我国电动汽车动力电池技术路线及趋势分析

中国产业研究报告网讯：

    内容提要：目前憐酸铁锂系电池具有优势,三元材料由于其成分中含有線、钴等贵重金属元素,是其未来大规模产业化面临的不确定性因素,钛酸锂系电池则由于其材料的制备工艺条件严格,导致其成本居高不下。正因为如此,在产业化方面,憐酸铁锂系电池目前也走在前面。

    在锂离子电池方面,国内与国外先进水平还有差距,国内的锂离子电池原料、电池单体/组件的生产工艺、电池控制等一些关键技术还有待突破,而且,生产一致性的问题也没有完全解决,电池成组后的稳定性和使用寿命等还存在较大问题。由于担心锂离子电池的稳定性,从“十五”开始,我国在电动汽车研发过程中,并未将锂离子电池作为重点方向,而是选择了镍氢电池。但在锂离子电池领域,中国企业还有机会,因为我国此前大力发展消费电子产品为锂离子电池产业打下了较好基础,有利于向动力电池领域发展,代表企业有比亚迪、万向、力神、比克等。 

    内容选自产业研究报告网发布的《2013-2017年中国电动汽车充电站市场深度调查及发展趋势研究报告》 

    在目前的发展阶段,动力锂离子电池还处于多种材料体系共存的局面其中,憐酸铁锂系电池具有高性能、高安全性、低成本等特点,中国、韩国、欧美等国多以此体系为主,是目前的热点和主流;纯的猛酸锂电池存在高温工作时不稳定,容量易衰减的缺点,但通过对纯的猛酸锂进行改性,开发出了高性能的三元材料,解决了猛酸锂体系存在的问题,日本及部分欧美国家目前选择三元材料体系作为电动汽车主要的动力电池;由日本东芝公司和美国锂电池制造商Altaimano公司开发的以铁酸锂代替传统的石墨负极材料的锂离子电池,具有高功率、安全性好、循环寿命长、适用温度范围宽的优点,成为电动汽车动力电池另一个可能的选择。 

    从成本来看,目前憐酸铁锂系电池具有优势,三元材料由于其成分中含有線、钴等贵重金属元素,是其未来大规模产业化面临的不确定性因素,钛酸锂系电池则由于其材料的制备工艺条件严格,导致其成本居高不下。正因为如此,在产业化方面,憐酸铁锂系电池目前也走在前面。 

    锂离子动力电池发展总的技术路线是:改进和完善现有材料体系、结构设计和生产工艺,不断幵发新型的材料体系,不断提高锂离子电池的各项性能指标。锂离子电池由于其材料体系、结构形式可以灵活选择,并且随着技术的不断发展,不断涌现出新型的锂离子电池,引领着锂离子电池向着高安全性、高能量密度、高功率密度、长循环寿命、低成本的方向发展。目前,已进入产业化初期阶段应用的较成熟的锂离子电池类型主要有猛酸锂系、憐酸铁锂系电池,在材料上,通常都是在纯的猛酸锂、隣酸铁锂的基础上通过掺杂、包覆等手段引入其他元素或物质,从而提高某些方面的性能;在结构形式上,则是通过从传统的硬壳卷绕式电池向软包叠片式电池的转变来提高电池的性能。这些锂离子电池的能量密度已能达到100?200Wh/kg,功率密度达到1000?1500W/kg,单体电池的循环寿命平均达到3000次左右,安全性问题已基本解决,成本也随着规模化的生产而有望逐步降低。更重要的是,还不断有新的材料体系被开发出来,典型的有铁酸锂系锂离子电池,具有更高的功率密度、循环寿命等优点。还有处于理论研究阶段的锂硫电池、锂-空气电池等,其能量密度分别能达到350 Wh/kg和1000 Wh/kg,为更高性能的锂离子动力电池的开发提供了可能的选择。 

    从目前锂离子电池的技术发展水平来看,在五年内,动力电池的性能基本能满足电动汽车的应用要求动力电池成本的问题除了通过降低电池制造成本外,还可通过所谓的电池梯级利用以及废旧电池回收再利用的方式来解决。动力电池梯级利用目前停留在概念阶段,对于电动汽车用过的旧电池能否继续用在其它场合、用在其它场合的效果如何以及怎样才能找到最佳的使用方式,还有待研究。已经存在的一些事实给梯级利用这种方式留下了许多待回答的难题,例如:新电池尚且存在一致性的问题,旧电池的一致性分化规律又会如何;旧电池和新电池的寿命衰减曲线的差异问题;旧电池在其它场合使用前重新检测的标准特别是安全标准的问题;在同一场合使用新电池或旧电池的综合成本评估的问题,等等。废旧电池回收再利用是降低电池使用成本的一个有效的方式,由于动力电池目前还没有进入大规模市场应用阶段,这项技术还没有引起足够的重视。 

    动力电池的充电网络是电动汽车应用的一项基础设施,可采用的技术路线是充、换电的方式,这两种方式基本上己覆盖了动力电池对充电的需求。充电的方式寄希望于能以最快的时间完成对电池的充电,但必须以不显著损伤电池的寿命为前提;换电的方式则可以慢充的方式进行。对于电池这个复杂的体系本身来说,越快速的充电越不利于其寿命,从电池的角度来说,应尽量使用温和的方式对电池进行充电才能长时期的保持其性能的发挥,从充电网络的角度来说,电池性能的突破不会对充电技术路线产生根本性的影响。