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动力锂电池技术难题有待突围

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时间:2016-12-02

  我们国家的发展现状。我们的判断第一个是基本掌握了车用动力电池的关键技术,我们国家动力电池的开发,和整车基本同步,十五期间开展了镍氢电池,、锰酸锂氧化物锂离子电池、燃料电池的研发,“十一五”期间加大了磷酸铁锂电池研发与产业化,“十二五”期间推进三元材料电池的研发与产业化。目前是处于这样一个阶段。


  第一从技术上来讲,我们国家开发了镍氢电池,锂离子燃料电池,关键技术指标达到了国外同类产品的一个先进水平,目前我们锂电池可以做到系统的比能量800-1000瓦时,比功率可以做到500-100瓦时,循环寿命也能做到突破一千次,使用寿命大概是可以达到五年,成本大概是说可以低于每瓦时三块钱。


  第二个从产品层面来看,磷酸铁锂电池已经趋于成熟了,过往来看,我们国家供应电池支撑了产业的发展,目前在大规模示范这一块用的电池基本上都是国产。根据目前工信部发布的新能源汽车推广目录,我们国家车用电池,绝大多数是磷酸铁锂电池,也就是说近两年来,三元材料的动力电池开始在电动汽车上进行示范应用。大家比较清楚的比亚迪的汽车用的是盐酸铁力电池,像上汽,北汽这些电池系统都是磷酸铁锂。一汽奔腾目前是示范车,他用的电池是168,采用了三元材料。


  第三个来说是我们国家建立了比较完善的产业体系,昨天我们听到了2014年我们国家电动汽车的销量大概是8.4万辆左右,如果按照每辆车在20-30,大概应该说我们电池达到了20亿千瓦时以上,销售收入应该超过了50亿元,2015年会超过100亿瓦时。我们国家现在推进动力电池产能建设,估计2015年会超过一百亿千瓦时。第二个我们国家建立了比较完整的产业体系,关键材料、单体电池、电池系统和电池装备、检测仪器等都有一定的生产能力,像北大先行、天津巴莫、北京当省,这是正极材料,负极材料像贝特瑞,杉杉等在国际上还是有一定的竞争力。


  从发展趋势上来看,我们全世界的情况来看,第一个是锂离子电池已经成为动力电池的主要方向。目前大家都很清楚,目前日本,美国、欧洲、韩国商业化的电池主要是采用燃料电池。目前混动这一块也是在推动力锂电池的应用。韩国、日本、中国在全球锂电池占主导地位,排序是韩国第一、日本第二,中国第三。 最近三星、LG和SK先后宣布在中国设立合资公司,我们国家主流的车厂也准备在他的自主品牌汽车中采用韩国生产的电池。


  动力锂电池特点

  我国政府大力支持新一代动力电池的研发,2012年日本实施蓄电战略,提出2020年蓄电池市场要占到世界份额的50%,就是重新夺回世界第一的位置。根据2013年NEDO发布的技术路线图,他的技术路线在2020之前大概还是以先进的锂离子电池为主,达到实用化,系统的比能量达到250瓦每公斤成本达到1.5元以下,2030年叫做革新电池,能量达到500瓦每公斤,成本达到八毛钱以下。


  美国在2013年提出来EV蓝图,提出目标是2022年生产的插电式混合动力的电动汽车使用的电力成本与传统汽车相当,根据2013年发布的技术路线图是2022年下一代电池实现实用化,系统的比能量达到250瓦每公斤,成本降到八毛以下,2013年以后锂离子电池实现实用化。


  从新一代锂离子电池来讲主要是在我们国家大概一般的叫做新一代动力电池的研发主要围绕新一代锂离子动力电池和新体系电池。新一代锂离子电池和目前现有的体系不一样,正极材料,负极材料,电极都要发生发生变化,电池比能量可以达到三百瓦每公斤,成本可以达到一块钱以下。这个表里面列了两件事,一个是最近日立公司宣布采用镍系的正极和负极单电池的比能量作330每公斤,寿命有50次,另外是福利蒙基,作为正极,归制作为负极,寿命可以达到100。但是目前这一电池体系的成本和安全有待进一步的验证。 第二类是新体系电池,这一类体系一般的来讲是基于新的化学原理,采用了锂金属或者是其他的金属作为复合材料,包括锂金属,硫电池、锂金属空气电池、锌金属空气电池、铝金属空气电池。这些电池在历史上应该说做一次电池没有问题,在动力电池领域,在电动汽车领域必须做到二次电池。面临的挑战也很多。


  从目前来看,这一类电池都还是处于试验研究的阶段,他的循环,安全、寿命和成本都有待进一步验证安全,从最近几年的情况来看,特别是2014年美国阿贡国家实验室发布的报告,通过对电池系统级的定量分析,提出锂金属/空气电池系统实现商业化的技术风险要明显高于新一代锂离子电池。像离空气电池的技术风险,这个表里面有红色的部分,有正极和负极和整个系统的风险更高一点。


  下一代要突破新一代锂离子电池目前大家更关注新材料的应用和技术的问题,最近的网上的消息,最近西班牙Graphenano公司宣称研制出石墨烯聚合物电池,比能量497Wh/Kg,8分钟内充满电,成本低,根据所报道的技术指标,推测可能是锂硫电池体系。我们反复看了这个体系,根据他的技术指标,像他的电压是2.3伏。


  以上的分析我们看到我们国家的产业存在的问题和差距。第一条我们认为我们国家动力电池产业竞争力不强,表现是两个方面,一个是技术的先进性和可靠性竞争力不强,我国磷酸铁锂动力电池产品比能量、高低温特性、可靠性、经济性明显低于国外采用三元材料动力电池的技术水平;韩国在1718之后可能会降到一块钱,一毛五毛钱以下。第二个方面的产品制造装备、工艺水平、检测验证能力、产品质量和一致性与国外相比较,存在较大差距。这是技术层面上来讲。


  企业来看

  第一企业的规模创新力竞争不强,我国企业数量多,但是大多数的企业的经济规模、盈利能力,研发队伍,研发能力,研发体系和日本和韩国的企业相差甚远。


  第二个是新一代动力电池的技术创新能力不强,表现一个是国际专利的数量明显低于发达国家的水平,我们国家发表的论文很多,大概是世界首位,但是专利的申请主要是集中在国内,在美国申请的专利,大概仅为申请专利占美国专利的2%,授权是大概只有1%。在欧洲根本看不到统计的数据。第二个是新材料和关键技术的探索能力强,我国对新一代动力电池的技术研究探索为主要任务,新材料工程研究严重不足,工程化开发能力和集中投入机制没有形成。


  第三个是产业协同创新机制没有形成,也是表现在两个方面,一个是技术创新的协同机制没有形成,技术研究集中在高校,科研机构,技术产品和。第二个是产业发展的协同机制没有形成,缺乏动力电池,电池系统和动力电池的产业在技术路线和产品要求,质量体系,电池回收等方面缺乏统一的认识,没有建立产业协同发展的体制和机制。


  总结

有三条建议第一个加快新一代动力电池的研发,按照我们国家的划,2020年我们国家的电池比能量达到300瓦时每公斤,大概是六年的时间,所以我们认为国家应该设立新一代动力电池创新专项集中研发和投入,突破新一代锂离子电池和新电池,2020年电池系统比能量达到250Wh/kg、成本下降至1.0元/Wh;新体系电池比能量达到400Wh/kg以上。


  第二个是要加强工程能力创新的建设,。一是建设新一代动力电池新材料和关键技术的工程化研究能力,衔接基础研究、工程开发和产品开发;二是建设动力电池产品设计验证能力,把电动汽车技术要求转化为对动力电池、电池系统的设计要求。


  第三个是加快推进产业协同创新,政府牵头,行业组织,联合汽车企业、电池企业,一是共同制定动力电池技术路线图,明确阶段性目标和任务,指导我国动力电池产业发展;我们认为这一条很重要,应该说这个任务也很紧迫,应该统一大家的认识。二是共同制定动力电池通用技术规范,明确电池产品的设计、制造、储运、回收要求,促进我国动力电池产业加快发展。


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