新能源汽車(chē)電池

在過(guò)去的幾年里，隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)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(chē)的核心部件當(dāng)屬汽車(chē)動(dòng)力電池，也就是新能源汽車(chē)的能量來(lái)源，直接決定了汽車(chē)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(chē)和商用車(chē)領(lǐng)域都是主導(dǎo)應(yīng)用，目前乘用車(chē)電池以三元為主，商用車(chē)電池以磷酸鐵鋰電池為主。

新能源電池的分類(lèi)

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(chē)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(chē)，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(chē)不可能擁有良好的車(chē)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(chē)所用電池體系中唯一被實(shí)際驗(yàn)證并被商業(yè)化、規(guī)?；碾姵伢w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(chē)動(dòng)力電池廠(chǎng)商主要有日本的PEVE和 Sanyo，PEVE占據(jù)全球Hybrid動(dòng)力車(chē)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(chē)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(chē)已經(jīng) 在示范運(yùn)行，他們采用的也都是鎳氫電池，不過(guò)電池主要向國(guó)外采購(gòu)，國(guó)內(nèi)鎳氫電池在汽車(chē)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(chē)上作為動(dòng)力電池則存在較大的問(wèn)題。目前，越來(lái)越多的汽車(chē)廠(chǎng)家選擇采用鋰電池作為新能源汽車(chē)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(wú)記憶效應(yīng)；無(wú)污染等。

當(dāng)前許多知名的汽車(chē)制造商都致力于開(kāi)發(fā)動(dòng)力鋰電池汽車(chē)，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(chē)制造商比亞迪、吉利、奇瑞、力帆、中興等車(chē)企也紛紛在自己的混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(hù)對(duì)電池的安全性提出了非常高的要求。汽車(chē)動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)方面，由于汽車(chē)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(guò)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(chē)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(shuō)，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(lái)。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(chǎng)”。

最有望用于汽車(chē)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(guò)催化劑（鉑）的作用，氫原子中兩個(gè)電子被分離出來(lái)，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(guò)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(guò)燃燒過(guò)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(chē)電池突破（動(dòng)力電池）

“在過(guò)去一年里，電動(dòng)汽車(chē)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(chē)百人會(huì)召開(kāi)釣魚(yú)臺(tái)論壇前夕，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)理事長(zhǎng)陳清泰在接受21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者采訪(fǎng)時(shí)表示。

高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變的主要表現(xiàn)為：正向開(kāi)發(fā)幾乎完全取代了逆向開(kāi)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(chē)在用戶(hù)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(chē)、豪華品牌。

同時(shí)，當(dāng)全球主要汽車(chē)企業(yè)爭(zhēng)先恐后地公布向電動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)型時(shí)，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)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?xún)r(jià)比將超燃油車(chē)

2017年，1-11月份我國(guó)新能源車(chē)?yán)塾?jì)銷(xiāo)售60.9萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)51.4%，距離完成70萬(wàn)輛的年度目標(biāo)僅一步之遙。有專(zhuān)家預(yù)測(cè)，12月的銷(xiāo)售數(shù)據(jù)還沒(méi)有出來(lái)，不過(guò)2017年新能源汽車(chē)總銷(xiāo)量可能超過(guò)80萬(wàn)輛。

“電動(dòng)汽車(chē)再往前發(fā)展要跨越一個(gè)臨界點(diǎn)，就是電動(dòng)車(chē)的性?xún)r(jià)比達(dá)到和超過(guò)燃油車(chē)，如果跨過(guò)了這個(gè)坎，電動(dòng)車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)自身要通過(guò)輕量化、節(jié)能化提高性?xún)r(jià)比；其次，產(chǎn)品技術(shù)要雙線(xiàn)作戰(zhàn)，其中一條戰(zhàn)線(xiàn)是完善汽車(chē)的行駛功能，另一條戰(zhàn)線(xiàn)則是將智能網(wǎng)聯(lián)和共享化應(yīng)用到新能源汽車(chē)上；第三，自動(dòng)駕駛是爭(zhēng)奪未來(lái)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(chē)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(chē)公司，從跟隨到影響全球，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正在走出了一條由汽車(chē)大國(guó)邁向汽車(chē)強(qiáng)國(guó)的道路。

“要在電動(dòng)汽車(chē)上真正在全球站住腳，或者干出我們的特色，要是完全依賴(lài)電動(dòng)化也是沒(méi)戲的，很難比傳統(tǒng)汽車(chē)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(huà)，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(chē)行業(yè)，要分享這塊蛋糕，改變傳統(tǒng)汽車(chē)的基因?！标惽逄┱f(shuō)。

不過(guò)，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高強(qiáng)調(diào)，雖然電動(dòng)汽車(chē)的核心技術(shù)通常來(lái)說(shuō)是電池、電機(jī)、電控，然而對(duì)整車(chē)廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，它們更多地是做品牌、技術(shù)、營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)的集成。

相比傳統(tǒng)汽車(chē)，這一點(diǎn)在電動(dòng)車(chē)上體現(xiàn)尤為明顯，而我國(guó)車(chē)企與國(guó)外車(chē)企差距更多的是表現(xiàn)在綜合電耗上?！叭债a(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(chē)企和他們的差距還是比較大的?！睔W陽(yáng)明高告訴記者。

動(dòng)力電池比能量突破很大

歐陽(yáng)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(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(guò)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(guò)鋰離子電池的核心是安全性?！睔W陽(yáng)明高表示，在新能源汽車(chē)專(zhuān)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(guò)；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(wú)幾。

但我國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展并不均衡。歐陽(yáng)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(lèi)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(méi)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?xún)纱髥?wèn)題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負(fù)極電池還沒(méi)有成熟，但是以無(wú)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?xún)?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?xún)?nèi)。

“2025年，具備一般性?xún)r(jià)比的純電動(dòng)轎車(chē)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?xún)r(jià)比車(chē)型，續(xù)航里程應(yīng)該可以達(dá)到500公里以上?！睔W陽(yáng)明高稱(chēng)。

汽車(chē)電池技術(shù)最新突破

前不久美國(guó)菲斯科汽車(chē)發(fā)布的一則專(zhuān)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(chē)的續(xù)航能力提升到804公里，并且能在2020年通過(guò)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(shuō)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(lái)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(chē)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(lái)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(chē)普及的核心難題，新能源汽車(chē)將真正做到殺死汽油車(chē)。