国内外新能源汽车动力电池的发展及供需现状

新能源汽车动力电池系统的发展涉及材料、化学、力学、热力学、传热、流体力学、电学、系统与控制。

其关键技术包括电池组装技术、热管理技术、电源管理技术和安全管理技术等。

车用动力电池系统技术已成为电动汽车普及的瓶颈，需要从材料开发、电池设计、制造、系统集成和商业模式。

1、新能源汽车动力电池的分类 新能源汽车动力电池可分为蓄电池和燃料电池两大类。

电池用于纯电动汽车（EV）、混合动力电动汽车（HEV）和插电式混合动力电动汽车。

（插电式混合动力汽车）；燃料电池专用于燃料电池汽车（FaV）。

1.1 电池 电池是纯电动汽车驱动系统的唯一动力来源。

主要包括镍锅电池、镍氢电池和铼离子电池。

目前，钾离子电池正处于快速发展阶段，钾离子电池应用于日产聆风、丰田普锐斯插电式、特斯拉Model S、通用Volt、福特福克斯EV、宝马i3等新能源汽车。

另外，曾资源比较丰富，价格也不贵。

可以说，锂离子电池是目前蓄电池中最受市场青睐的动力电池。

4类电池的性能比较如图1所示。

1.2燃料电池 燃料电池是燃料和氧化剂的化学能通过电极反应直接转化为电能的装置。

燃料电池不需要充电，具有比能量高、使用寿命长、维护工作量少、可连续大功率供电等优点。

此外，燃料电池汽车可以实现与燃油汽车相同的续驶里程。

根据电解质不同，燃料电池可分为五类：碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。

目前，质子交换膜燃料电池广泛应用于燃料电池汽车，是未来新能源汽车动力电池领域极具竞争力的电池类型。

2、新能源动力电池行业技术概况由于不同类型的新能源汽车，车用动力电池的使用方法存在较大差异，因此其性能要求也存在较大差异。

HEV以汽油发动机为动力源，更注重加速性能和爬坡能力，因此更注重电池的比功率（要求达到1W/kg）； PHEV和EV完全由电池供电，更注重充电后的持续行驶。

容量，因此更加关注电池的比能量（要求达到1Wh/kg）（见表1）。

由于性能、材料、成本等方面存在显着差异，不同类型的动力电池有着不同的前景。

目前，技术最成熟的是镍氢动力电池，但商业化最成功的是钾离子电池，燃料电池被广泛视为长期目标。

目前，动力电池增长最快的品类是锂电池。

今年以来，锂电池行业保持快速增长，加速替代传统电池。

业内预测，曾电池的增速仍将保持年均近25%的速度，且成本将持续下降。

近年来，燃料电池技术也取得了重大进展。

丰田和现代开发的燃料电池汽车也处于上市前夕。

在国内，上汽集团燃料电池汽车处于领先地位。

该车型曾在2016年上海世博会期间作为VIP接待用车。

2016年，在德国柏林举办的第11届必比登挑战赛上，上汽集团在燃料电池汽车拉力赛中排名第三，仅次于丰田和奥迪。

目前国内外燃料电池的技术现状如表2所示。

截至今年8月，各大车企的燃料电池汽车仍处于实验验证状态，尚未有燃料电池汽车上市。

量产并上市。

下面将以市场上发展较快的铿动力电池为例，分析其产业化现状。

2.1 新能源汽车动力电池主流：Keng-ion电池 在现有的新能源汽车动力电池中，Keng-ion电池生产成本相对较低，重复充电和使用非常方便，与其他便携式电池相比具有较高的成本优势。

能源。

因此，此类电池已成为目前最流行的电源（见表3）。

2.2 锂离子动力电池行业现状 目前，锂离子电池的主要生产国是日本、韩国和中国。

其中，日本和韩国占据全球动力电池市场近70%的份额，主要是因为专业分工明确、行政壁垒较少，且整车厂和系统集成商的系统集成能力远高于中国纯电动汽车制造商。

近年来，我国新能源汽车中使用的锂离子电池比例不断增加，锂离子电池市场广阔。

根据新能源汽车发展规划路线，2020年国内纯电动汽车销量将达到50万辆，混合动力汽车将占全部汽车销量的30%。

销售额的75%。

2.3 中质离子动力电池技术发展趋势中质离子动力电池主要由正极材料、负极材料、电解液和电池隔膜4部分组成（见表4）。

目前使用和开发的坎电池正极材料主要有钴钴氧化物、镍钴钴磷酸盐、镍锰钴三元材料、尖晶石型钴锰氧化物、橄榄石型钴铁磷酸盐等。

按照正极材料分类，锂离子动力电池的发展主要有3条路线：改性锰酸钾、三元材料和磷酸铁钾。

目前，氧化钴仍是小型电解器件领域正极材料的主力军，主要应用于传统3C（计算机、通讯和消费电子）领域；三元材料和氧化锰主要应用于电动工具、电动自行车和电动汽车等领域，其作为动力电池的技术在日本和韩国相对成熟；磷酸铁主要应用于国内动力电池领域，同时还应用于基站和数据中心储能、家庭储能、风能和光伏储能等领域。

。

锂电池产品技术的发展将呈现以下趋势。

(1)钴酸将逐渐被三元材料替代。

三元材料综合了钴酸钾、镍酸钾和锰酸钾三类材料的优点，并且具有价格优势。

虽然特斯拉第一款车型Roadster在推出时使用的是0硝酸钾电池，但其第二款量产车型Model S则采用了松下定制的三元材料电池，即镍金刚石铝三元正极材料电池。

。

钽氧化物电池的高成本在特斯拉之前两款车型的对比中表现得非常明显。

Model S使用的电池数量达到了8节以上，比Roadster多了1节多，但成本却下降了30%。

目前，高性能动力电池用NCM三元材料在国外已得到广泛应用，但我国企业尚未生产出量产产品。

(2)氧化锰的比例会增加。

与钴酸钾正极材料相比，锰酸钾具有原料丰富、价格低廉、无毒等优点。

层状锰酸钾LiMnO：用作钾离子电池正极材料的缺点是虽然容量高，但在高温下不稳定，在充放电过程中容易转变为尖晶石结构，导致容量下降腐烂太快。

氧化锰材料的应用集中在消费电池市场，动力电池主要是电动自行车电池。

(3)磷酸铁仍有相当大的技术改进空间。

磷酸铁正极材料的低温性能和倍率放电可以达到磷酸铁的水平，也是一种很有前途的动力电池材料。

但由于技术瓶颈，磷酸铁电池的一致性和单位能量密度较低。

在我国，已有较为成熟的磷酸铁锂储能系统，但目前我国磷酸铁锂材料的产业化发展仍低于发达国家水平。

在动力电池正极材料行业领域，中国、日本、韩国、美国的动力电池企业采用不同的材料体系；中国企业主要采用磷酸铁，日韩企业主要采用锰酸钾和三元材料。

预计到20年，正极材料中三元材料的比例将上升至35%，钴锰氧化物的比例将上升至30%，而钴酸钴的比例将下降至25%。

2.4 国外新能源汽车车载电池厂商及其产品供需状况2009年以来，各大车企相继推出PHEV和HEV。

PHEV方面，丰田今年1月开始销售“普锐斯PHEV”后，从秋季到今年年初，本田推出了新雅阁的PHEV车型，福特推出了C-VIAX Energin和Fusion Energi，沃尔沃推出V60 PHEV。

在HEV方面，德国厂商已经开始逐步全面推出产品。

2017年，宝马推出ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3，戴姆勒推出EHybrid和EB1ueTEC Hybrid，大众推出“Jetta Hybrid”。

与此同时，车载锂离子充电电池市场也已初具规模，而引领市场发展的正是电动汽车用锂离子电池。

这是因为配备Ceng电池的电动汽车已经推出，其中以日产Leaf、三菱汽车i-MiEV、丰田iQ、特斯拉Model S和宝马i3为首。

随着电动汽车全面推向市场，各汽车厂商所使用的电池厂商阵容也变得更加丰富和清晰（图2）。

在车载钾离子充电电池领域，除了韩国LG化学、三星、日立等独立厂商外，还有AESC、Lithium Energy Japan、Primearth EV Energy（ PEVE）和Blue Energy，并已向多家汽车制造商供货。

例如，松下自2016年以来一直为福特的Fusion Hybrid和Fusion Energi供应5 Ah单元和20.5 Ah单元的Knium离子充电电池；此外，松下还供应了特斯拉汽车的电动汽车“Model S”和“Model X”。

我们供应镍金刚石铝酸钾0单体电池。

日本电池制造商东芝的车载钾离子充电电池采用钛酸钾作为负极材料，具有安全性高、寿命长、低温特性优异等特点。

缺点是该单元的平均电压只有2. 5 V左右，比以前的Keng-ion充电电池低1V以上。

因此，配备}V高压电池组的电动汽车需要大量串联的电芯，电池行业认为“难以采用”。

但事实上，该装置除了用于三菱汽车的i-VIiEV和MINICAB MiEV的部分车型外，还用于本田的“Fit EV”，因为即使在广泛变化的范围内使用，电池的SOC也很稳定。

它很少劣化，具有高低温特性，并且具有高电池极限值，使其适合电动汽车使用。

日本独立厂商中，日立汽车能源不仅为通用汽车的HEV“Lacrosse”和“Regal”供货，还为日产的下一代HEV供货。

美国厂商方面，ASystems（被万向集团收购后更名为Systems）的Keng-ion充电电池应用于宝马ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3、菲斯科汽车PHEV“Karma”以及新款电动汽车“Spark EV”。

ASystems 的钾离子充电电池的特点是使用磷酸铁钾（LFP）作为正极材料。

ASystems 向 BMW 供应圆柱形单元，向 Fisker 和通用汽车供应层压单元。

随着铿电池产品的开发和应用，企业在电池组设计上逐渐有了不同的想法。

丰田、日产、本田等日本厂商的电池组倾向于采用风冷，并尽量简化结构以降低成本，而大多数欧美厂商倾向于采用水冷，并管理电池的充电状态和温度。

单位在一个特定的小范围内。

其中，德国制造商表现出了将单位容量和外部尺寸标准化的想法，以实现各车型之间的通用化。

但丰田等仍坚持认为，不同车辆的装备空间不同，应从多种单位中选择最合适的产品装备。

单位标准化很困难。

三、我国动力电池发展需要克服的问题。

我国目前的车用动力电池技术路线与美国相同的磷酸铁路线，但陶瓷电池技术整体水平仍落后于美国和日本。

例如，日本电池的平均能量密度比中国平均高30%}40%，充电次数也可以是中国的数倍。

我国锂离子电池产业发展仍需克服以下问题。

(一)知识产权问题。

磷酸铁正极材料专利由美国德克萨斯大学Goodenough团队于2016年获得，加拿大H-Q和Photech已获得独家专利和商业许可。

目前已开发出碳包覆、金属氧化物包覆、纳米技术等改性制备技术来提高磷酸铁钾粉体的导电性，并衍生出更多专利。

因此，专利问题是国内磷酸铁生产企业难以避免的。

(2)制造一致性问题。

电动汽车使用的Keng电池都是串联或并联的。

如果一致性问题得不到有效解决，生产的Keng电池无法大规模用于电动汽车。

(3)分组后的安全和生活问题。

高容量的锂离子动力电池组在高功率充放电的情况下，在恶劣的使用条件下更容易诱发电池某些部位的偏差，从而引发安全问题。

单个磷酸铁电池的寿命可以超过2倍，但数百个单体电池串并联后，整个电池组的寿命可能只有2倍。

必须采用电池管理系统（BMS）来合理有效地对电池组进行管理和管理。

控制。

(4)高能量、大功率兼容问题。

虽然铿离子动力电池能量密度高，可以使电动汽车更长时间匀速行驶，但存在启动时动力不足、启动加速缓慢的问题。

在电化学系统中，只有超级电容器能够实现非常高的充放电倍率（1 C），但其能量密度仅为曾电池的1/20。

没有超级电容器，就没有理想的高容量、高功率动力电池。

(5)原料筛选问题。

如今，生产曾电池所用的原材料不可能全部进口，主要从国内获取。

但国内原材料必须通过国际认证，生产的锂电池才能获得国际认可。

因此，原材料认证方面仍存在一些问题需要解决。

就燃料电池而言，要实现工业化，发电成本（目前为49美元/千瓦）必须低于或接近化石燃料的价格（30美元/千瓦）。

除了关键电池部件的优化和组装等基础问题外，还需要克服以下制约燃料电池产业化的技术壁垒。

(1)贵金属成本。

燃料电池产业化后，其生产将导致贵金属资源短缺。

然而，目前开发的替代催化剂和多元催化剂还远远不能满足工业化的技术要求。

(2)燃料电池堆的稳定性。

汽车燃料电池系统的使用寿命仍远远落后于国际标准，燃料电池电堆的低温性能有待提高。

（三）建立健全燃料电池产业化基础设施。

在解决成本和性能稳定性问题后，必须建立一个能够维持运行的液氢技术设施网络。

目前，我国氢燃料供应站仅有60座左右。

在氢能领域，我国缺乏布局规划，资金投入不足，尚未制定明确的路线图和时间表。

（四）进一步加大政府支持力度。

国家应继续加大对燃料电池研究机构的支持和重视，鼓励和引导有实力的企业进入燃料电池行业，利用资本和政府投资的带动作用，吸引民间和国际资本跟进，全面进入燃料电池行业。

燃料电池行业。

电池行业。