年底中國汽車產(chǎn)銷規(guī)模已經(jīng)是 2800 萬輛了,存量是 1.67 億輛。以上數(shù)據(jù)表明,我國新能源汽車在汽車總體中,其體量太小。中國政府已經(jīng)明確了新能源汽車是汽車大國走向強(qiáng)國的必由之路。必由之路的瓶頸是動力電池技術(shù)能不能突破?如果能突破,中國發(fā)展新能源汽車一定會成功。下面是筆者對中國發(fā)展汽車動力電池的使命、愿景、目標(biāo)、技術(shù)路線的研究,供參考。
一、動力電池在新能源汽車行業(yè)的地位
對燃油汽車而言,發(fā)動機(jī)是汽車心臟。中國汽車落后于外國,主要是發(fā)動機(jī)技術(shù)落后。發(fā)動機(jī)難度大,技術(shù)迭代時(shí)間短,30多年來,由于外國的重重封鎖,
我國采用的用市場換技術(shù)的路線,卻沒有換來高端發(fā)動機(jī)技術(shù)。中國是汽車產(chǎn)是銷大國,卻不是汽車強(qiáng)國。如果不能實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國的愿望,中國人將長期為外國企業(yè)打工。中國政府提出,發(fā)展新能源汽車的基本意圖是要改變目前的現(xiàn)狀,中國汽車工業(yè)必須要有新的面貌。
但是,隨著環(huán)保要求越來越高,發(fā)動機(jī)技術(shù)水平也要求越來越高。中國在燃油汽車方面與外國技術(shù)距離是越來越大了,主要的指發(fā)動機(jī)技術(shù)的距離是越來越大。外國人絕不會不對中國人開放,燃油汽車的高端技術(shù)。于是,中國政府提出了要彎道超車,如何彎道超車?決定發(fā)展新能源汽車。
能實(shí)現(xiàn)彎道超車嗎?能超!基本理由是,中國人與外國人在汽車動力電池方面都是新的。也就是說在動力電池上技術(shù)上,是中國人能不能實(shí)現(xiàn)彎道超車的關(guān)鍵,如果動力電池研發(fā)及生產(chǎn)上要比外國人能走得快一些,這個(gè)彎道超車就會成功。
圖 1 動力電池包內(nèi)部機(jī)構(gòu)
二、中國汽車動力電池發(fā)展歷程
外國人的新能源汽車發(fā)展路徑是保持燃油汽車基本優(yōu)勢為前提,這個(gè)前提對中國而言是屏障。中國發(fā)展新能源汽車上升到了國家戰(zhàn)略層面。中國的新能源汽車的基本特征是“純電驅(qū)動”。這一條與外國人的新能源汽車發(fā)展路線不同的技術(shù)路線。關(guān)鍵是要加快汽車動力電池的發(fā)展。
中國對動力電池的研究起步于“十五”科技部電動汽車重點(diǎn)專項(xiàng),當(dāng)時(shí)主要是鎳氫電池和錳酸鋰電池;
到“十一五”的時(shí)候,主要是磷酸鐵鋰電池,應(yīng)該說磷酸鐵鋰電池的發(fā)展支撐了中國“十二五”電動汽車的發(fā)展,應(yīng)用有了磷酸鐵鋰電池,中國新能源汽車實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)銷世界第一的規(guī)模。
到“十二五”,研發(fā)轉(zhuǎn)向了三元鋰離子電池,三元鋰離子電池的比能量會達(dá)到 180Wh/kg。目前開始推進(jìn)三元鋰離子電池研發(fā)和應(yīng)用。
三、中國汽車動力電池技術(shù)現(xiàn)狀
(1)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
力神、比亞迪、光宇等企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到世界的前十的行列,國內(nèi)開發(fā)的單體的技術(shù)水平與國外基本處于同一水平,產(chǎn)品的一致性方面與日韓企業(yè)還有差距。
(2)比能量現(xiàn)狀
①慢充電池以三元材料的為主攻方向,負(fù)極材料為石墨為主,正極材料為三元材料的材料體系,其密度在 110 到 180WH/Kg,有的已經(jīng)做到兩百瓦時(shí)每公斤;
②快充電池以碳酸鋰的為主,密度基本上在 90WH/Kg 的水平。
(3)鋰離子電池電芯形狀
大致可分圓柱型、方型、和軟包聚合物型三大類。圓柱基本規(guī)格有:18650,21700。
(4)成本現(xiàn)狀
2016 年電芯產(chǎn)品價(jià)格約 1,600元/kWh 左右 (成本約 1,200元/kWh),電池組價(jià)格大都在 2,400~2,500元/kWh 之間(成本約 1,800~1,900 元/kWh)。
但是目前動力電池產(chǎn)品性能、質(zhì)量和成本仍然難以滿足新能源汽車推廣普及需求,尤其在基礎(chǔ)關(guān)鍵材料、系統(tǒng)集成技術(shù)、制造裝備和工藝等方面與國際先進(jìn)水平仍有較大差距。
四、中國發(fā)展汽車動力電池的使命
需要指出的,發(fā)展清潔能源汽車 (天然氣汽車,發(fā)展混合動力汽車,發(fā)展甲醇汽車等) 是不可能使中國成為世界汽車強(qiáng)國的。必由之路是意思是,只有這一條路。中國要成為汽車強(qiáng)國,是中國人夢想。如何實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國專家 (學(xué)者) 見解比較多。習(xí)近平在上海汽車集團(tuán)考察時(shí)強(qiáng)調(diào),發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路,要加大研發(fā)力度,認(rèn)真研究市場,用好用活政策,開發(fā)適應(yīng)各種需求的產(chǎn)品,使之成為一個(gè)強(qiáng)勁的增長點(diǎn)。
習(xí)主席對發(fā)展新能源汽車提出具體要求,使之成為一個(gè)強(qiáng)勁的增長點(diǎn)。這里提到“開發(fā)適應(yīng)各種需求的產(chǎn)品”。目前產(chǎn)品功能離客戶需求的距離較遠(yuǎn)。其中一個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo),一次充電持續(xù)里程還是燃油汽車二分之一,如新能源公交車持續(xù)里程有 200 公里,乘用車 300 公里,卻是很高的指標(biāo)了。
目前新能源汽車要適應(yīng)需求,其中里程是基本指標(biāo)。這里關(guān)鍵是動力電池比能量指標(biāo)。發(fā)展高能量密度的汽車動力電池,是發(fā)展新能源汽車最中心環(huán)節(jié)的工作。
中國發(fā)展新能源汽車不是為爭一個(gè)“強(qiáng)”字,中國發(fā)展汽車動力電池的使命,必須壓確保中國新能源汽車成為世界強(qiáng)國,必須要支撐中國新能源汽車成為中國經(jīng)濟(jì)一個(gè)強(qiáng)勁的增長點(diǎn)。
可以歸納一句話:發(fā)展新能源汽車是建設(shè)汽車強(qiáng)國的必由之路,動力電池要先行。
五、中國發(fā)展汽車動力電池的愿景
(1)2018 年前保障高品質(zhì)動力電池供應(yīng):大力推進(jìn)新型鋰離子動力電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,
(2)2020 年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用:動力電池行業(yè)總產(chǎn)能超過 1000 億瓦時(shí),形成產(chǎn)銷規(guī)模在 400 億瓦時(shí)以上、具有國際競爭力的龍頭企業(yè)。
(3)到 2020 年正負(fù)極、隔膜、電解液等關(guān)鍵材料及零部件達(dá)到國際一流水平,形成具有核心競爭力的創(chuàng)新型骨干企業(yè)。
(4)到 2025 年新體系動力電池基礎(chǔ)研究,實(shí)現(xiàn)新的突破。
六、中國發(fā)展汽車動力電池基本目標(biāo)
(1)2018 年前的基本目標(biāo):
a)沒有安全焦慮、沒有里程焦慮;
b) 高品質(zhì)動力電池供需平衡;
c)來年的成本與 2016 年相比,下降 40%。
(2)2020 年實(shí)現(xiàn)目標(biāo):
a)新型鋰離子動力電池單體比能量超過 300 瓦時(shí)/公斤;
b)系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到 260 瓦時(shí)/公斤,,使用環(huán)境達(dá) -30℃ 到 55℃,可具備 3C 充電能力;
c)成本降至 1 元/瓦時(shí)以下,動力電池行業(yè)總產(chǎn)能超過 1000 億瓦時(shí),形成產(chǎn)銷規(guī)模在 400 億瓦時(shí)以上、具有國際競爭力的龍頭企業(yè)。
(3)2025 年實(shí)現(xiàn)目標(biāo):
a)單體比能量達(dá) 500 瓦時(shí)/公斤;
b)智能化生產(chǎn)制造和一致性控制水平顯著提高;
c)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成滿足功能安全要求,實(shí)現(xiàn)全生命周期的安全生產(chǎn)和使用。
七、中國發(fā)展汽車動力電池技術(shù)路線
(1)正負(fù)極、隔膜、電解液等關(guān)鍵材料及零部件均衡協(xié)調(diào)發(fā)展:
a)正極材料由目前磷酸鐵鋰向三元 (鎳鈷錳酸鋰) 材料方向推進(jìn),無疑高鎳的三元材料會成為研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn);
b)負(fù)極由目前石墨材料向硅碳材料方向推進(jìn),與石墨負(fù)極材料相比,石墨的理論能量密度是 372mAh/g,而硅負(fù)極的理論能量密度達(dá) 4200mAh/g,超其 10 倍,目前有企業(yè)的硅碳負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)了 600mAh/g 了;
c)電解液向高溫、高電壓、高阻燃方向推進(jìn);
d)極耳能滿足 20C 倍率以上的持續(xù)放電要求,達(dá)到少發(fā)熱,確保電池?zé)岵皇Э氐年P(guān)鍵零部件電池材料實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。
八、總結(jié)
a) 中國動力電池企業(yè)的使命是為中國新能源汽車發(fā)展提供基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性、高品質(zhì)的動力源總成件,肩負(fù)著必由之路開拓者的責(zé)任;
b) 中國動力電池企業(yè)的愿景是成為世界一流動力電池研發(fā)和提供商;
c) 中國動力電池企業(yè)的技術(shù)路線是起步于鉛酸電池、追趕于鎳氫電池和錳酸鋰電池、上規(guī)模應(yīng)用于磷酸鐵鋰電池、將領(lǐng)先于三元電池,向燃料電池發(fā)起總攻,搶占固體電池(終極電池)的最高峰。
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