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        國內外新能源汽車動力電池發展及供求現狀

        作者: 時間:2018-08-21 來源:網絡 收藏

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201808/387386.htm

        (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材料的優點,具有價格優勢。雖然特斯拉旗下首款車型Roadster推出時使用的是18650鈷酸鋰電池,但其第二款量產車型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型的對比中表現得十分明顯。Model S使用的電池數量達到8000節以上,比Roadster高出1000多節,但是成本卻下降了30%。目前,高性能動力鋰電池用NCM三元材料己在國外大量使用,但中國企業尚無量產產品出現。

        (2)錳酸鋰占比將上升。相對于鈷酸鋰正極材料,錳酸鋰具有原料豐富、價格低廉及無毒性等優點。層狀錳酸鋰LiMnO用作鋰離子電池正極材料的缺點是雖然容量很高,但在高溫下不穩定,而且在充放電過程中易向尖晶石結構轉變,導致容量衰減過快。錳酸鋰材料的應用集中在消費類電池市場,以電動自行車電池為主。

        (3)磷酸鐵鋰仍存較大技術提高空間。磷酸鐵鋰正極材料的低溫性能和倍率放電己經可以達到鈷酸鋰的水平,目前同樣是有希望的材料。但是受制于技術瓶頸,磷酸鐵鋰電池一致性和單位能量密度較低。在國內,己有較為成熟的磷酸鐵鋰儲能系統,但目前中國磷酸鐵鋰材料產業化的發展仍低于發達國家的水平。

        正極材料產業領域,中、日、韓、美動力電池企業采用不同的材料體系;中國企業以磷酸鐵鋰為主,日韓企業以錳酸鋰和三元材料為主。預測到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國外汽車車載鋰電池廠商及其產品現狀

        2012年起,各大車企都陸續上市了PHEV和HEV。PHEV方面,繼豐田2012年1月開始銷售“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,德國廠商開始逐漸全面推出產品。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“捷達混合動力車”。

        與此同時,車載鋰離子充電電池市場也開始形成,引領市場發展的正是EV用鋰電池。這是因為以日產的聆風為首,三菱汽車的i-MiEV、豐田iQ、特斯拉的Model S和寶馬i3等配備鋰電池的EV相繼上市的結果。


        隨著電動汽車全面投放市場,各家汽車廠商所使用的電池廠商陣容也變得豐富與明朗起來(圖2)。在車載鋰離子充電電池領域,除了獨立廠商韓國LG化學、三星和日立外,還有AESC,Lithium Energy Japan,Primearth EV Energy(PEVE)和Blue Energy等與汽車廠商合資成立的車載電池公司,并己向多家汽車廠商供貨。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。

        日本電池廠商東芝的車載鋰離子充電電池負極材料采用鈦酸鋰,具有安全性高、壽命長、低溫特性出色的特點。缺點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需要大量串聯電池單元,電池行業認為“難以采用”。但實際上,該單元除了己經用于三菱汽車的i- MiEV和MINICAB MiEV的部分車型上,本田的“飛度EV”也己采用,因為該電池的SOC即使在變動較大的范圍內使用也很少發生劣化,低溫特性較高、電池的極限值高等特點也適合EV使用。

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

        美國廠商方面,美國A123Systems(被萬向集團收購后更名B456 Systems)的鋰離子充電電池用于寶馬的ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3、美國菲斯克汽車的PHEV Karma”以及新款EV Spark EV”上。A123 Systems的鋰離子充電電池的特點是,正極材料采用磷酸鐵鋰( LFP),向寶馬供貨圓筒型單元,向菲斯克和通用供貨層壓型單元。

        隨著鋰電池產品的研發與應用,各公司在電池組設計方面的思想逐漸出現差異。豐田、日產和本田等日本廠商的電池組趨于采用空冷式,并盡量簡化構造從而降低成本,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和溫度。其中,德國廠商表現出了使單元容量和外形尺寸等標準化,從而實現各車型通用的想法。而豐田等仍然堅持認為,不同車輛的配備空間各不相同,應該從多種單元中選擇最合適的產品配備,實現單元的標準化比較難。

        3、我國動力電池發展需克服的問題

        我國目前車用動力電池技術路線選擇的是與美國相同的磷酸鐵鋰路線,但鋰電池技術整體水平仍落后于美國、日本。例如日本電池平均能量密度要高出中國平均水平的30%-40%,充電次數也能達到中國的幾倍。我國鋰離子電池產業發展尚需克服以下問題。

        (1)知識產權問題。磷酸鐵鋰的正極材料專利由美國德州大學Goodenough團隊在1996年獲得。加拿大H-Q和Phostech則取得其獨家專利和商業授權。目前陸續發展出了敷碳、金屬氧化物包覆、納米化等改性和制備技術,藉此提高磷酸鋰鐵粉體的導電性,并派生出更多專利。因此,專利問題是國內磷酸鐵鋰制造企業難以避開的問題。

        (2)制造一致性問題。電動汽車所用的鋰電池都是串聯或并聯在一起,如果一致性問題得不到有效解決,所生產的鋰電池也就無法大規模應用于電動汽車。

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

        (4)高能量和高功率兼容問題。鋰離子動力電池雖然具有高能量密度,可使電動汽車勻速行駛更長時間,但卻存在著起動時功率不夠,啟動加速較慢的問題。在電化學體系中只有超級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。若不輔以超級電容,尚無理想的高容量高功率動力電池出現。



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