大佬共话:动力电池发展将何去何从

2016-02-23 19:16:26来源: 盖世汽车 关键字:动力电池  新能源汽车  电池容量  安全性能

    汽车行业的发展是整个上下游产业链的发展,对于新能源汽车的崛起,动力电池的核心地位越来越突出。动力电池的技术话题也争论不断,材料种类、安全性、电池标准、寿命、价格成本等。至于未来动力电池该何去何从,盖世汽车整理出相关企业领导和研究人员的观点,掌握了解动力电池的现在和将来的发展状况。

好的动力电池,用产品说话

    中国汽车工业协会常务副会长董扬:现在的短板是什么?是产品。产品中的短板是什么?是动力电池。发展新能源汽车不能用追求电池的重量来换取里程,电池成本要降低,过渡到无补贴,做好整车轻量化,不断提高动力电池水平。

    第一不能用追求电池的重量来换取里程;第二要降低电池成本,要过渡到无补贴;第三不但电池、电机系统要好,而且整个车的轻量化、风阻力效能都要提高;第四,也是最关键的是要提高动力电池的水平。

    测试中心建设首先要有中试基地,没有研究和装备根本就上纸上谈兵,这是电池研发的过程,这是测试中心的一些项目,实际上现在大家有的测试主要是法规性的测试,前面关于材料的分析特别是环境和安全的测试,现在我们的测试能力严重不足。

满足不同需求,多种电池共同发展

    科技部电动汽车重大项目总体专家组组长、全国政协常委欧阳明高:不同车型采用不同的电池,例如乘用车看重续驶里程,主导采用高比能量的三元锂离子电池。电池发展到2020年的目标是单体电池300瓦时/公斤,系统到200瓦时/公斤,这是三元锂离子电池能够达到的水平。客车更看重安全性,可以采用比能量相对低一点,但稳定性更高的磷酸铁锂电池。

    对于目前概念火热的石墨烯电池,欧阳明高表示,关于石墨烯在电池中的应用,基本上依据都是在刊物上发表的文章,没有一个是拿出做实验的完整电池。电池材料应用分几个层面,仅在材料基础研究阶段,就要经历从材料到电极再到单体然后发展到体系等多个层次,每个层次都面临不同问题,所以短期内不要对石墨烯电池应用在电动车上抱有太大希望。

    当前石墨烯主要是作为导电增强剂添加在电池的正负极材料上,以改善导电性,增强电池的充放电倍率。欧阳明高预计,石墨烯电池可能会首先在消费类电池中应用,比如手机电池、纽扣电池等等。但在以纯电动轿车主导的动力电池上,未来仍以三元锂电池为主。

    “要以实现城市大客车动力系统一体化平台为目标,加强深化产业发展,提高科研技术能力,从而保证新能源汽车发展项目的安全、平稳、增速发展。”

    中国从“十五”科技部电动汽车重点专项开始,推动中国电动汽车动力电池的研发,当时主要是镍氢电池和锰酸锂电池。“十一五”时,主要是磷酸铁锂电池。到“十二五”,中国的重点研发转向三元锂离子电池,2015年中国三元锂离子电池的比能量预计会达到180瓦时每公斤。到2020年预计超过200瓦时每公斤,比现在提高一倍。

     据国外趋势,中国2020年的基本的发展目标是,高比能量电池达到300瓦时每公斤,寿命1500次,成本8毛钱。欧阳明高强调,在迈向高比能量锂离子电池的过程中,机遇挑战并存,安全问题将变得更加突出。能量比越高,挑战越大。“中国必须进一步重视安全性,在安全性、耐久性、动力性三个问题中,最核心的是安全性问题”。

     动力电池安全性的问题概括称为动力电池热失控,电池受热到一定温度后不可控,温度直线上升,超过500度、1000度,然后发生燃烧爆炸。温度会触发电池里的副反应,这些副反应会放热,导致热失控,。此外,电触发也会引起该问题。外部短路、内部短路、过充都会导致产热,然后产生热失控。还有一个原因是碰撞,车辆碰撞挤压之后,电池就像被针刺了一样,发生短路,然后再产热,热再引起热失控。

    欧阳明高建议,中国国内应学习研究特斯拉电池的安全设计。“应该来讲,特斯拉用的是不安全的电池,从单体电池角度是不安全的。但是,一个单体不安全的电池做到系统安全,是因为特斯拉的电池用了7000多只18650的三元电池,镍钴锂,单体不安全的电池组合起来就安全了。这是特斯拉安全设计的专利。这些专利大家可以仔细分析一下,因为现在特斯拉专利都是公开的。”

    从2014年开始,我国政府出台了一系列优惠政策,中国新能源汽车产业进入了高速发展时期,电池投资高速增长,电池产业实现了增速发展,但依然出现了供不应求的情况。欧阳明高特别指出,电池产业的发展不是简单的投资问题,在研发方面的投入比重更为重要。对于电动汽车的动力系统,无论是增程插电式混合动力系统、纯电动力系统,还是燃料电池动力系统,都要综合考量与分析各个系统的核心技术以及优劣势,进行稳步增质、增量的发展。因此,我国动力电池的发展,应当保持合理的发展速度。

动力电池产业缺乏协同创新机制

     国联汽车动力电池研究院院长卢世刚:目前在电动汽车里边用的动力电池主要包括镍氢电池、锂离子电池和燃料电池三类化学体系,镍氢电池目前已经很成熟了,在普瑞斯混合动力里面已经广泛使用,当然普瑞斯销售已经达到了七百多万辆,现在我们说的锂离子电池,按照分类有磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂,后边两个我们叫做三元体系。所以从这个表里可以看到,目前大概锂离子电池从磷酸铁锂已经朝三元的方向转变,单体能量可以达到180。可以看到这个三元材料的电池应该说还有一定的发展空间,极限密度可以达到250甚至是260,这是目前应该说在产业界,大家努力的一个方向。

    首先看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。

    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。

    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。

    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。

    按照我们国家的规划,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。

    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。

    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。

装备落后掣肘中国电池发展

    博世(中国)投资有限公司执行副总裁徐大全: 谈电池加电机取代发动及现在的角度来说比能量还是不够的。比如说现在所说的每公斤两百瓦时,汽油我们简单换算一下考虑所有的热消耗,可能每公斤是将近两千瓦时,中间相差十倍,成本上每瓦时大概是现在两到三块钱,简单的来说要四十度电的车要八到十二万人民币,还是没法和汽油机和柴油机来比较。

     在中国,锂电池的一次材料,第二次加工制造的整个的装备,从这个角度来说,我们还是落后于国外的这几大领先的日系的、韩系的企业,所以这个方面有很多需要努力的地方,博世公司作为供应商之一也希望进入这一点。

    规范是一个基本的门槛,对于动力电池领域的大部分企业影响并不大,产能和产品性能基本都可以达到,可能有一些企业需要增加一些检测设备来保证产品的性能,例如XRAY检测设备、涂布测厚仪等。

    对于一些检测设备,国家还没有强制要求,只是会有一个白名单。值得注意的是,下游客户在这方面的要求开始提升,这会让国内电池企业加大一些检测设备的应用,以更好实现电池的性能。

电池管理技术的重要性

    北京理工大学副校长孙逢春:动力电池核心技术仍待突破,电池管理系统的重要性。另外是电池的应用问题这二十多年我们也有体会,电池有没有管理,从最早北京的103无轨电池,从没有管理三个月一组电池换掉,到现在已经是48个月了,所以电池的管理我认为对电池的应用也是非常重要。

    220V的电池到零下25度的时候,充满后放电大概能放40%左右,充电只能充40%左右,放电还好一点,这个上边是充电的我们小电流充电220只能充到118,放电还好一点,低温充电是一个比较大的问题,怎么样在电池里边把电池系统,把充电问题的温度控制做好,这是非常非常重要的。

电池标准的不统一,不利于发展

     天津力神电池股份有限公司总裁秦兴才: 电池标准的问题,这个标准是什么,现在有用软包装的,软包装的各种尺寸,有用大方形的,也是各种尺寸,也有圆柱形的,各种型号。现在企业上来的生产线,投资规模、程度不高。不能满足投资厂的要求,投资不太大,可能型号没有确定,过两天汽车厂不选择这个型号了,可能就没法生产了。

    现在咱们国家建议用百人会可以提出来体制可以不一样,我们可以有各种材料的,但是我们的型号,像以前,我五号电池,一号电池几号电池一样我定几个尺寸范围和标准,这样的话推荐给车厂去选择,也推荐给电池厂,你搞产业化按照这个来搞,防止现在的自动化程度越高,将来的汽车厂不选择这个型号了,可能损失更大。

动力电池应协同上下游企业共同发展

    合肥国轩集团董事长李缜:市场空间是无限的,国际能源署预测2020年的时候,我们全球汽车销售量当年达到720万辆,我们销售达到2万亿人民币,电池达到六千亿人民币的规模,大家知道我们电池企业去年下半年开始,整个市场空间,销售状况非常好,应该改变低成本,低品质,低价值,低价格的恶性循环和低端制造,我们应该适应新常态,高技术,高品质,高效益的发展,从我们电池不能搭载世界一流企业,美国和世界的市场,逐步走向,变成可能。

    协同是非常重要的,我们始终和我们上下游企业进行紧密的合作,包括和我们的设备制造企业进行了长达八到十年的努力,使我们中国的自主创新的设备能够生产我们的电池,能够给我们的汽车装上好的电池。我们也和我们的贝特瑞等材料企业进行合作,也是我们自己生产的产品,和我们制造的电池能够使中国的电动汽车走向国际市场。

    国轩在发展过程中起步比较早,对于有政府的支持,2009年的时候,在合肥市成立了,所以我们和我们的整车厂进行联合起来,2009年我们和安凯进行一起合作,中国也是世界的首条纯电动的商业化运行的电动公交线30辆。从2010年1月23号正式投放市场到今天的1月23号整整五年时间,五年的结果我们会把这些数据和大家分享,应该说这些,用我们的设备,我们的材料,我们的技术生产我们的汽车,能够稳定的运营了五年时间,在中国,在世界,也是比较前卫的,这是我们和整车厂合作的结果,当然国轩不仅和江淮、安凯等等进行合作,我们和北汽、上汽,东风等等进行一系列的合作。我觉得我们电池制造企业必须仅仅和我们汽车企业进行合作共赢,我们的汽车企业应该支持我们电池企业,不断的创新,不断的自主创新,不断的用我们自己的能力和水平,能够把我们的产品贡献出来,装载我们的芯走向国际市场,这是我们的根本。

动力电池的技术路线应由市场决定

    天能集团董事长张天任:让市场来决定,就是说让消费者来决定,现在不要因为去谈哪一个电池就好,哪一个电池就不好,因为我们中国毕竟是地大物博,人口众多,有各种各样的消费层。

    现在中国的电动车的发展,他这个电池的技术路线,我们主张和提倡在不断的创新,不断的进步的过程中,比如说我们讲铅酸电池,铅电池不像以前的铅电池,原来的铅电池的比能量是20以下的,现在已经是35,40,最高的超级电池的比能量到了每公斤要达到70-80瓦时左右,而且他的使用寿命,原来在循环次数350次左右,现在最好的铅电池的百分之七十的DOD的放电的情况下,像美国这样的达到四千多次,超过了镍氢电池,而且是某种意义上达到了我们锂离子电池这么一个水平。所以说我认为铅电池在我们中国特别是在低速这样的交通方式的应用中,尤为合适。

    问题在于技术比较成熟,价格比较低廉,安全性非常好,还是可回收再利用,他的国际上的回收再利用,美国达到了98.5%,我们中国目前也可以达到90%左右,所以说任何产业,我认为是只有可循环和再利用,再发展这样一个产业才是可持续的,所以我的观点是说动力电池的技术路线,不要局限于一种电池,我认为铅电池有铅电池的很大的优点。

    锂离子电池,他肯定是一个发展的方向,我们记得在十年前我们开始想做锂电池的时候,那个时候锂电池的寿命、价格、安全性都有问题,现在这两年看来我们的成本,刚刚专家都讲到了,我们的性价比,我们已经达到了两到三块钱左右,就是铅酸电池的两到三倍了,这是价格大幅度的下降,而且安全性也有大幅度的提高,而且完全符合我们今后中高速的电动汽车的发展,所以这是一个问题,这是我想讲的一个观点,就是说电动汽车的动力电池的技术路线应该由市场决定。

LG 电池安全性能为主的研发生产

    LG化学高级副总裁兼汽车电池开发中心主任金秀铃:LG化学非常重视安全,所以我们的技术首先是电芯的原材料和设计都是自己做的。针对SRS分离膜将在后面详细说明,对电池的设计最重要的是阴极材料和阳极材料之间的能量比和阴极和阳极之间的电阻比。针对电子保护方面的话,主要是传感精度和保护水平,保护分级,然后是安全参数和运算法则,这几个是比较重要的项目。

    我们所说的SRS分离膜就是安全加强隔膜的简写,中间是我们普通的聚烯烃隔膜,这是陶瓷纳米颗粒,就是我们所说的SRS隔膜。电池温度上升的话首先会融掉的是隔膜,这样容易让阴极和阳极接触,形成内部短路。有了陶瓷隔膜即使融掉了,但因为有陶瓷纳米颗粒,所以不会让阴极和阳极直接接触。目前所有的纯电动汽车用电池都是陶瓷隔膜,增加了安全性。我们还要强的是BMS的保护作用。越是高容量的电芯对这两个的安全性要求就越高。首先BMS一般主要测量的是电芯的电压、温度和电流。

     第二代电池针对第一代电池提高了很多测量精度。第二个就是BMS的保护级别,一般保护级别分为三级。首先是性能保证,第二级是保证安全但性能就要受影响,第三是安全性能可能会受影响。考虑到BMS有损害的可能性,有些公司用的是增加了一个BMS,有的公司是增加了一个DR保护集成电路,越是高能量的电池越是需要这样的双重保护。

    下一代电池要求有一个合理的成本和最基本的安全性能,它还要达到一次充电可以行驶500公里以上,快速充电、冷却系统等。想要满足客户这样的要求,我们的电池所要做到的是能量密度是在80到100kWh,在30分钟内即可充满电,电芯的电阻要降低,而且有良好的储存性能。下面是LG化学的电池比较。从我们客户要求的电池芯来看,LG化学镍磷酸铁铝的体积要达到400升,重量要达到800公斤才能满足。最近的第二代电池体积需要200升,重量要达到400公斤才能满足这样的客户需求。但是,目前我们的客户提出第二代电池也是体积和重量都有一点大了,所以LG化学正在研发新的电池,我们希望它的标准是每升600瓦时。在LG化学开发一个高能量电池就会使用一个高能量的化学材料。想要再次强调的是安全性能非常重要,所以我们不仅是在电芯方面提高安全,同时也要加强BMS和电池包整个的设计,都要确保安全性。

三元电池引发的三元热议

    在中国电动车百人会上,工业和信息化部装备司司长张相木的一句话引起了很大的争议。他是这么说的:“工信部将组织开展对三元锂电池的风险评估,在评估完成前,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。”

    如今工信部近日明确表示,出于对动力电池安全问题的考虑,将暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。这一决定在新能源汽车以及电池行业引起了激烈讨论,并且多数都是为三元材料打抱不平。三元电池的或好或坏,暂时无法预估,时间是最好的验证方法。

    金龙汽车集团股份有限公司党委书记、董事长廉小强:对于电动大巴禁用三元锂电池的消息,廉小强表示,三元锂电池稳定性确实不如磷酸锂电池,但是电池的安全性不能仅仅通过电池材料来判断。电池的安全性是由包括封装的系统在内的控制系统、生产管控的严密性等共同决定,应该更多得关注生产工艺均衡的保障。

    五洲龙董事长张景新:动力电池的产能不足和系统性安全成为今年以来困扰新能源汽车行业的两大难题。”

    首先是货源紧张、产能不足,公司今年积压了大量订单因为拿不到电池而无法顺利交付;其次是铁锂电池的低温性能问题还没有得到解决,低温问题本来可以用超级电容来解决,超级电容低温性能很好,但要拿到政策补贴,就要保证纯电动客车的续航里程,所以注定了超级电容不能代替铁锂电池。在电动大巴领域,铁锂电池仍是目前的主流,但高低温没有解决;三元电池低温性能好,能量密度也更高,但目前还不是主要方向。

    目前有使用三元电池的趋势,但涉及到安全问题,要实现大规模推广并不容易。五洲龙用波士顿的三元电池装了一台样车,试运行效果还不错,但五洲龙短期内还不会用三元电池。现在三元电池成组后能达到205wh/kg,LFP只有100wh/kg。随着BMS及管理测试手段的成熟,三元电池应用的条件也趋向成熟。

    中国汽车工业协会副秘书长许艳华:三元材料电池在国内刚刚起步,用于电动客车的安全性开发和验证都不够,相关测试标准不健全,有潜在风险。

    但反对者表示,磷酸铁锂电池并不是绝对安全,以前也有起火的案例。微宏动力市场与战略总监宋寒表示:很多电池企业都不认可政府统一划定电池的技术路线。从安全角度衡量,“三元锂电池不一定就不安全,磷酸铁锂电池不一定就安全”。

    锂电池专家、俄罗斯圣彼得堡大学资深研究员王庆生:材料、工艺、结构、体系缺一不可,不是那个材料决定的电池性能,电池产业是发展的,材料何时都有利与弊。

    在安全性方面再谨慎一点也不为过,安全无小事。苏州宇量董事长毛焕宇博士建议采取国际上通行的Fail-Safe(失效-安全)措施,即万一电池发生燃烧或爆炸(Fail),也能确保乘客的安全(Safe)。他认为,只要确保电池质量,强化安全措施,无论是磷酸铁锂还是三元材料电池都不会对乘客人身安全造成威胁。因此没有必要限制哪种材料的电池在商用车上的使用。

     海银通新能源有限公司CEO薛嘉渔:如果中国锂动车厂商生产出来的动力电池品质不如国际厂商或一致性不够好,中国电动车厂商是不可能对国内产品网开一面而降低质量标准来采购低品质的国内锂电池产品的。同理,中国锂电池厂商如果还像以前一样一味生产低能量密度的磷酸铁锂电池,其结果一定是被其它国家的三元锂电产品挤到低端市场。“所以,动力锂电池产品的一致性及其能量密度是今后我国锂动车产品成败的关键。我们必须大力鼓励中国动力锂电池生产商使用三元材料。”

关键字:动力电池  新能源汽车  电池容量  安全性能

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2016022315217.html
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