政策和市場推動國內(nèi)動力電池技術(shù)升級

時間:2016-12-15

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導語:今年前十月,新能源汽車動力電池配套總量達到142億瓦時,其中純電動車型動力電池配套量超129億瓦時,占比91%,插電式混動車型動力電池配套量13億瓦時,占比9%。

由于新能源電動汽車有極強的政策外部性,使政府成了產(chǎn)業(yè)化的第一推動力,但這是不可持續(xù)的,最終必須走上依托市場自行發(fā)展的軌道。政府補貼情況下的動力電池的市場表現(xiàn),并未反映市場的真實情況。

國內(nèi)動力電池現(xiàn)狀

今年前十月,新能源汽車動力電池配套總量達到142億瓦時,其中純電動車型動力電池配套量超129億瓦時,占比91%,插電式混動車型動力電池配套量13億瓦時,占比9%。配套電池仍以磷酸鐵鋰電池為主力,配套量達到101億瓦時,占比71%,三元鋰電池配套量僅為磷酸鐵鋰的三分之一為35億瓦時。

今年前10月,已產(chǎn)的新能源車輛共有118家單體配套企業(yè),其中國外企業(yè)7家,國內(nèi)企業(yè)111家。前6家電池配套產(chǎn)量達到81億瓦時,占57%,基本形成了龍頭企業(yè)的引領(lǐng)作用。排名前五的動力電池企業(yè):

目前,《汽車動力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》目錄已發(fā)布四批,共有99家企業(yè)提出申請,57家企業(yè)進入目錄。目錄內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能已達到370億瓦時,其中產(chǎn)能前十位企業(yè)的總產(chǎn)能為175億瓦時,比亞迪、CATL基本滿產(chǎn)能甚至超產(chǎn)能生產(chǎn),其他企業(yè)產(chǎn)量還未達到最高產(chǎn)能。

我國電動汽車動力電池技術(shù)路線分為鋰電池和燃料電池兩種,主流還是以鋰電池為主。從國內(nèi)外動力電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀看比較,國內(nèi)開發(fā)的鋰離子電池單體的技術(shù)水平與國外基本處于同一水平,我國動力電池出貨量已經(jīng)躋身國際領(lǐng)先行列,但在產(chǎn)品均勻一致性、系統(tǒng)集成技術(shù)、生產(chǎn)線自動化程度方面需加緊追趕,這個差距目前還在縮小。

動力鋰電池關(guān)鍵技術(shù)在電芯方面,主要是正極材料的研發(fā),需要滿足高能量密度、循環(huán)性能好、安全可靠;隔膜技術(shù)壁壘較高的是多孔材料,決定電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等,目前主要掌握在日韓企業(yè)手中;在電池PACk方面,關(guān)鍵技術(shù)為電池管理系統(tǒng)(BMS)技術(shù),要準確檢測、保護和控制電池系統(tǒng),保持車與電池的通信。

從世界范圍內(nèi)專利申請的總量來看,我國在動力電池及其管理系統(tǒng)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量僅次于日本和美國,排名第三。從中國國內(nèi)的專利申請量來看,日本在我國擁有的專利申請數(shù)量最多,松下、豐田、三洋等知名日本企業(yè)在中國擁有數(shù)量較多的高質(zhì)量的專利。國內(nèi)企業(yè)中,比亞迪在動力電池技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)實力較為突出。截至2015年底,我國動力電池企業(yè)電池材料發(fā)明專利公開量最多的比亞迪達到120件,與國外知名的LG化學和三星SDI基本處于同一水平。

政策和市場推動技術(shù)升級

11月22日,工信部官網(wǎng)披露《汽車動力電池行業(yè)規(guī)范條件》(2017年)(征求意見稿),對動力電池(在汽車上配置使用的、能夠儲存電能并可再充電的、為驅(qū)動汽車行駛提供能量的裝置,包括鋰離子動力電池、金屬氫化物鎳動力電池和超級電容器等,不包括鉛酸類電池)生產(chǎn)企業(yè)進行管理。

征求意見稿大幅抬高了鋰離子動力電池單體企業(yè)產(chǎn)能的門檻。根據(jù)征求意見稿第八條,“鋰離子動力電池單體企業(yè)年產(chǎn)能力不低于80億瓦時,金屬氫化物鎳動力電池單體企業(yè)年產(chǎn)能力不低于1億瓦時,超級電容器單體企業(yè)年產(chǎn)能力不低于1千萬瓦時。系統(tǒng)企業(yè)年產(chǎn)能力不低于80000套或40億瓦時。生產(chǎn)多種類型的動力電池單體企業(yè)、系統(tǒng)企業(yè),其年產(chǎn)能力需分別滿足上述要求?!?/p>

而此前鋰離子動力電池單體企業(yè)的年產(chǎn)能門檻設(shè)定在2億瓦時。門檻一下子被提高到了原來的40倍,80億瓦時。門檻提高后,國內(nèi)能達標的動力電池企業(yè)屈指可數(shù)。業(yè)內(nèi)人士指出,2016年產(chǎn)能達到80億瓦時的動力企業(yè),只有比亞迪和寧德時代。

國內(nèi)主流動力電池企業(yè)產(chǎn)能情況

倘若此政策實行,可以預計國內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)將開始“兩極分化”及整合,增長將主要集中在產(chǎn)能規(guī)模大、流動資金多、技術(shù)持續(xù)進步的企業(yè),投機者面臨淘汰出局。這將促進國內(nèi)動力鋰電池的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研發(fā),包括系統(tǒng)集成技術(shù)的研發(fā)。

無論從政策還是市場考量,國內(nèi)動力電池行業(yè)只有走規(guī)?;?、規(guī)范化生產(chǎn)之路,才能更好地保證品質(zhì),降低成本,提高安全性。而只有通過排名靠前、技術(shù)實力雄厚、集中度很高的幾家企業(yè)構(gòu)筑起合理化生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)格局,我國動力電池行業(yè)才能實現(xiàn)長期穩(wěn)定健康發(fā)展。

我國動力電池發(fā)展面臨問題

我國目前汽車動力電池技術(shù)路線選擇的是與美國相同的磷酸鐵鋰路線,但鋰電池技術(shù)整體水平仍落后于美國、日本。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(shù)也能達到中國的幾倍。我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚需克服以下問題。

1.專利

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(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電性,并派生出更多專利。專利問題是國內(nèi)磷酸鐵鋰等制造企業(yè)難以避開的問題。

2.制造一致性

電動汽車所用的鋰電池都是串聯(lián)或并聯(lián)在一起,如果一致性問題得不到有效解決,所生產(chǎn)的鋰電池也就無法大規(guī)模應(yīng)用于電動汽車。

3.安全性和壽命

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(fā)電池某個部分發(fā)生偏差,從而引發(fā)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(lián)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(tǒng)(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

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,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(xiàn)。

5.原材料篩選

目前用于鋰電池生產(chǎn)的原材料不可能全部進口,主要還是取自國內(nèi)。但是國內(nèi)的原材料要通過國際認證,生產(chǎn)出的鋰電池才能被國際認可,所以目前還需要解決在原材料認證環(huán)節(jié)上所存在的一些問題。

幾點建議:

1.安全第一

所有的電池都是危險品,最怕的是電池熱失控、泄壓、起火、爆炸。動力電池所有的一切包括設(shè)計和驗證都要從安全上著手,絕對不能含糊。動力電池通常包括單體電芯、電池組、電池包、電池系統(tǒng)等四個層級。每個層級都有自己的特點和安全要求。要做好電池安全,需要從設(shè)計層面對應(yīng)地分成四級來進行嚴格的設(shè)計、驗證和管控,對每一層級都要做好安全管理。

2.人才培養(yǎng)

人才是企業(yè)的核心競爭力,要從全球視野,向國際化方向,培養(yǎng)和引進國際化人才。制定獎勵政策和分配激勵機制,大力激發(fā)人才的創(chuàng)新創(chuàng)造才能。

3.產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新

動力電池系統(tǒng)涉及許多學科,包括材料、化學、機械、熱力學、傳熱學、流體力學、電學、系統(tǒng)與控制多個學科,其關(guān)鍵技術(shù)包括電池組配技術(shù)、熱管理技術(shù)、電能管理技術(shù)和安全管理技術(shù)等。

由于研發(fā)力量分散,我國動力電池產(chǎn)業(yè)至今缺少有國際競爭力的企業(yè)和產(chǎn)業(yè)群,尤其在三元鋰電池領(lǐng)域,還處于加速追趕階段。只有基于深刻的分析、理解、創(chuàng)新和合作,才有機會把更高性能的鋰離子動力電池做得讓用戶放心使用。這就需要融合多學科、多領(lǐng)域的產(chǎn)學研單位,從材料開發(fā)、電池設(shè)計、生產(chǎn)制造、系統(tǒng)集成、商業(yè)模式等多方面進行合作探索和突破。

4.走市場化道路

由于新能源電動汽車有極強的政策外部性,使政府成了產(chǎn)業(yè)化的第一推動力,但這是不可持續(xù)的,最終必須走上依托市場自行發(fā)展的軌道。政府補貼情況下的動力電池的市場表現(xiàn),并未反映市場的真實情況。當政府補貼一旦撤火,還會回到原點。從中長期看,決定中國動力電池發(fā)展的首要因素,不是今天急速擴大的生產(chǎn)能力投入,而是持續(xù)積累的技術(shù)突破,是越來越強的產(chǎn)品競爭力。

5.全球布局

日韓企業(yè),普遍在全球布局,以更好的服務(wù)于當?shù)氐钠嚻髽I(yè),如松下在美國與特斯拉共建超級電池工廠,LG也在美國和中國建立工廠,他們的研發(fā)機構(gòu)更是遍布全球各地。

在國際化的道路上,國內(nèi)企業(yè)遠遠落后于日韓,除了CATL與寶馬等國外汽車企業(yè)有部分項目合作之外,國內(nèi)企業(yè)鮮有成功走出去的案例,進不了國際主流汽車企業(yè)的供應(yīng)鏈體系。

小結(jié):新能源電動汽車對動力電池的要求十分苛刻,前沿競爭的核心是技術(shù)競爭,要舍得在研發(fā)上投入,只有技術(shù)實現(xiàn)突破,才能掌握競爭的主動權(quán)。希望國內(nèi)企業(yè),要把發(fā)展動力電池作為一個長期戰(zhàn)略,拋棄搭便車的心理。

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