國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)動(dòng)力電池發(fā)展及供求現(xiàn)狀

(1)鈷酸鋰將逐漸被三元材料替代。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類(lèi)材料的優(yōu)點(diǎn)，具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。雖然特斯拉旗下首款車(chē)型Roadster推出時(shí)使用的是18650鈷酸鋰電池，但其第二款量產(chǎn)車(chē)型Model S使用的是松下定制的三元材料電池，即鎳鈷鋁三元正極材料電池。鈷酸鋰電池成本高的特征在特斯拉前后兩款車(chē)型的對(duì)比中表現(xiàn)得十分明顯。Model S使用的電池?cái)?shù)量達(dá)到8000節(jié)以上，比Roadster高出1000多節(jié)，但是成本卻下降了30%。目前，高性能動(dòng)力鋰電池用NCM三元材料己在國(guó)外大量使用，但中國(guó)企業(yè)尚無(wú)量產(chǎn)產(chǎn)品出現(xiàn)。

(2)錳酸鋰占比將上升。相對(duì)于鈷酸鋰正極材料，錳酸鋰具有原料豐富、價(jià)格低廉及無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)。層狀錳酸鋰LiMnO用作鋰離子電池正極材料的缺點(diǎn)是雖然容量很高，但在高溫下不穩(wěn)定，而且在充放電過(guò)程中易向尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致容量衰減過(guò)快。錳酸鋰材料的應(yīng)用集中在消費(fèi)類(lèi)電池市場(chǎng)，動(dòng)力電池以電動(dòng)自行車(chē)電池為主。

(3)磷酸鐵鋰仍存較大技術(shù)提高空間。磷酸鐵鋰正極材料的低溫性能和倍率放電己經(jīng)可以達(dá)到鈷酸鋰的水平，目前同樣是有希望的動(dòng)力電池材料。但是受制于技術(shù)瓶頸，磷酸鐵鋰電池一致性和單位能量密度較低。在國(guó)內(nèi)，己有較為成熟的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，但目前中國(guó)磷酸鐵鋰材料產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展仍低于發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。

在動(dòng)力電池正極材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，中、日、韓、美動(dòng)力電池企業(yè)采用不同的材料體系;中國(guó)企業(yè)以磷酸鐵鋰為主，日韓企業(yè)以錳酸鋰和三元材料為主。預(yù)測(cè)到2015三元材料在正極材料中的占比將上升至35%錳酸鋰占比將上升至30%，而鈷酸鋰將下降至25% 。

2.4國(guó)外新能源汽車(chē)車(chē)載鋰電池廠商及其產(chǎn)品供求現(xiàn)狀

2012年起，各大車(chē)企都陸續(xù)上市了PHEV和HEV。PHEV方面，繼豐田2012年1月開(kāi)始銷(xiāo)售“普銳斯PHEV”之后，2012年秋季至2013年初，本田推出新款雅閣的PHEV款、福特推出C-MAX Energi和Fusion Energi、沃爾沃上市V60 PHEV等。HEV方面，德國(guó)廠商開(kāi)始逐漸全面推出產(chǎn)品。2012年，寶馬上市ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3戴姆勒上市E400 Hybrid和E300 B1ueTEC Hybrid大眾上市“捷達(dá)混合動(dòng)力車(chē)”。

與此同時(shí)，車(chē)載鋰離子充電電池市場(chǎng)也開(kāi)始形成，引領(lǐng)市場(chǎng)發(fā)展的正是EV用鋰電池。這是因?yàn)橐匀债a(chǎn)的聆風(fēng)為首，三菱汽車(chē)的i-MiEV、豐田iQ、特斯拉的Model S和寶馬i3等配備鋰電池的EV相繼上市的結(jié)果。

隨著電動(dòng)汽車(chē)全面投放市場(chǎng)，各家汽車(chē)廠商所使用的電池廠商陣容也變得豐富與明朗起來(lái)(圖2)。在車(chē)載鋰離子充電電池領(lǐng)域，除了獨(dú)立廠商韓國(guó)LG化學(xué)、三星和日立外，還有AESC，Lithium Energy Japan，Primearth EV Energy(PEVE)和Blue Energy等與汽車(chē)廠商合資成立的車(chē)載電池公司，并己向多家汽車(chē)廠商供貨。如，松下2012年起為福特的Fusion Hybrid和Fusion Energi分別供貨5Ah單元和20.5Ah單元鋰離子充電電池;此外，松下還為特斯拉汽車(chē)的EV Model S”和Model X”供貨鎳鈷鋁酸鋰18650單體鋰電池。

日本電池廠商?hào)|芝的車(chē)載鋰離子充電電池負(fù)極材料采用鈦酸鋰，具有安全性高、壽命長(zhǎng)、低溫特性出色的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是單元的平均電壓只有2. 5 V左右，比以往的鋰離子充電電池低1 V以上。因此，配備200-400V高電壓電池組的EV需要大量串聯(lián)電池單元，電池行業(yè)認(rèn)為“難以采用”。但實(shí)際上，該單元除了己經(jīng)用于三菱汽車(chē)的i- MiEV和MINICAB MiEV的部分車(chē)型上，本田的“飛度EV”也己采用，因?yàn)樵撾姵氐腟OC即使在變動(dòng)較大的范圍內(nèi)使用也很少發(fā)生劣化，低溫特性較高、電池的極限值高等特點(diǎn)也適合EV使用。

在獨(dú)立的日本廠商中，日立車(chē)輛能源除了為通用的HEV LaCrosse”和“Regal”供貨外，還為日產(chǎn)新一代HEV供貨。

美國(guó)廠商方面，美國(guó)A123Systems(被萬(wàn)向集團(tuán)收購(gòu)后更名B456 Systems)的鋰離子充電電池用于寶馬的ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3、美國(guó)菲斯克汽車(chē)的PHEV Karma”以及新款EV Spark EV”上。A123 Systems的鋰離子充電電池的特點(diǎn)是，正極材料采用磷酸鐵鋰( LFP)，向?qū)汃R供貨圓筒型單元，向菲斯克和通用供貨層壓型單元。

隨著鋰電池產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用，各公司在電池組設(shè)計(jì)方面的思想逐漸出現(xiàn)差異。豐田、日產(chǎn)和本田等日本廠商的電池組趨于采用空冷式，并盡量簡(jiǎn)化構(gòu)造從而降低成本，而歐美廠商大多傾向于采用水冷式，并以特定的小范圍管理單元的充電狀態(tài)和溫度。其中，德國(guó)廠商表現(xiàn)出了使單元容量和外形尺寸等標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)各車(chē)型通用的想法。而豐田等仍然堅(jiān)持認(rèn)為，不同車(chē)輛的配備空間各不相同，應(yīng)該從多種單元中選擇最合適的產(chǎn)品配備，實(shí)現(xiàn)單元的標(biāo)準(zhǔn)化比較難。

3、我國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展需克服的問(wèn)題

我國(guó)目前車(chē)用動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)選擇的是與美國(guó)相同的磷酸鐵鋰路線(xiàn)，但鋰電池技術(shù)整體水平仍落后于美國(guó)、日本。例如日本電池平均能量密度要高出中國(guó)平均水平的30%-40%，充電次數(shù)也能達(dá)到中國(guó)的幾倍。我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚需克服以下問(wèn)題。

(1)知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。磷酸鐵鋰的正極材料專(zhuān)利由美國(guó)德州大學(xué)Goodenough團(tuán)隊(duì)在1996年獲得。加拿大H-Q和Phostech則取得其獨(dú)家專(zhuān)利和商業(yè)授權(quán)。目前陸續(xù)發(fā)展出了敷碳、金屬氧化物包覆、納米化等改性和制備技術(shù)，藉此提高磷酸鋰鐵粉體的導(dǎo)電性，并派生出更多專(zhuān)利。因此，專(zhuān)利問(wèn)題是國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰制造企業(yè)難以避開(kāi)的問(wèn)題。

(2)制造一致性問(wèn)題。電動(dòng)汽車(chē)所用的鋰電池都是串聯(lián)或并聯(lián)在一起，如果一致性問(wèn)題得不到有效解決，所生產(chǎn)的鋰電池也就無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)。

(3)成組后安全性和壽命問(wèn)題。大功率充放電的大容量鋰離子動(dòng)力電池組，在苛刻的使用條件下更易誘發(fā)電池某個(gè)部分發(fā)生偏差，從而引發(fā)安全問(wèn)題。單體磷酸鐵鋰電池壽命可超過(guò)2000次，但由上百塊單體電池串并聯(lián)后，整個(gè)電池組的壽命可能只有500次，必須使用電池管理系統(tǒng)(BMS)對(duì)電池組進(jìn)行合理有效的管理和控制。

(4)高能量和高功率兼容問(wèn)題。鋰離子動(dòng)力電池雖然具有高能量密度，可使電動(dòng)汽車(chē)勻速行駛更長(zhǎng)時(shí)間，但卻存在著起動(dòng)時(shí)功率不夠，啟動(dòng)加速較慢的問(wèn)題。在電化學(xué)體系中只有超級(jí)電容器才能獲得非常高的充放電倍率(1000 C)，但其能量密度只有鋰電池的1/20。若不輔以超級(jí)電容，尚無(wú)理想的高容量高功率動(dòng)力電池出現(xiàn)。