解析：影響動(dòng)力鋰電池使用壽命的因素
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-18 13:44
點(diǎn)擊量：次
動(dòng)力電池在擱置不使用的條件下，會(huì)由于電池本身的性質(zhì)發(fā)生自放電、正負(fù)極材料鈍化、電解液分解等情況。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明負(fù)極SEI性能不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致負(fù)極活性材料快速衰退，并
容易產(chǎn)生鋰金屬析出，而形成穩(wěn)定SEI膜的鋰電池可以在高溫條件下儲(chǔ)存超過4年，同時(shí)不同的電解液組份對(duì)電極材料的衰退影響程度不同。
單體的不一致性對(duì)動(dòng)力電池組的影響
電池單體的不一致性主要是在制造過程中產(chǎn)生，由于工藝水平使電池極板厚度、微孔率、活性物質(zhì)的活化程度等存在微小差別。這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的不一致性就會(huì)使同一批次出廠的同一型號(hào)電池的電壓、容量、內(nèi)阻等不可能完全一致。單體電池的不一致性對(duì)動(dòng)力電池組使用壽命的影響分為電壓的不一致性、容量的不一致性以及內(nèi)阻的不一致性。
在單體電池成組的過程中，如果電壓的不一致性較大，會(huì)造成低壓電池與正常電池一起使用時(shí)成為電池組的負(fù)載。因?yàn)楫?dāng)并聯(lián)的兩節(jié)電池中存在低壓電池，那么會(huì)發(fā)生互充電現(xiàn)象，其他電池將會(huì)給該電池充電。這種連接方式會(huì)使得低壓電池的容量小幅度增加而高壓電池容量大幅度減少，能量損耗在互充電上達(dá)不到理想的對(duì)外輸出。
初始容量不一致在電池成組前經(jīng)過篩選已經(jīng)大大減小，在使用過程盡管可以通過電池單體單獨(dú)充電方式來平衡單體電池初始容量的不同。但電動(dòng)汽車的連續(xù)充放電循環(huán)過程使得這種不一致性在某種程度上會(huì)放大，容量隨循環(huán)的衰減速度不同，隨著電池循環(huán)次數(shù)的增加，容量的差異就會(huì)越來越大。這樣會(huì)使得單體電池的容量加劇衰減帶動(dòng)整個(gè)電池組的容量衰減。
內(nèi)阻的不一致性使得單體電池在電池組內(nèi)的電壓電流分配不均，局部出現(xiàn)過壓充電或欠壓放電。內(nèi)阻的不一致性還會(huì)使單體電池在放電過程中熱量的損失不等，內(nèi)阻越大則溫度升高的速度越快，有可能最終造成熱失控。
電壓、容量、內(nèi)阻等各類不一致性導(dǎo)致電池單體壽命與電池組壽命出現(xiàn)差異，主要表現(xiàn)在溫度差異、充放電倍率差異、放電深度差異和可用容量差異上。比如放電深度的差異，由于電池單體初始容量的差異，大部分電池還處于淺放電的狀況下，低容量的電池單體已經(jīng)深度放電。
影響動(dòng)力電池組壽命的因素較多且相互作用，致使電池組性能容易出現(xiàn)比較嚴(yán)重的衰退，尤其在高溫低溫或過充放電這類條件下并缺乏有效的管理和控制時(shí)，電池組的性能將進(jìn)一步衰退。另外，大量單體電池的串聯(lián)與并聯(lián)使得容量和性能較差的某個(gè)單體限制了整個(gè)電池組的性能，進(jìn)而限制了電池組的充分使用。
近三年，隨著國家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的扶持，推動(dòng)了我國動(dòng)力鋰電池迅速發(fā)展。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2018年國內(nèi)新能源汽車銷量為125.6萬輛，同比增長61.7%。其中，2018年純電動(dòng)車的銷量將近98萬輛。新能源汽車銷量逐年增長，對(duì)于動(dòng)力鋰電池的需求量也在不斷擴(kuò)張。在國家政策的驅(qū)動(dòng)下，新能源汽車有著廣闊的發(fā)展前景，而作為核心部件的動(dòng)力鋰電池必將迎來發(fā)展的大好良機(jī)。
下游需求的擴(kuò)張利好，我國動(dòng)力鋰電池總裝機(jī)量增長，根據(jù)OFweek統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018年我國動(dòng)力鋰電池總裝機(jī)量達(dá)到56.37GWh。
細(xì)分新能源汽車具體類型的動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量情況來看，純電動(dòng)乘用車是目前拉動(dòng)動(dòng)力鋰電池需求的主要引擎，2018年純電動(dòng)乘用車動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量達(dá)到30.66GWh，同比增長135.4%，占動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量整體比的53.3%；而混合動(dòng)力客車受補(bǔ)貼政策影響，2018年裝機(jī)量同比減少57.5%。隨著新能源汽車市場(chǎng)化程度提升，消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車的認(rèn)可度不斷提高，我國動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量發(fā)展良好。
行業(yè)洗牌格局激烈，進(jìn)一步向龍頭企業(yè)集中
2018年6月開始實(shí)行的《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策的通知》通過補(bǔ)貼措施表明了對(duì)新能源汽車電池能量密度的更高要求，低端鋰電產(chǎn)能過剩逐步被淘汰。目前，我國動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)的集中度已非常高，2018年我國動(dòng)力鋰電池前十名企業(yè)的裝機(jī)量達(dá)到整體的83.16%，而前二十名更是高達(dá)92.1%，這意味著排名在二十名后的動(dòng)力鋰電池企業(yè)實(shí)際上已被邊緣化，行業(yè)洗牌格局劇烈，產(chǎn)業(yè)鏈公司迎來一場(chǎng)“大浪淘沙”的篩選。
從2018年我國動(dòng)力鋰電池行業(yè)裝機(jī)量企業(yè)結(jié)構(gòu)來看，寧德時(shí)代（300750）占了41.21%，裝機(jī)量達(dá)到23.23GWh，同比增長133%；排在第二的是比亞迪（002594），占了20.33%，裝機(jī)量達(dá)到11.46GWh，同比增長109%；第三名是國軒高科（002074），占5.32%，裝機(jī)量為2.99GWh。我國動(dòng)力鋰電池行業(yè)高端產(chǎn)品之間的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在國內(nèi)僅有的幾家企業(yè)與國外企業(yè)之間，屬于壟斷競(jìng)爭(zhēng)格局。隨著我國政策對(duì)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)品提出更高的要求，市場(chǎng)份額將進(jìn)一步向頭部企業(yè)集中。
受新能源補(bǔ)貼政策影響，技術(shù)要求逐步提升
動(dòng)力鋰電池可按電解質(zhì)材料、電池外形、外包材料、正/負(fù)極材料以及性能用途進(jìn)行劃分，其中目前最主要的是以正極材料作為劃分動(dòng)力鋰電池產(chǎn)品的依據(jù)，因?yàn)檎龢O材料是電池中鋰離子之源，其性能直接關(guān)系到電池性能，是鋰電能量密度的基礎(chǔ)，是動(dòng)力鋰電池中最關(guān)鍵的功能材料。動(dòng)力鋰電池按正極材料分類，主要有三元鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰這四種，對(duì)應(yīng)的負(fù)極材料一般都是石墨。
2018年，我國動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量按正極材料分類，三元鋰電池的裝機(jī)量占比最高，達(dá)59%，首次超越磷酸鐵鋰電池，在總裝機(jī)量中占比超過一半；其次是磷酸鐵鋰電池，占比為38%；而錳酸鋰和鈦酸鋰電池二者合計(jì)3%。
細(xì)分新能源汽車具體類型的動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量情況來看，2018年我國新能源乘用車的裝機(jī)電池中，三元鋰電池占新能源乘用車動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量的90.42%，而磷酸鐵鋰電池占9.54%，錳酸鋰電池和鈦酸鋰電池幾乎沒有占據(jù)份額；但在新能源客車的裝機(jī)電池中，磷酸鐵鋰占新能源客車動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量高達(dá)93.25%，錳酸鋰電池和鈦酸鋰電池分別占3.99%和2.76%，三元鋰電池則為0，則是因?yàn)槲覈L期以來對(duì)三元鋰電池裝機(jī)新能源客車的限制，雖然目前目前我國政府已取消了這種限制，但在實(shí)踐中出于安全考慮，國內(nèi)所有的客車仍未敢使用三元鋰電池。而在專用車的裝機(jī)電池中，主要為三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池平分。
三元鋰電池的發(fā)展勢(shì)頭之所以如此迅猛，背后靠的是國家對(duì)新能源汽車補(bǔ)貼政策的不斷調(diào)整變更的因素。對(duì)比2017年新能源汽車補(bǔ)貼政策，2018年補(bǔ)貼在乘用車方面不僅重新劃分了續(xù)駛里程區(qū)間，還對(duì)動(dòng)力電池的能量密度通過系數(shù)變化和調(diào)檔的方式提出更高的要求，對(duì)于百公里電耗量系數(shù)也分檔進(jìn)行劃分，同時(shí)，電池能量密度系數(shù)可以與百公里電耗系數(shù)疊加。
磷酸鐵鋰電池曾是中國新能源汽車市場(chǎng)上的主流，雖然其充放壽命長，但電池系統(tǒng)的能量密度只在100Wh/kg左右，而三元鋰電池能量密度最高能達(dá)到330Wh/kg，隨著消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的需求不斷提高，且具有電池能量密度優(yōu)勢(shì)的三元鋰電池預(yù)計(jì)將進(jìn)一步取代磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)。
