動力電池主要為磷酸鐵鋰電池和三元電池嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-14 10:21
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1）新能源汽車快速發(fā)展，整個產(chǎn)業(yè)鏈如同雨后春筍般勢不可擋。新能源汽車三大核心零部件中：電池、電機(jī)、電控，動力電池在整車成本中所占的比例最高，并且動力電池的好壞直接影響著整車的性能。從2014年開始動力電池一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，因此無論國內(nèi)還是國外動力電池巨頭紛紛加大產(chǎn)能的投入。
2）國內(nèi)動力電池主要為磷酸鐵鋰電池或三元電池。三元電池比磷酸鐵鋰電池的能量密度更高、標(biāo)準(zhǔn)電壓更強(qiáng)、電芯占空間更少。同時作為電動車的“心臟”，動力電池的續(xù)航能力也是非常重要的一點(diǎn)。三元電池的續(xù)航里程和儲能強(qiáng)于傳統(tǒng)鋰電池，鋰電池每月衰減3%的電量，而三元電池反復(fù)使用后每月衰減力度僅為1%至2%。
3）動力電池電池包的組成主要包括電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、箱體和電池管理系統(tǒng)(BMS)。通過電池管理系統(tǒng)(BMS)實(shí)現(xiàn)對電芯的管理，以及與整車的通訊及信息交換。BMS作為連接二次電池與用電器之間的重要紐帶，將電池或電池組的監(jiān)測及管理集于一體，從而確保電池或者電池組的安全可靠，并以最佳狀態(tài)輸出動力。BMS可以實(shí)現(xiàn)對電池的實(shí)時監(jiān)控、自動均衡、智能充放電等重要功能，在有效保障電池安全的同時，可以實(shí)現(xiàn)對電池剩余電量的監(jiān)測，是動力電池組中不可或缺的重要部件，對于電動車的正常運(yùn)行意義重大。
BMS對于動力電池而言，最核心的三大功能為電芯監(jiān)控、荷電狀態(tài)(SOC)估算以及單體電池均衡。通過合理設(shè)計(jì)并配置BMS，不僅可以顯著提高動力電池的安全性能，還可以有效提高電池的使用壽命，幅度在20%以上。
4）當(dāng)前動力電池技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，安全問題頻發(fā)的關(guān)鍵原因，除了電池本身設(shè)計(jì)與制造方面的缺陷，更大程度上在于BMS模塊的設(shè)計(jì)缺陷以及工作穩(wěn)定性不佳。目前，動力電池評價主要包括電池單體、BMS、電池系統(tǒng)和外殼四大部分，評價關(guān)注點(diǎn)在于基本性能、循環(huán)性能和安全性能，BMS成為電池評價的重要組成部分。
5）動力電池發(fā)展將走向多元化。動力電池是新能源汽車行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)和核心，掌握了動力電池技術(shù)就等于擁有了新能源汽車發(fā)展的核心優(yōu)勢。市場對電池最關(guān)心的關(guān)鍵指標(biāo)集中在五大方面：安全穩(wěn)定性能、循環(huán)壽命、耐寬溫性、充電速度和能量密度。
6) 鋰電池的技術(shù)進(jìn)步發(fā)展緩慢。目前鋰離子電池在能量密度、高低溫特性、倍率性能上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸、鎳氫電池，但還是難以滿足快速增長的電子產(chǎn)品、電動汽車等的需求。
近些年來，研究人員努力提高鋰電池的能量密度(電量體積容量比)、價值、安全性、環(huán)境影響以及試用壽命，并在設(shè)計(jì)全新類型的電池。但帕瑟里尼表示，現(xiàn)在傳統(tǒng)鋰電池技術(shù)已接近瓶頸，進(jìn)一步優(yōu)化的空間有限。
7) 從目前科研成果來看，采用石墨烯材料的電池的表現(xiàn)比鋰電池要好很多，特別是在電池的動力特性、電容量、壽命等方面。然而，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春對記者說，“目前有關(guān)石墨烯材料的電池的技術(shù)研究大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未達(dá)到實(shí)用化，離大批量生產(chǎn)還有很長的路要走。
8) 目前，隨著電子產(chǎn)品的便攜化發(fā)展，電池也朝小型、輕薄同時兼具高比能量的方向發(fā)展；而對于在電動汽車中的應(yīng)用，高的體積比能量也意味著一定容積的電池可以裝填更多的活性物質(zhì)。因此在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，比之質(zhì)量比能量，體積比能量很多時候更加重要。
9)據(jù)國外媒體報道，英國兩所大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)一種新型超級電容器材料，不僅能將充電時間縮短至10分鐘以內(nèi)，還可將能量密度提高到180Wh/kg，高于目前鋰電池普遍的100-120Wh/kg。今年1月，南京理工大學(xué)格萊特納米科技研究所夏暉教授課題組也發(fā)現(xiàn)了一種可讓超級電容器的電容量提高5-10倍的新材料。
10) 有的科學(xué)家稱，電池技術(shù)可說是一種“混沌的藝術(shù)”。它之所以發(fā)展得那么慢，很大程度上是因?yàn)閹缀趺恳稽c(diǎn)微小的進(jìn)步或改變，都需要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)和測試，以保證安全和穩(wěn)定。即使是發(fā)現(xiàn)了對于提升能量密度很有幫助的材料，都不能保證它真的能用。
11）固態(tài)電池具有發(fā)展的必然性。 固態(tài)電池采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)替換了可燃性的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，大幅提升了電池系統(tǒng)的安全性， 同時能夠更好適配高能量正負(fù)極并減輕系統(tǒng)重量， 實(shí)現(xiàn)能量密度同步提升。在各類新型電池體系中， 固態(tài)電池是距離產(chǎn)業(yè)化最近的下一代技術(shù)，這已成為產(chǎn)業(yè)與科學(xué)界的共識。
12）動力電池是電動汽車的心臟，是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。經(jīng)過十多年的發(fā)展，我國動力電池產(chǎn)業(yè)取得長足進(jìn)步，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。
1.3鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)知識
1）在鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈劃分上，上游是鋰電池材料所需的礦產(chǎn)資源，中游為鋰電池生產(chǎn)廠商，下游則主要是鋰電池配套應(yīng)用領(lǐng)域，目前已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動汽車、工業(yè)儲能等。
2） 在上游鋰電池原材料構(gòu)成上，主要由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜四大部分組成。
3）從鋰電池材料及電芯方面看，正極材料是鋰電池的核心材料。它決定了鋰電池的發(fā)展方向，也決定了電池的安全性能和能量密度大小，正極材料在電池成本中所占的比例在40%以上，因此它也決定了鋰電池成本的高低。
目前已經(jīng)市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。國內(nèi)新能源汽車所用的動力電池，主流的有磷酸鐵鋰和三元材料。磷酸鐵鋰電池以比亞迪為代表，三元材料以特斯拉為代表。
鈷是生產(chǎn)鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的主要原材料之一，中國鈷金屬資源量約為140萬噸，但絕大多數(shù)為伴生資源，品位低生產(chǎn)成本高。中國的鈷資源有一半以上需要進(jìn)口滿足。由于不能掌握鈷資源，中國的鈷酸鋰生產(chǎn)商完全暴露在高鈷價格之下，盈利能力受到很大削弱。
三元正極材料(NCM)結(jié)合了鎳、鈷、錳三種元素的特性，相比傳統(tǒng)正極材料優(yōu)勢明顯。三元材料尤其是NCM 擁有高比容量、高標(biāo)準(zhǔn)電壓、高壓實(shí)密度以及優(yōu)良的低溫性能等優(yōu)點(diǎn)，且隨著摻雜包覆改性和濕法隔膜涂覆的發(fā)展，其原本倍率性能差、熱穩(wěn)定性差、存在陽離子混排等缺點(diǎn)也有望得到解決，未來將逐步替代磷酸鐵鋰、錳酸鋰等傳統(tǒng)正極材料。三元鋰電池將是新能源車未來大趨勢所在，而三元正極材料尤其是國內(nèi)較為主流的NCM 有望率先揚(yáng)帆起航，迎來巨大發(fā)展空間。
4）負(fù)極材料技術(shù)與市場相對均較為成熟，成本比重最低，占10%左右。目前已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于鋰電池的負(fù)極材料基本上都是碳素材料。
目前鈦酸鋰電池正在打破以石墨烯為負(fù)極的傳統(tǒng)電池技術(shù)路線，改以鈦酸鋰為負(fù)極材料，鈦酸鋰電池有著顯著特點(diǎn)，如快速充放電能力強(qiáng)，充電倍率高等。
5）電解液在電池中是作為帶動鋰離子流動的載體，對鋰電池的運(yùn)行和安全性具有舉足輕重的作用。在電解液構(gòu)成中，六氟磷酸鋰是電解液成本占比最大的部分，約占電解液總成本的50%左右。
6） 隔膜占鋰電池成本比重僅次于正極材料及電解液，技術(shù)壁壘最高，目前隔膜在我國的技術(shù)仍需提升突破。國內(nèi)鋰離子電池隔膜生產(chǎn)企業(yè)主要以干法為主，而濕法工藝在熱穩(wěn)定性、與電解液浸潤性及熱收縮性等方面優(yōu)勢明顯，更能滿足動力鋰電池需要，因此隨著動力電池的需求爆發(fā)，濕法替代干法的趨勢已經(jīng)逐步明朗。
1.4 鋰電池行業(yè)基礎(chǔ)知識
1）鋰離子電池產(chǎn)業(yè)從90年代初誕生以來，至今已有大約30年時間，這個行業(yè)從日本壟斷，到日韓爭霸，到現(xiàn)在中日韓三足鼎立，現(xiàn)在逐漸開始向中國壟斷的方向發(fā)展。
2）鋰電池的下游需求主要來自消費(fèi)類電池、動力電池和鋰電儲能三大領(lǐng)域。動力電池是指為新能源汽車、電動自行車等提供動力來源的電池，目前幾乎全部采用技術(shù)相對成熟的鋰電池。
3）由于我國企業(yè)在生產(chǎn)管理、工藝控制、生產(chǎn)自動化方面還與日本、韓國有一定的差距。據(jù)鋰電池行業(yè)人士介紹，日本電池生產(chǎn)線大約有200個左右的質(zhì)量控制點(diǎn)，整個生產(chǎn)流程都在濕度嚴(yán)格控制的環(huán)境中完成，最大程度避免了水分的影響，而我國電池生產(chǎn)企業(yè)受到成本、條件的影響，質(zhì)量控制點(diǎn)一般僅有20個左右，好的企業(yè)才能達(dá)到50個，控制程度還有較大的差距。
4）筆記本電腦電池是中國鋰離子廠商的另一大軟肋。筆記本電腦電池相對安全性、品質(zhì)一致性和其他指標(biāo)方面要求很高，是各種鋰離子電池中技術(shù)門檻最高的品種，也是利潤率最高的種類。但到目前為止，中國許多鋰離子電池廠商都無法進(jìn)入筆記型電腦電池領(lǐng)域。中國鋰離子電池廠商生產(chǎn)筆記型電腦電池沒有優(yōu)勢，原因在于筆記本電腦電池品質(zhì)要求甚高，無法靠“半自動化”生產(chǎn)來滿足，所以“中國制造”的成本優(yōu)勢無法體現(xiàn)。
