新能源汽车蓝皮书售额超过 330 亿美元, 位列第一位 ; 锂离子电池接近 180 亿美元, 位列第二位 ; 镍氢镉镍电池等约 30 亿美元 1990 ~ 2013 年, 世界电池市场保持了持续增长态势, 其中, 锂离子电池是从无到有的变化, 增速幅度最大铅酸电池增速不及锂离子电池, 但是其涉

Size: px

Start display at page:

Download "新能源汽车蓝皮书售额超过 330 亿美元, 位列第一位 ; 锂离子电池接近 180 亿美元, 位列第二位 ; 镍氢镉镍电池等约 30 亿美元 1990 ~ 2013 年, 世界电池市场保持了持续增长态势, 其中, 锂离子电池是从无到有的变化, 增速幅度最大铅酸电池增速不及锂离子电池, 但是其涉"

惟察宓
7 years ago
Views:

1 动力电池发展现状及展望 3 动力电池发展现状及展望汪继强摘要 : 本文首先介绍了 2013 年国际电池市场发展情况, 并对国际动力电池发展趋势进行了简要分析其次对不同类型电动车辆所用的电池发展和应用情况进行了描述最后介绍了中国动力电池产业和技术发展最新情况 2013 年以来, 国际车用动力电池主要呈现三个特点 : 一是非插电式混合动力汽车 (HEV) 用电池从氢镍电池向锂离子电池过渡, 带动了高功率动力锂离子电池呈上升趋势 ; 二是欧洲微混车辆市场初步形成并快速增长, 带动了铅酸电池技术发展和规模生产应用, 也推动了超级电容器钛酸锂负极锂离子电池等技术在该领域的开发和应用 ; 三是以特斯拉等纯电动汽车为代表的新能源汽车成为行业发展的焦点, 推动了锂离子电池技术与产业呈现加快发展趋势, 各国电池企业都在努力推动动力锂离子电池材料与体系关键词 : 电池结构模块和电池包 ( 含管理系统 ) 设计的技术创新新能源汽车动力电池一 2013 年国际动力电池市场发展现状与趋势 ( 一 ) 国际电池市场发展概况 2013 年, 世界二次电池市场销售额已经达 540 亿美元, 其中铅酸电池销汪继强, 教授级高级工程师, 原信息产业部电子十八所副总工程师 041

2 新能源汽车蓝皮书售额超过 330 亿美元, 位列第一位 ; 锂离子电池接近 180 亿美元, 位列第二位 ; 镍氢镉镍电池等约 30 亿美元 1990 ~ 2013 年, 世界电池市场保持了持续增长态势, 其中, 锂离子电池是从无到有的变化, 增速幅度最大铅酸电池增速不及锂离子电池, 但是其涉及汽车启动工业 ( 通信 UPS 牵引等 ), 以及近年来轻型电动车快速发展的需求, 尽管目前的市场基点高 (1990 年市场销售已经达 160 亿美元 ), 但依然处于显著增长中 1 电池应用领域从电池应用领域看, 汽车启动小型电子产品与工业应用仍是蓄电池的三大传统市场, 依然保持较好发展势头 ( 见图 1 ) 其中, 小型 IT 电子产品的快速发展推动了以锂离子电池为主导的小型电池市场的高速发展同时, 动力电池的应用市场开始起步, 2013 年年底电动自行车电池与电动汽车 ( HEV PHEV 和 EV) 的销售额分别为约 20 亿美元和约 40 亿美元图年世界二次电池按应用市场的销售统计资料来源 : The Rechargeable Battery Market and Main Trends , Christophe PILLOT, the 31 st international Battery Seminar, March 10-13,

3 2 电池产业布局和品牌结构动力电池发展现状及展望从电池产业布局来看, 2000 年以前全球 80 % 以上锂离子电池产自日本 ; 2000 年后, 中国及韩国相继投入锂离子电池产业并陆续量产目前, 中国日本及韩国生产的锂离子电池占全球产量的 90 % 以上 2012 年, 日本由于受大地震的影响, 全球的市场份额下降, 已经被韩国所替代根据赛迪顾问统计数据显示, 2013 年韩国锂电池产量受益于三星 LG 等锂离子电池企业出货量的增加, 已经成为全球最大的锂离子电池生产国 ( 见图 2 ) 图年全球小型锂离子电池区域结构从企业竞争格局来看, 2013 年, 三星已经成为全球最大的锂离子电池生产商, 其在全球的市场份额上升至 23 60%, 中国的力神比亚迪 ATL 和比克等公司也处于行业前列在动力电池方面, 2013 年锂离子动力电池仍处于投入期和小批量的生产阶段从全球来看, 传统锂离子电池生产企业仍然是汽车动力锂离子电池市场的主导者, LG 化学三星 SDI 力神比克等企业纷纷在汽车动力电池领域展开了投资和布局, 并具备较大的产能 ( 见图 3) 另外, 传统锂离子电池通过与汽车企业合资生产动力电池, 如 NEC 与日 043

4 新能源汽车蓝皮书图年全球小型锂离子电池品牌结构产合资成立 AESC, 松下与丰田合资成立 Panasonic EV Energy 锂电池企业通过与汽车企业的合作, 在整个新能源汽车产业化初期有利于其渠道的掌控并迅速将动力电池产品用于电动汽车上 ( 见图 4) 图年全球动力锂离子电池品牌结构 044

5 动力电池发展现状及展望 ( 二 ) 国际电池市场发展趋势分析由于锂离子电池在能量密度安全性成本等方面具有综合优势, 随着新能源汽车非插电式混合动力汽车市场的不断发展, 锂离子动力电池近期将成为锂电池产业发展的重点由于启停装置加能量回收技术成为今后重点推广的节能措施, 48V 锂离子电池将成为重要发展方向此外, 随着非插电式混合动力车辆销售增加, 氢镍电池还将保持一定的市场容量但是, 氢镍电池的市场份额正受锂电池的挤占, 除丰田外, 其他大部分汽车公司的混合动力汽车已从氢镍电池转向锂离子电池, 预期到 2015 年后采用锂离子电池的 HEV 市场比例将呈显著上升趋势二车用动力电池技术发展与应用概述 ( 一 ) 不同电动车辆对动力电池的技术要求与可供选择类型由于混合动力车辆 ( HEV) 涵盖了从微混轻混中混强混插电式等混合动力车辆, 它们对各自所采用的电池技术的要求不尽相同, 且供选择的电池类型也呈多样化插电式混合动力汽车可以依靠纯电驱动行驶, 因此其特点与纯电动车辆类似不同电动车辆对所需动力电池的技术要求如表 1 所示表 1 不同电动车辆对电池的要求与可供选择的适用电池类型车辆类型标准型燃油车非插电式混合动力车 (HEV) 新能源汽车微混 - 1 微混 - 2 轻混 - 1 轻混 - 2 中混强混 PHEV - 1 PHEV - 2 EV 电池作用启动启 / 停制动回收电力辅助轻度助力中度助力有限驱动主动力主动力主动力电压 (V) ~ ~ ~ ~ ~ 以上铅酸电池改进铅酸电池锂电池可供选择的电池类型金属氢化物镍电池锂离子电池复合电池 ( 含超级电容器 ) 铅碳电池 045

6 新能源汽车蓝皮书 1 微混车辆 ( 微混 - 1 和微混 - 2) 带有启停装置的车辆, 电池除了要满足车内音响照明等电气设备的需要外, 还要有频繁输出大电流放电的能力此外, 在为车轮提供动力时, 蓄电池需要提供能量支持, 以及车载充电机给蓄电池充电时, 蓄电池要具备很强的充电性能与微混 - 1 相比, 微混 - 2 是在启停基础上增加了制动能量回收装置, 要求电池还具备良好的大电流充电能力, 并使电池要处于适当 SOC 状态下工作此外, 电池还必须有足够长的使用寿命基于以上特点, 传统起动型铅酸电池难于满足这些要求, 尤其是使用寿命的要求因此, 针对启停系统和制动能量回收 ( 大电流充电 ) 要求, 对原富液型起动电池进行了技术改进, 开发出了增强型富液电池同时也在原工业型阀控式铅酸电池基础上, 开发出性能优于富液电池的 AGM 电池这两种电池目前都已经实现了大规模生产, 与起动铅酸电池相比成本略有升高, 但是依然保持了铅酸电池低廉的价格优势随着微混车辆的进一步发展, 改进型铅酸电池可能成为 2020 年前铅酸电池市场持续增长的重要基础 2 轻混车辆 ( 轻混 - 1 和轻混 - 2) 轻混系统要求具有较高的节油率和较低的成本, 因此要求电池具有较高的能量密度高倍率充放电能力 ( 特别是高充电接受能力 ) 宽广的操作温度区间 ( 特别是低温下 ) 较长使用寿命及较低的价格等特点近期发展中的铅碳电池 ( 或超级电池 ) 在轻混与中混 HEV 上的应用也受到关注典型的轻混车辆设计方案包括两组电池 : 一组为铅酸启动电池, 另一组采用为 48V 镍氢电池或 48V 锂离子电池当前的技术方案多采用锂离子电池方案, 也有采用超级电容器与锂离子电池复合电源的方案 3 中混与强混车辆中混 / 强混 HEV 要求电池始终处于荷电保持中, 不要求对电池进行单独充电, 一般要求在 55% SOC 时有 30 万次循环寿命, 电池组能量输出保持在 300 ~ 500W h, 脉冲功率输出保持在 25 ~ 40kW (10 sec 脉冲期间 ) 中混 / 强混 HEV 要求电池的尺寸较小 ( 能量较低, 一般为 1 ~ 2kW h), 功率与能量输出比率较高 (P / E > 15), 显然对 HEV 电池突出了高比功率特性要求 ( 包括实现制动能 046

7 动力电池发展现状及展望量回收的高充电接受能力 ), 一般比功率可超过 3kW / kg 因此, 目前技术状态下, 仅有镍氢动力电池锂离子电池能满足要求 4 插电式混合动力汽车 (PHEV) 电池需要单独运行和单独充电, 在要求电池提供的能量可以确保车辆单独运行一定的距离 ( 美国定为 16 ~ 65km) 外, 还要求电池能在 5000 次深循环中得到保持 ; PHEV 需要的电池尺寸增加 ( 能量增至 5 ~ 15kW h), 但功率与能量输出比率略有下降 (P / E = 3 ~ 10) 5 纯电动汽车 (EV) 要求电池具有高比能量特性, 较多的深度充放电 (80% DOD) 循环次数同时, 纯电动汽车要装备较大容量和尺寸的电池以满足较长续驶里程的要求, 但功率与能量输出比率要求相对较低, 一般在 3 以下显然, 现有锂离子电池技术也只能满足 EV 的基本要求, 离期望的 EV 电池的目标比能量比功率尚有距离由此可以按照电池输出能量与输出功率大小特征, 描述三种类型动力电池 : 高功率输出型 ( HEV 电池 ) 高能量输出型 ( EV 电池 ) 和功率 / 能量混合型 (PHEV 电池 ) ( 二 ) 典型电池产品技术应用进展 HEV 用动力电池既能提供高功率 ( 高比功率 ), 也要能输出较高的能量当前, HEV 主要采用镍氢电池随着锂离子电池的不断发展, 在满足同样功率的条件下, 电池比能量显著提高, 并可替代镍氢电池在混合动力汽车上的应用此外, 超级电池超级电容器等也有可能作为混合动力汽车电池使用 1 HEV 用金属氢化物镍电池 (Ni / MH 电池 ) 技术进展应用于电动车的高功率型金属氢化物镍电池的主要性能特点是 : 具有高的充放电比功率及较高的能量密度如在 1 ~ 2kW h 总能量及 1000 ~ 2000W/ kg 高比功率输出的情况下, Ni / MH 电池可以用 1C 放电获得 45 ~ 50W h / kg 比能量当按照能量型电池设计时, 该电池的比能量可以提升为 60 ~ 80W h / kg 图 5a 图显示出 HEV 用 Ni / MH 电池在极高的充放电功率下, 以及从 10% DOD 增至 20% DOD 能量输出 / 输入条件下, 依然超过 HEV 的循环寿命目标值, 而图 5b 图则表示按电池重量计算出的放电比功率的提升情况 047

8 新能源汽车蓝皮书图 5 HEV 混合动力车用 Ni / MH 电池典型的充放电功率特性提升丰田汽车 Prius 混合动力选用的是松下小容量方形高功率电池 (6 5Ah), 其电池组主要性能在新 Prius 中得到提升其中, 单体电池数由 240 只减至 228 只, 电压由 288V 降至 274V; 总功率输出由原先 21kW 提升至 34kW; 电池包比能量也由 44W h / kg 提高至 46W h / kg 金属氢化物镍电池的技术进步主要表现在储氢材料的组分优选, 日本 FDK 公司发展了原三洋研制出的 AB 3 5 组成与结构的新型储氢合金材料, 具有三个关键性能的改进, 包括 : 1 提升比容量 ( 由原 2400mAh 提升至 2013 年的 048

9 动力电池发展现状及展望 2450mAh); 2 提高稳定性具有良好荷电保持能力 ( 储存后的荷电保持率由采用 AB 5 的 50% / 年提高至 2013 年的 90% / 年 ); 3 循环寿命由原 1500 次延长至 6000 次高的氢活性, 具有良好的低温性能等采用原先储氢材料的电池在 - 35 和 - 40 下几乎不能工作, 但 2013 年 500mA 新储氢材料电池下还可以分别放出约 300mAh 和 100mAh, 这对电动汽车应用非常有意义 ( 见图 6) 图 6 AB 3 5 负极 Ni / MH 电池的低温性能与组成结构 049

10 新能源汽车蓝皮书 2 HEV 用超级电容器或与蓄电池复合电源的技术进展混合动力车采用超级电容器的优势在于 : 1 低温性能好, 可在 - 40 工作, 而一般常规电池在 - 20 以下难以可靠工作 ; 2 安全性好, 特别是对于公交车, 超级电容器是一种安全的电池辅助供电解决方案 ; 3 寿命长, 使电池使用成本大大降低 ; 4 效率可高达 85% ~ 95%, 而电池在类似大电流工作条件应用中, 充放电效率显著降低 ; 5 瞬间输出功率大, 有利于车辆的瞬时加速要求 ; 6 充电接受能力强, 能够有效地回收制动时的能量, 并将其储存以满足下一次加速对能量的需求开发用于混合动力公交车的一种典型超级电容器 B CAP0010 的性能如表 2 所列表 2 HEV 公交车用典型超级电容器的性能指标型号 BCAP0010 电容 (F) 2600 串联电阻 (mω) 0 7( 直流 ) 连续电压 (V) 2 5 峰值电压 (V) 2 8 额定 / 最大电流 (A) 400 / 600 循环寿命 ( 次 ) > HEV 用动力锂离子电池的技术进展锂离子电池无论比功率还是比能量都能满足各种混合动力汽车的性能要求随着材料价格下降及锂离子电池规模化生产, 成本将不断降低, 已经基本具备了与 Ni / MH 电池的竞争优势由于锂离子电池可以有多元材料体系构成, 因此 HEV 用动力锂离子电池可以是多元化的, HEV 用功率型动力锂离子电池的代表性结构与材料体系, 如表 3 所示表 3 HEV 用功率型动力锂离子电池的代表性结构与材料体系单体容量电极结构正极材料负极材料电解质隔膜关断机构 5Ah 方形卷绕式 NCM 石墨 / SiC EC 基干法多层膜无 5Ah 方形卷绕式 LNO 石墨 EC 基干法多层膜有 4 7Ah 方形卷绕式 NCM 硬碳 PC 基湿法 PE 有 050

11 动力电池发展现状及展望续表单体容量电极结构正极材料负极材料电解质隔膜关断机构 5 2Ah 方形卷绕式 NCM / LMO 石墨 EC 基 PE / 干法多层有 4 4 / 4 8Ah 方形卷绕式 LMO / NCM 硬碳 / 软碳 PC 基干法多层膜有 20Ah 方形卷绕式 LNMO LTO PC 基纤维素隔膜有 5 3Ah 软包装叠层 NCM / LMO 软碳 PC 基干法 PP 有 5Ah 软包装叠层 LMO LTO PC 基湿法 PE 有表 4 列出了两种典型 HEV 用锂离子电池的特性比较由表 4 可以看出, 采用钛酸锂为负极材料的电池, 显示了的几个特点, 包括在高功率输出下保持长循环寿命和良好的低温性能同时该电池体系内部短路安全性极高, 原因是 : 短路时, 负极转变成低电子导电的尖晶石结构 LTO, 使其在短路处有效地抑制了短路放电反应的持续进行, LTO 负极上的短路反应要比石墨负极上低三个数量级 LTO 负极相对于内部短路的快速反应显示出自我保护功能此外, 还具有 1 分钟内快速充电可充入 80% 额定容量的特性基于快充电的特性, 也被用来设计作为纯电动公交车的动力电源, 虽然行驶距离受到限制, 但是由于可以快速充电, 弥补了其行驶距离不够长的缺点表 4 两种典型 HEV 用功率型动锂离子电池特性比较基本参数 NCA / C 体系 LMNO / LTO 体系电池结构铝合金圆柱壳体铝塑膜软包装额定容量 6 8Ah 3 2Ah 重量 340g 117g 尺寸 Φ38mm 145mm( 含极柱 ) mm 额定电压 3 7V 2 4V 25,10s 输出功率 3470W / kg(7375w / L) 4000W / kg 25,10s 输入功率 2295W / kg(4875w / L) 4000W / kg - 30,10s 输出功率 570W / kg 快充电时间,80% 容量 1min 比能量 73 5W h / kg 66W h / kg 寿命 3000 次以上, 容量保持 90% 以上 051

12 新能源汽车蓝皮书 4 EV 与 PHEV 用动力锂离子电池的技术进展锂离子电池无论是比功率还是比能量尚不能完全满足纯电动汽车与插电式混合动力汽车的行驶里程 (482km 以上 ) 要求, 同时安全性与可靠性 ( 包括寿命及环境适应性等 ) 还需进一步提高, 因此各国政府十分重视对新一代电池与材料的研究, 以获得比能量更高成本更低的电池 EV 用动力锂离子电池主要材料体系包括 : LNO / C MNC / C LFP / C 及 NM / LTO 等其中, LNO MNC 通常可与 LMO 混合使用, 既能降低成本, 也可提升电池安全性 ; C 可以是不同类型的石墨, 也可以是硬碳或软碳同时可以有壳体式圆柱形壳体式方形和软包装方形三类电池结构形式图 7 表示出当今上市的几款纯电动汽车 ( 含插电式混合动力 ) 所采用动图 7 已上市的几款电动车辆 ( 含插电式 ) 采用动力电池模块与系统和性能水平比较 052

13 动力电池发展现状及展望力电池材料体系及其达到的比能量水平可以看出, 单体电池的最高比能量水平达到了 157W h / kg 和 320W h / l, 但是其模块值分别降至 133W h / kg 与 197W h / l, 系统更进一步降至 82W h / kg 与 73W h / L 为了保证车辆综合性能要求, 需要添加连接与固定装置冷却装置 SOC 控制与安全控制装置等必要的附加设计, 有效提高了系统的可靠性, 但增大了电池的体积及重量, 使电池的实际比能量显著降低 AESC ( 日产汽车与 NEC 的合资公司 ) 通过对电池系统进行不断优化设计, 车载电池系统的比能量已经提升至 100W h / kg 表 5 与表 6 分别列出了日产 Leaf 纯电动汽车和丰田 Prius 插电式混合动力汽车用电池的基本组成及其成本分析结果表 5 日产 / AESC 公司 Leaf 叠片式动力电池 (3 8V 33 1Ah) 组成及成本分析参数用量数值正极材料 - LMO 231 7g 100mAh / g(70% ) 正极材料 - LNO 49 7g 200mAh / g(30% ) PVDF - 12% NMP 比例 158 1g PVDF 正极总量的 6Wt% 碳黑 15 8g 正极总量的 5Wt% 负极 - 包覆天然石墨 120 4g 330mAh / g 负极 - PVDF12% NMP 52 8g 黏合剂负极量的 5Wt% 电解质 120g EC + DEC + LiPF6 Al / PP 复合膜 0 12m 2 261mm 216mm 2 其他部件 - 极耳 2 个铝箔 0 72m 2 217mm 196mm 17 片铜箔 0 43m 2 220mm 199mm 18 片 PP 单层隔膜 + 单层涂层 0 95m 2 229mmx202mmx34 张每瓦时材料成本 0 21 美元 / W h( 或约 1 3 元人民币 / W h) 表 6 丰田公司 Prius 插电式电动车圆柱形动力电池 (3 7V 20Ah) 组成及成本分析参数用量数值正极材料 - NCM g 155mAh / g(70% ) PVDF - 12% NMP 比例 38g PVDF 正极总量的 3Wt% 碳黑 15 2g 正极总量的 10Wt% 负极 - 软碳 + MAGX 14 9g g 330mAh / g MBS / CMC 3 9g 黏合剂负极总量的 5Wt% 053

14 新能源汽车蓝皮书续表参数用量数值电解质 75g PC + DMC + LiPF6 铝壳体 1 个上盖 1 个其他部件 - 极耳 2 个铝箔 0 41m 2 130mm 3000mm 铜箔 0 43m 2 130mm 3300mm PE 多层隔膜 + 陶瓷涂层 0 9m 2 135mm 3500mm 2 每瓦时材料成本 0 32 美元 / W h( 或约 2 元人民币 / W h) 此外, 美国特斯拉 Model S 的动力电源由 6381 只电池组成, 其标称容量为 3 4Ah 电源模块设计为 9 串 69 并, 然后由 11 个模块串联构成完整动力电源, 其总能量输出接近 85kW h 若选取标称容量为 2 6Ah 电池, 则能量输出即为约 65kW h, 价格也随之降低特斯拉选择的上述两档电池都具有较高的比能量, 其中 2 6Ah 圆柱单体电池比能量已超过 200W h / kg, 而 3 4Ah 电池则进一步提升到 250W h / kg 及以上三我国动力电池产业发展概况与趋势分析 ( 一 ) 我国动力锂离子电池产业发展现状 1 动力锂离子电池产业发展概况近年来, 我国动力锂离子电池产业呈现加快发展的态势, 车用动力电池产业化投入急剧增长, 生产配套能力显著增强, 截至 2013 年年底, 中国动力锂离子电池企业数量超过 100 家, 锂离子动力电池产能达 40 亿 Ah 1, 以比亚迪万向力神比克 ATL 等为代表的动力电池企业正快速成长, 通过开展合资合作走出去自主创新等方式, 不断增强综合竞争力但由于新 1 赛迪顾问 : 2013 年全球锂电池市场中日韩三分天下, OFweek 锂电网, 2014 年 5 月 29 日 054

15 动力电池发展现状及展望能源汽车市场推广应用效果不佳, 多数动力电池企业财务状况仍不乐观而且, 随着国际动力电池企业布局我国市场步伐逐渐加快, 我国本土动力电池企业正面临更为严峻的挑战整体看, 2013 年我国车用动力电池产业主要呈现以下特点一是产业规模持续扩大, 全球市场份额稳步提升 2013 年, 我国锂离子电池总产量达 337 亿 W h, 同比增长 14% ; 销售收入超过 650 亿元, 同比增长 5% 其中, 智能手机平板电脑等移动智能终端市场大幅增长, 带动消费型锂离子电池市场稳步上升, 销售收入同比增长 15% ; 动力锂离子电池市场增长 30%, 销售收入达 40 亿元在全球锂离子电池市场份额方面, 我国锂离子电池产品占全球市场份额比例从 2012 年的 26 9% 上升至 2013 年的 30%, 与韩国日本构成世界三强, 全球锂离子电池市场份额呈现中韩日三分天下的局面二是关键材料国产化进程加快, 生产设备市场形势向好锂离子电池 4 大关键材料国产化水平不断提高 2013 年, 我国锂离子电池正极材料产量 4 5 万吨, 同比增长 25% ; 负极材料产量 3 5 万吨, 同比增长 20% ; 电解液产量 2 9 万吨, 同比增长 20% ; 隔膜产量 2 65 亿平方米下游市场增长带动地方政府支持增大及电动汽车应用提速等因素, 激发锂离子电池生产企业投资扩产, 带动锂离子电池生产设备需求增长 2013 年, 锂离子电池设备销售收入达 40 亿元, 同比增长超过 30% 三是政策聚焦关键原材料, 加强国产化政策引导 2013 年 10 月, 财政部将 2013 年拟支持的新材料研发及产业化项目名单进行公示, 涉及电池方面的项目均为隔膜项目, 分别为河北金力新能源材料科技有限公司动力电池用高安全耐热隔膜项目乐凯集团有限公司高性能锂离子电池隔膜研发产业化及在动力电池上的示范应用项目青岛海霸能源集团有限公司年产 4000 万平方米高性能锂离子电池湿法 PE 膜项目 12 月, 国务院关税税则委员会将电动汽车用镍氢蓄电池单体 ( 容量 6Ah, 比功率 1000W / kg) 进口暂定税率由 6% 提高到 8%, 镍氢蓄电池系统 ( 包含蓄电池模块容器盖冷却系统管理系统等, 比功率 700W / kg) 进口税率由 8% 提高到 10%, 通过关税的提高以推动相关产品国产化 055

16 新能源汽车蓝皮书四是动力电池和汽车联系更加紧密 2013 年 12 月 23 日, 由中国汽车工业协会召集的推进汽车动力电池发展座谈会暨组建汽车动力电池研究院签字仪式在北京中国科技会堂举行, 一汽东风上汽长安北汽广汽华晨等七家整车生产企业, 以及北京有色金属研究总院天津力神共同发起成立国联汽车动力电池研究院 2013 年, 中国汽车技术研究中心牵头发起成立了新能源汽车和动力电池产业联席会, 对我国动力电池的技术进展和产业发展进行跟踪, 并整合政策研究检验测试标准制定等环节业务, 对我国动力电池产业进行全方位研究和服务, 为政府决策和行业发展提供必要支持这两家机构都是以汽车行业相关机构发起成立的, 汽车行业对动力电池的介入更加深入, 联系更加紧密五是动力锂电投资持续高涨, 产能进一步过剩 2013 年, 中国动力电池投资规模继续加大, 据不完全统计, 已经正式开工的动力电池投资项目或正式投产项目多达 12 项, 涉及投资金额 ( 含计划 ) 超过 150 亿元, 产品包括动力电池单体隔膜正极材料等多个方面其中, 外资企业芬兰欧洲电池美国波士顿电池韩国三星 SDI 开始进军中国动力电池市场, 韩国 SK 继续加大中国电池投资力度 ; 国内电池龙头企业力神比克等也加大电池投资力度, 纷纷扩张产能中国新能源汽车市场当前仍处于起步阶段, 大量的动力电池投资导致产能急剧增长, 行业竞争将会更加激烈六是外资企业进入步伐加快, 本土企业面临竞争压力增大 2013 年以来, 外资企业进入中国动力电池行业步伐加快典型案例包括美国波士顿电池江苏溧阳工厂正式投产, 一期投资金额达 1 2 亿美元 ; 韩国 SK 与北京电控北汽集团合资成立电池模组生产线, 落户北京, 总投资达 6 4 亿元 ; 韩国三星 SDI 动力电池项目落户西安高新区, 总投资约 6 亿美元, 计划 2015 年投产外资动力电池企业凭借资金优势和技术优势, 加紧在中国布局动力电池, 本土动力电池企业将面临更加激烈地竞争, 经营压力将进一步增大 2 典型动力电池产品技术水平与应用分析在国家科技部 863 计划的大力支持下, 我国动力电池的技术水平有了很大提升, 研发的 10Ah 混合动力汽车用功率型锂离子动力电池样品, 功率密 056

17 动力电池发展现状及展望度达 4500W / kg; 研发的 50Ah 纯电动汽车用高能量型磷酸铁锂动力电池样品, 能量密度接近 140W h / kg; 研发的 25Ah 纯电动汽车用富锂层状锰酸锂动力电池样品, 能量密度达 160W h / kg; 研发的 25Ah 纯电动汽车用锰酸锂和镍钴锰混合材料动力电池样品, 能量密度达 162W h / kg 在锂离子动力电池产业化方面, 掌握了动力电池的配方设计结构设计和制造工艺技术, 生产线逐步从半自动中试向全自动大规模制造技术过渡, 批量生产的 20Ah 能量型磷酸铁锂动力电池能量密度达 127W h / kg, 批量生产的 200Ah 能量型磷酸铁锂动力电池能量密度达 108W h / kg, 批量生产的 8Ah 功率型锰酸锂动力电池的能量密度达 107W h / kg, 在系统集成技术和能力方面取得较大进展和突破, 磷酸铁锂动力电池系统的比能量超过了 90W h / kg, 循环寿命超过了 1000 次锂离子动力电池产业化技术水平已经具备支撑电动汽车开展大规模商业化运行的技术和产业条件随着技术进步和新能源汽车推广规模不断扩大, 动力电池的成本正逐步下降总体看, 我国锂离子动力电池单体的技术水平与国际基本处于同一水平, 但电池成组技术电池集成技术水平不高, 电池技术面向应用研究与开发工作相对薄弱, 产业技术创新能力不足, 产品标准化工作应进一步加强 ( 见图 8 表 7) 图 8 我国电动车用动力锂离子电池的综合性能水平及其与美日同类电池的比较 057

18 新能源汽车蓝皮书表年我国 863 能量型动力磷酸铁锂 / 石墨锂离子电池的新进展 50Ah LFP 锂离子电池最终目标单位 2013 年目标实际结果标称电压 3 2 V 标称容量 50 Ah 比功率 650 W / kg 比能量 140 W h / kg 容量保持率,28d 储存 90 % 90% > 97% 循环寿命 3000 次 % 在 1200 次安全性符合国家标准要求通过测试下面重点介绍比亚迪电池力神电池的 2013 年以来的技术进展与应用情况 (1) 比亚迪锂离子电池产品比亚迪的动力锂离子电池产品系铝壳方形电池设计, 虽然单体电池比能量不高, 但是比功率均超过 2000W / kg, 有利于满足车辆加速和提供高的辅助功率及刹车制动能量回收等要求表 8 列出了比亚迪动力锂离子电池产品基本参数与生产现状表 8 比亚迪电动车用动力锂离子电池产品型号及其基本参数型号 C20 C11 C19 C12 C16 尺寸 (mm) 标称容量 (Ah) 标称电压 (V) 比能量 (W h / kg) 比功率 (W / kg) 重量 (kg) 壳体材料铝铝铝铝铝生产状况规模生产规模生产规模生产规模生产 2014 一季度近年来, 比亚迪通过生产技术不断改进与完善, 其产品性能及质量水平得到不断提升, 产品具有长的循环寿命 (45 下依然保持较高的循环寿命 ), 058

19 动力电池发展现状及展望良好的温度特性 ( - 10 下可充电, 0 充电获得 80% 额定容量, - 30 下放电获得超过 90% 的额定容量 ) 及安全性 ( 通过了标准规定的所有滥用实验 ) 等比亚迪电池产品已经用于 K9 纯电动公交车 e6 纯电动轿车 F3DM 以及秦等新能源汽车产品由 F3DM 发展至秦, 电池总能量由 16kW h 降至 13kW h, 重量与体积降低了一半, 比能量分别由 66 6W h / L 和 72 7W h / kg 提升至 120W h / L 和 131 6W h / kg, 提升非常显著 ( 见表 9) 表 9 比亚迪秦所用动力锂离子电池主要参数参数 F3DM 秦单体电池容量 (Ah) 50 26A 电池包尺寸 (mm) 单体电池数体积 (L) 重量 (kg) 总能量 (kw h) 标称电压 (V) 电池形状 (2) 力神锂离子电池产品力神电池股份有限公司是国有股份制大型锂离子电池企业, 也是最早涉及动力电池开发与生产配套的企业之一 2013 年力神动力电池年产能已达 32 亿 W h, 其主要动力电池产品涵盖了 HEV PHEV EV 和电动自行车应用的产品型号其中, 7 5Ah 铝壳方形功率型动力电池是已经规模生产与应用的磷酸铁锂 (LFP) 电池 ( 见表 10) 059

20 新能源汽车蓝皮书表 10 力神已生产的动力锂离子电池产品型号与基本参数型号电压 (V) 容量 (Ah) 尺寸 T W H (D H,mm) 正极材料应用 LP NCM E - bike LP LFP HEV LP LFP EV / E - bike LP LFP EV LP LFP EV LP LFP PHEV LP LFP EV LP LFP EV LP LFP EV LP LFP EV LR1865EC D = 18 H = 65 LFP EV LR1865SD D = 18 H = 65 NCM + LCO EV PP NCM PHEV PP NCM PHEV PE NCM EV 此外, 力神公司的能量型 LFP 正极 / 石墨负极锂离子电池也已投入规模生产与应用, 并应用于纯电动轿车及城市公交车辆到 2013 年年底采用力神电池的天津市城市公交纯电动巴士已实现安全运行 699 天 ; 累计服务车次达 6 万次, 运行总里程已超过 366 万公里, 累计充电电量为 540 万 kw h 其中, 累计正向电量为 516 万 kw h, 累计回馈电量有 137 万 kw h, 其能耗比为 1 48kW h / km ( 正向电量 / 运行里程 ), 一年的模组容量衰减约 3% ( 采用了主动均衡模式, 电池的一致性表现良好 ) 2013 年, 力神在原 LFP 电池技术基础上, 开发出采用 NCM 正极的高性能能量型动力电池产品, 以及针对启停微混车辆配套的钛酸锂 (LTO) 负极功率型动力电池产品, 如表 11 所列力神电池的 5 5Ah 铝壳方形电池与 6 5Ah 软包装电池采用了三元 NCM 正极材料, 负极采用软碳材料, 使电池电压提升为 3 6 ~ 3 65V, 比能量分别提升至 85W h / kg 和 110W h / kg, 而电池比功率保持在 4000W / kg 的高位上如果这类电池能够满足使用寿命与安全要求, 将具有较大竞争力 16Ah 电池 060

21 动力电池发展现状及展望表 11 力神开发与生产的启停微混用功率型电池产品主要性能参数 HEV 微混启停应用方形电池方形电池软包装电池圆柱形电池单体电池形状与尺寸 (mm) 标称容量 (Ah) 标称电压 (V) 比功率 (W / kg) 比能量 (W h / kg) 生产状态批量生产供货提供样品提供样品提供样品采用了钛酸锂负极, 电池电压下降至 2 5V, 但保留了极高的比功率特性, 适用于启停系统或轻混 48V 电源系统的单体电池产品同时, 2013 年力神也研制出一款 EV 用 3 2Ah 电池, 采用富镍三元材料 NCA 为正极材料, 4 2V 体系, 能量密度达 670W h / L 240W h / kg 该电池仅低于特斯拉纯电动车使用 3 4Ah 的电池 ( 松下公司 NCA 正极的锂离子电池 ) 3 动力电池材料发展概况 2013 年, 我国锂离子电池产业发展中具有重要推动作用的是材料国产化发展加速, 一些大型材料企业正在逐步发展起来, 我国动力电池的产业化发展已经有了基本的材料国产化支撑, 一旦市场形成与需求增大, 也将进一步推动我国材料产业的加速扩展 (1) 正极材料生产企业 : 天津巴莫 ( LCO NMC) 北京当升 ( LCO NMC) 北大先行 (LCO NMC) 中信国安盟固利 ( LCO LMO) 湖南瑞祥 (LCO NMC LMO) 杉杉 (LMO NMC) 浙江金和 (NMC) BYD (LMO 061

22 新能源汽车蓝皮书 LFP) Aleese (LFP) 斯特兰 (LFP) 等其中, 一些公司已经批量供应给大型国外锂离子企业, 如三星索尼 LG 等 (2) 负极材料生产企业 : 深圳 BTR ( 改性天然石墨 MCMB Si 碳复合材料等 ) 和杉杉 (MCMB) 成都兴能等其中, BTR 已经成为世界最大的天然石墨负极材料供应商 ; 此外, 成都兴能的 LTO 负极已经形成规模生产, 其产品性能得到诸多用户评价或应用认可 (3) 电解质生产企业 : 国泰华荣广东天赐杉杉新宙邦多氟多天津金牛等已经成为世界知名锂离子电池电解质供应商 ; 特别是到 2013 年年底, 我国锂离子电池电解质中的关键材料 LiPF6 已实现大规模产业化生产, 其中河南多氟多 LPF6 材料, 不仅实现了规模量产, 而且保障了产品的质量优异河南多氟多在 LPF6 材料典型测试数据显示, 其主含量达 99 98% ( 行标 : 99% ); DMC 不溶物 : 144ppm ( 行标 : 1000ppm); 水含量 : 0 7ppm ( 行标 : 20ppm); 游离酸 ( HF): 74ppm ( 行标 : 150ppm) 等国产 LiPF6 具有明显的市场价格优势, 国内 LPF6 售价约为 50 ~ 120 元 / kg ( 或 8 ~ 20 美元 / kg), 而国外材料价格约 12 ~ 30 美元 / kg (4) 隔膜生产供应企业 : 三家最大的隔膜企业是广东氟塑深圳星源和河南中科, 其他新的生产企业也在建设中 ( 二 ) 我国动力氢镍电池产业现状我国氢镍电池产业规模较小, 相关电池企业数量仅有几十家, 其中涉及动力电池的主要有湖南科力远江苏春兰湖南神舟及上海万宏等企业此外, 山东淄博国利公司正在生产公交车用的电容电池也是基于镍氢电池技术发展起来的湖南科力远于 2011 年收购了日本的湘南 CORUN ENERGY 株式会社日本的湘南 CORUN ENERGY 株式会社原给丰田普锐斯配套目前, 湘南 CORUN ENERGY 株式会社的生产依然有序进行, 已销售 17 万套车用氢镍动力电池, 并取得了盈利而湖南科力远下属企业湖南科霸汽车动力电池有限责任公司生产的方形氢镍电池, 已为上海华普和一汽集团配套江苏春兰集团开发与生产容量为 8 ~ 100Ah 氢镍电池, 主要配套于混合动 062

23 动力电池发展现状及展望力城市客车, 且达到规模化生产和商业化应用其电池 P / E 比值适中, 能量密度为 60 ~ 70W h / kg, 功率密度为 1200 ~ 1500W / kg, 可进行 10 ~ 30C 的放电倍率, 具有较好的低温放电特性, 在 - 40 的环境温度下放电容量在 85% 以上上海万宏生产圆柱形氢镍电池, 系由中科院微系统所提供技术支持, 为混合动力轿车及客车配套其产品包括客车用 30 Ah 氢镍动力电池, 客车用 42Ah 氢镍动力电池轿车用 6 5Ah 氢镍动力电池装载 36V - 17Ah 氢镍储能系统的别克君越混合动力轿车无故障运行 3 7 万 km, 节油率为 23%, 高于美国原装电池 50% ; 336V - 30Ah 氢镍储能系统在长春 362 路公交线上无故障运行 5 万 km / 10 个月, 一汽集团开始批量采购此外, 湖南神舟科技公司于 2000 年成立, 主要产品为 6 5 ~ 80Ah 的方形塑壳, 曾向东风汽车提供电池产品, 应用早期运营的城市电动公交车从镍氢电池产业配套能力看, 我国具有了向 HEV 车辆提供高功率氢镍电池产品的配套能力 ( 三 ) 我国铅酸电池产业发展现状近二十年来, 得益于汽车通信牵引车辆等的市场快速增长需求, 我国铅酸蓄电池产业得到迅速发展, 销售额已经达 1000 亿元人民币, 在我国电池产业中所占比例最高我国政府于 2012 年启动了铅酸电池生产准入制度准入管理主要成效是 : 1 促进了铅蓄电池行业的产业结构调整 ; 2 提高了铅蓄电池企业的工艺装备自动化水平 ; 3 通过审核的企业淘汰了手工分捡刷板手工称板手工包板等落后工艺和装备, 铅尘污染状况得到显著改善 ; 4 通过审核企业铸板分刷板和化成工序实现相对独立和封闭, 实现负压操作, 铅烟铅尘和酸雾得到有效控制, 为扩大汽车行业的应用领域提供了条件从技术上看, 我国阀控式铅酸电池技术发展从无到有, 通过自主开发和引进技术, 在我国已形成了一个独特的铅酸电池分支产业群 ( 见表 12) 目前, 阀控式电池除已广泛应用于通信电力不停电电源 (UPS) 与机车外, 也已经成为电动自行车与微型 / 低速电动汽车的动力电池近年来, 为适应微混车 063

24 新能源汽车蓝皮书辆 ( 特别是启停系统应用 ) 的发展需要, 传统启动型铅酸电池技术正在不断改进提升中, 包括在阀控式铅酸电池技术基础上, 开发了满足微混车辆需求的 AGM 技术与产品, 还开发了超级电池技术 ( 铅碳等 ) 卷绕式电池技术等, 涉及的主要企业包括风帆股份有限公司双登公司和浙江南都等表 ~ 2013 年我国铅酸电池产量与铅消耗量统计年度铅酸电池产量 ( 万 kvah) 铅消耗量 ( 千吨 / 年 )

供充放一体电源及充电电源手册_0_.doc

供充放一体电源及充电电源手册_0_.doc 2010. 05 供充放一体电源及充电电源适用于铅酸电池锂电池镍氢电池实现不间断供电采用自动均 / 浮充恒流 / 恒压零电流 -ΔV 检测 / 涓充 / 滴充技术提供各种保护显示各种工作状态目录 SCD 供充放一体电源 ( 锂电池系列 )-----------1 SCD 供充放一体电源 ( 铅酸电池系列 )----------3 C 充电电源 ( 镍氢电池系列 )-------------------------5