我國(guó)新能源汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀怎么樣？鈦酸鋰動(dòng)力電池的應(yīng)用前景
來(lái)源：未知
2019-03-30 22:35
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能源瓶頸和環(huán)境污染已成為全球性問(wèn)題，交通污染已成為中國(guó)城市PM2.5等顆粒污染物的來(lái)源之一，霧霾天氣頻頻發(fā)生，控車(chē)治霾的思路被廣泛提及。相比限購(gòu)、限行等限制性行政政策而言，大力推廣和發(fā)展低排放的新能源汽車(chē)，包括純電動(dòng)汽車(chē)(EV)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHEV)、燃料電池汽車(chē)等，是有效治理污染的重要途徑之一，這一觀點(diǎn)已成為國(guó)際共識(shí)。
發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本等紛紛制定了國(guó)家計(jì)劃來(lái)推進(jìn)傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。美國(guó)出臺(tái)了一系列新能源計(jì)劃，將大力發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)作為實(shí)施新能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。2012年美國(guó)啟動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)國(guó)家創(chuàng)新計(jì)劃《EV Everywhere》，加大對(duì)高性能鋰離子電池材料、插電式車(chē)輛技術(shù)、輕量化技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的支持。日本一直將發(fā)展清潔能源、可再生能源作為國(guó)家戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，國(guó)家政策對(duì)新能源汽車(chē)發(fā)展始終給予大力支持，計(jì)劃到2020年普及以電動(dòng)汽車(chē)為主體的下一代汽車(chē)。目前日本混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)全球銷(xiāo)量第1，其產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)純電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)程也是全球最快的。
近年來(lái)，我國(guó)政府采取了一系列措施推廣新能源汽車(chē)，一方面中央和地方政府相繼出臺(tái)了各種新能源汽車(chē)補(bǔ)貼政策鼓勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)；另一方面通過(guò)制定未來(lái)我國(guó)汽車(chē)燃耗目標(biāo)倒逼整車(chē)企業(yè)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，如圖1所示。 除了政策指導(dǎo)，我國(guó)政府還利用各種機(jī)會(huì)積極推廣新能源汽車(chē)的使用。繼奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)2大盛會(huì)之后，近年舉辦的全國(guó)兩會(huì)、中博會(huì)、達(dá)沃斯論壇、博鰲論壇等都有新能源汽車(chē)示范運(yùn)行。國(guó)內(nèi)車(chē)企也紛紛涉足新能源汽車(chē)的研發(fā)、生產(chǎn)、示范運(yùn)行及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。比亞迪股份有限公司、奇瑞汽車(chē)有限公司、東風(fēng)汽車(chē)公司、長(zhǎng)安汽車(chē)股份有限公司、上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司、中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司、宇通集團(tuán)、中通客車(chē)控股股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“中通客車(chē)”）和重慶恒通客車(chē)有限公司等目前已經(jīng)成功研發(fā)多款轎車(chē)及客車(chē)等。
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圖1 未來(lái)中國(guó)汽車(chē)平均能耗目標(biāo)
在政府一系列利好政策的引導(dǎo)下，我國(guó)新能源汽車(chē)研發(fā)呈現(xiàn)較好的發(fā)展局面，各汽車(chē)廠商也積極推廣新能源汽車(chē)，并取得了較好成績(jī)。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，2015年1—7月，新能源汽車(chē)生產(chǎn)95 530輛，銷(xiāo)售89 549輛，同比分別增長(zhǎng)2.5倍和2.6倍。7月，新能源汽車(chē)銷(xiāo)售更是取得了同比增長(zhǎng)3.3倍的佳績(jī)。新能源電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)在不斷升溫，動(dòng)力電池也進(jìn)入高速發(fā)展期，據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年上半年動(dòng)力電池產(chǎn)量達(dá)到2.72GWh，較去年上半年的0.94GWh增長(zhǎng)近2倍。
二、 新能源汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池的應(yīng)用需求
動(dòng)力電池是各種電動(dòng)車(chē)輛的能量載體和動(dòng)力來(lái)源，動(dòng)力電池的性能直接決定了車(chē)輛的性能。新能源汽車(chē)用動(dòng)力電池包含：鉛酸電池、鋰離子電池、鎳氫電池、超級(jí)電容、燃料電池等。為了滿(mǎn)足新能源汽車(chē)等技術(shù)的應(yīng)用要求，動(dòng)力電池需要具有高安全性、高能量密度、高功率性能、優(yōu)異的循環(huán)壽命、工作溫度范圍廣和低成本等特性。新能源汽車(chē)包含混合電動(dòng)汽車(chē) (HEV) 、燃料電池混合電動(dòng)汽車(chē) (FC-HEV)、插電式混合電動(dòng)汽車(chē) (PHEV)和純電動(dòng)汽車(chē) (EV)等。不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力蓄電池的要求不同，概述如表1所示。
表1 不同電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池的要求
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類(lèi)型 |
微混 |
中混 |
全混 |
插電式 |
純電動(dòng) |
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簡(jiǎn)述 |
起停，有限制動(dòng)能量回收，無(wú)純電動(dòng)行駛模式 |
起停，制動(dòng)能量回收，加速，無(wú)純電動(dòng)行使 |
起停，制動(dòng)能量回收，較短的電動(dòng)行駛 |
起停，制動(dòng)能量回收，純電行駛 |
制動(dòng)能量回收，純電行駛 |
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功率需求/kW |
2 |
5～20 |
30～50 |
30～70 |
30～70 |
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電池 體系 |
鉛酸；鉛酸+超級(jí)電容器；鋰離子（高功率） |
鎳氫；鋰離子（高功率） |
鎳氫；鋰離子（高功率） |
鋰離子（功率能量兼顧） |
鋰離子（高能量） |
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壽命 要求 |
幾個(gè)10萬(wàn)次循環(huán)；鉛酸電池5年 |
幾個(gè)10萬(wàn)次循環(huán) |
幾個(gè)10萬(wàn)次循環(huán) |
幾個(gè)10萬(wàn)次循環(huán)+3 000次深循環(huán) |
3 000次深循環(huán) |
從表1中可以看出，鋰離子電池的性能幾乎可以滿(mǎn)足所有類(lèi)型電動(dòng)汽車(chē)需要，鋰離子電池是當(dāng)前所有可充電電池中綜合性能最優(yōu)的一種電池，也是目前最佳的能應(yīng)用于插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的電池。
鋰離子電池負(fù)極材料包含碳負(fù)極材料、鈦氧化物、錫與碳的復(fù)合物、硅的復(fù)合物等。目前商業(yè)化的鋰離子電池的負(fù)極材料主要采用碳負(fù)極材料。碳負(fù)極材料電池有著比能量高、功率性能好等優(yōu)勢(shì)，但是碳電極與金屬鋰的電位接近，當(dāng)電池過(guò)充電時(shí)容易在碳電極表面析出金屬鋰形成鋰枝晶，鋰枝晶會(huì)刺穿隔膜引起短路等安全隱患問(wèn)題。同時(shí)，碳負(fù)極電池在首次化成時(shí)電極表面還原形成表面膜（SEI膜），SEI膜的形成和修復(fù)過(guò)程會(huì)消耗電解液，造成不可逆容量加大，電池衰減加劇而影響電池使用壽命。尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰負(fù)極材料嵌鋰電位約1.5V，不會(huì)形成鋰枝晶，在充放電過(guò)程中體積應(yīng)變小于 1%，并且納米化的鈦酸鋰電池具有大電流充放電能力，能夠數(shù)分鐘完成充電，即便是在低溫環(huán)境條件下快速充電也難以析出鋰枝晶，所以鈦酸鋰電池具有循環(huán)壽命長(zhǎng)和安全性能優(yōu)異的特點(diǎn)，可以保障快速充電應(yīng)用領(lǐng)域電池的耐久性和安全性。因此，以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)要求高安全性、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命周期的應(yīng)用領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
四、鈦酸鋰動(dòng)力電池的應(yīng)用前景
據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委介紹，2015年力爭(zhēng)在北京六環(huán)內(nèi)建成平均服務(wù)半徑為5kg的充電網(wǎng)絡(luò)，下一步將重點(diǎn)在社會(huì)公共停車(chē)場(chǎng)和京津冀高速路服務(wù)區(qū)等領(lǐng)域建充電樁。屆時(shí)，鈦酸鋰電池的快充優(yōu)勢(shì)將得到充分發(fā)揮，并且未來(lái)充電網(wǎng)絡(luò)的大面積覆蓋使裝有鈦酸鋰電池的電動(dòng)車(chē)能隨時(shí)、隨地充電，人們會(huì)漸漸淡化對(duì)鈦酸鋰電池能量密度的要求。隨著今后補(bǔ)貼政策的逐年遞減，相信未來(lái)單次循環(huán)成本較低、安全可靠的鈦酸鋰動(dòng)力電池會(huì)被廣泛應(yīng)用成為電池領(lǐng)域的佼佼者。
除了新能源汽車(chē)領(lǐng)域，鈦酸鋰電池在儲(chǔ)能和軌道交通領(lǐng)域也將體現(xiàn)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。2014年10月，東芝公司宣布從電力服務(wù)公司ENERES接到了1萬(wàn)臺(tái)輸出功率10kW、容量9.9kWh的蓄電池池系統(tǒng)訂單。2014年11月，東芝宣布將向日本東北電力公司實(shí)施的“西仙臺(tái)變電站頻率變動(dòng)對(duì)策蓄電池系統(tǒng)實(shí)證項(xiàng)目”提供輸出功率為40MW的蓄電系統(tǒng)，容量為20MW時(shí)，采用20Ah電池單元SCiB。蓄電系統(tǒng)用于應(yīng)對(duì)輸出功率隨氣象條件變化的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的頻率變動(dòng)。
在軌道交通領(lǐng)域2014年12月，東芝對(duì)外宣稱(chēng)該公司已經(jīng)向東武鐵道株式會(huì)社供應(yīng)牽引式儲(chǔ)能系統(tǒng)(TESS)。列車(chē)駛?cè)胲?chē)站時(shí)，TESS會(huì)儲(chǔ)存列車(chē)減速產(chǎn)生的牽引能，并在加速駛離車(chē)站時(shí)釋放。我國(guó)2014年中信國(guó)安盟固利為長(zhǎng)客動(dòng)車(chē)提供了鈦酸鋰電池系統(tǒng)作為動(dòng)力輔助電源。在中國(guó)東北高寒地區(qū)運(yùn)行，使用工況為9C充電，10C放電，當(dāng)列車(chē)駛?cè)胲?chē)站時(shí)，電池系統(tǒng)回收列車(chē)減速產(chǎn)生的牽引能，加速駛離車(chē)站時(shí)釋放電能。考慮到動(dòng)車(chē)對(duì)電池的低溫性能、安全性和壽命作為主要要求指標(biāo)，鈦酸鋰電池或?qū)⒊蔀閯?dòng)車(chē)啟動(dòng)和備用電源的最合適選擇。
鈦酸鋰電池憑借自身的顯著優(yōu)勢(shì)投入市場(chǎng)，并將接受市場(chǎng)的檢驗(yàn)，最終成績(jī)?nèi)绾?，尚需等待市?chǎng)來(lái)評(píng)判。
