肖成伟:“车用动力电池发展现状及趋势

2015年09月28日 09:09 来源:节能与新能源汽车网 作者:LJ
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    测试联盟(AessE&AT)年度工作会议 暨动力电池技术研讨会于2015年9月22日在北京顺利召开。会议期间中国电子科技集团第十八研究所国家863项目电池领域责任专家肖成伟主任给大家介绍了“车用动力电池发展现状及趋势”,以下为发言实录:

  感谢张理事长的介绍,很高兴受中国汽车技术研究中心的邀请来参加这样一个会,我现在把车用动力电池的发展概况和趋势向在座的各位汇报一下,在座的各位有好多都是老朋友了,也见过很多次面,也进行过很多交流。讲的这个内容在很多会议上也都讲过,今天有些内容有可能在里面也是重复的。

     三个方面,第一个是中国电动汽车发展概况及趋势,动力电池技术发展现状及趋势,还有动力电池市场发展的预测。

     在中国对新能源汽车这样一个研发的支持,我们还是从万钢部长做我们专家组组长的时候建立起来这样一个研发的体系,我们叫“三纵三横”,从“十五”到目前的“十三五”,其实一直坚持这样“三纵三横”的技术研发体系就是燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车,这是三纵,然后是电池、电机和电控,这是三横,推动了中国电动汽车和这些关键零部件的发展。从2009年开始,通过“三纵三横”支持的这样一些技术和产品,我们对它进行了相应的示范推广,现在进行的是第二轮的新能源汽车的示范应用推广,是从2013年到2015年这样一个周期。在这个周期里面在39个城市和城市群来推广新能源汽车,总共是88个城市,推广的数量按照上报的计划应该是超过30万辆。这是一个从2009年到2014年对节能与新能源汽车产量的统计,左边包括混合动力在内,右边是纯电驱动的,也就是仅仅包括插电式的和纯电动的。从数量来看,应该是接近于8.5万辆,到2014年年底的时候。为什么会有这么大的发展,也是在于中国政府提供的一个比较强大的财政补贴的政策,推动了新能源汽车的产销量。从今年这样一个发展的趋势来看,新能源汽车还是支撑线出一个比较快速增长的态势,今年预计有可能会超过20万辆。

     再看一下纯电驱动电动汽车相关产品,这张图里面包括乘用车和专用车这两大类,在乘用车这块,一个是微型纯电动车,再有一个中高速的纯电动车,出租车、公务用车、日租车包括现在的汽车共享包括私人用户,这几个领域会有比较大的用途。再一个是物流车,物流车在中国从目前来看会有一个比较快速的发展。再看看产销量,这是前期跟日产交流的时候日产统计的结果,全球销量前十的纯电动插电式的混合动力车,从这里看中国的一些企业已经进入世界的前十的排名,今年有一些企业的排名还会再往前移,像比亚迪、康迪等等这些。在商用车这块,最主要是针对城市公交用的大巴车,最主要是两大类,一个是插电式混合动力客车,再一个是纯电动客车,纯电动客车里面包括快充和常规充电这两大类。新能源客车推广应用,到2014年,中国累计推广的数量超过3.6万辆,在全球排名第一。今年这个量应该也会呈现出一个快速增长的态势。

     动力电池的关键零部件一个发展的技术现状和趋势,对每一类电动汽车,包括混合动力、插电式、纯电动、燃料电池,动力电池都是其中一个非常关键的零部件。这是对微混、中混、全混、插电式、纯电动、燃料电池对电池需求的一些分析,比如从电压、能量的角度,从功率的角度,包括电池体系的角度,包括循环寿命等进行了这样一些分析。总体趋势来说,锂电池未来有非常大的发展空间。在中国来看,铅酸电池这一块,在低速车实现了大规模的应用,在起停功能轿车国内外都有铅酸电池的应用,镍氢电池这块是在丰田系的混合动力轿车里会有比较大的应用。前段时间跟日本的一些公司,目前往后一段的时间,丰田会逐渐从镍氢电池转向锂离子电池,在混合动力去应用。镍氢电池的份额在不断下降,锂离子电池在不断上升。再有一个是针对锂电池,针对插电式的纯电动的也包括混合动力,会有一个很广泛的应用的前景。从这个角度来说,锂离子电池是一个新型动力电池,或者说镍氢和锂电池升级换代的产品,在电动车这样一个领域可以实现大规模应用。

     再看各个国家的规划,包括韩国、日本、美国、德国,德国尤其是在电驱动国家平台里,对动力电池相关的研究都给予了大量的资金支持,比如从原材料到电池,到应用开发的电池,到新体系的电池,到测试评价,甚至包括充电基础设施这一块都给予了很大的资金的支持。在中国正在实施的项目或者计划,一个是科技部牵头指定的“十二五”科技计划,里面对动力电池给予了比较大的支持。第一个是混合动力用的电池系统,再一个是纯电驱动用的电池模块,再一个是下一代纯电驱动用的新型锂电池或新体系的电池。同时像公共技术平台也给予了支持。再一个是国务院发布的节能新能源汽车2012到2020年的国家规划,在里面也有一个动力电池路线图。在这里面也提出了比较具有竞争力的这样一些指标,像到2020年的时候,希望从模块的角度能做到300瓦时/kg循环寿命3000次,成本1.5元/瓦时。

     同时现在中国政府已经完成了新能源汽车重点专项的规划制定,今年会起动一批项目,来对新能源汽车的研发和产业化进行支持。他还是坚持“三纵三横”这样一个模式,燃料电池系统、插电和增程的混合动力,再有一个是陈的系统,三横是电池、电机,电控这块现在扩展了一下,推广到电动汽车智能化与互联网技术。同时重点专项对基础研究的这一块也包含在内,像能源科学、材料科学、信息科学这几方面内容也进行了相应的包含。在平台这一块有三个平台在里面包括,一个是基础设施的平台,一个集成示范平台,还有一个国际合作平台。

     通过中国政府三个五年计划这样一个支持,锂离子电池呈现出一个比较大的变化,其实也跟中国政府支持新能源汽车技术开发相关的,原来是混合动力和纯电动并重的,目前是以纯电驱动为主,同时兼顾混合动力。从整个发展趋势来看,锂电池还是向着高比能量的角度或者能量密度越来越高的角度来发展。目前从整个发展的历程来看,从磷酸铁锂到锰酸锂到三元材料这样的趋势来发展,同时也对一些新体系和新型的锂电池给予了比较大的支持。在三元材料这块,工信部牵头的创新工程里,还是要求单体的能量密度做到180瓦时/kg。从安全性角度来说,磷酸铁锂和锰酸锂做正极材料的电池,安全性从单体和模块已经通过了国家标准的测试,在电池系统安全性角度来说还是需要进一步关注,刚才张理事长提的也有一些安全性问题出现。三元材料这块我们从单体到模块,它的安全性也要做进一步的技术攻关,也包括系统的安全性在内。

     从产业链的角度来看中国动力电池发展的现状,跟2003年比,锂离子电池能量密度提高了50%以上,锂离子电池价格已降至3元/瓦时以下,质保期达到5年/10万公里。从材料这块,正负极材料技术及产业水平已进入世界前列,正负极材料向高容量化、纳米化方向发展。大规模生产,技术趋向全自动化、绿色化。系统集成,技术趋向职能化、模块化。

     这个是在科技部863项目支持下,在这四大类,电池一些具体的技术指标,一大类,负极材料是以石墨类的材料为主,正极材料一个是高电压富锂层状锰酸锂和镍钴锰三元材料混合材料为正极材料,人造石墨材料为负极材料。一类是磷酸铁锂材料为正极材料,天然石墨和硬碳混合材料为负极材料。一类是尖晶石锰酸锂和镍钴锰三元材料混合材料为正极材料,人造石墨材料为负极材料。一类是高镍三元材料为正极材料,天然石墨或人造石墨或MCMB为负极材料。前面这四大类还是针对纯电驱动的,也就是插电式的混合动力和纯电动的,再有一类是针对纯混合动力,我们要开发功率性的电池,这是中国的盟固利公司开发的,6Ah高功率电池。从测试的结果来看还是呈现出很好的这样一些性能指标。

     从国外看一下,一个是日产的电池公司,也就是AESC生产的33Ah的软包装的电池。单体能量密度可以做到157瓦时/kg,在车上集成完之后,它的能量密度会做到82瓦时/kg。再有一个是LG化学,他给美国通用沃兰达配套的一款电池,也是一个软包装的15Ah的电池,系统的能量密度是80Wh/kg,在1865这块,索尼公司现在也在大力推广在新能源车的应用,当然LG化学合三星包括中国国内很多企业也在推广比如现在可以做到6.2Ah以上。我们把国内外的水平做这样一个对比,现在产业化的一些电池,除了18650之外,基本上它的能量密度会做在130到160Wh/kg这样一个水平,1865如果我们做到3.1Ah,能量密度会比较高,会做到240到250Wh/kg,把这几个从生产、原材料、创新做了几个对比,我个人认为中日韩还是在动力电池这样一个研发和产业化的排序的前列,这三个国家现在包括未来一段时间会在动力电池产业这块,会给电池发展做出贡献。在中国这块,在系统集成方面还是需要做技术开发。

     从动力电池发展趋势来看,正极材料基本是层状结构、尖晶石和橄榄石型结构的。,大家目前关注的焦点和重点还是集中在层状这一块。负极材料也是三大类,碳材料、金属氧化物和合金材料,关注重点在合金材料这一块。把正负极材料我们做这样一个配比或者这样一个配对,分成三大类,一个是现有电化学体系,一个是高性能电化学体系,再有一个是新型的一些体系或者一些新的电化学体系。现在应用比较多的现有的电池体系,负极材料基本上以石墨类为主,正极材料是磷酸铁锂的三元材料包括锰酸锂和三元材料混合的为主整个系统完了之后,大概会在100Wh/kg以下,而高性能这一块,现在大家关注的一个重点,正极材料是以高镍的三元材料为主,负极材料以硅碳的材料作为关注重点,这个结合一下,他做的这个电池系统的比能量现在设定的指标大概会在200Wh/kg,新型的这样一些电池包括锂硫或者锂空气的。同时在隔膜这一块会采用PE隔膜为主,也可以看其他的像PVDF等等这样一些,包括聚酰亚胺的一些新型的隔膜在里面应用的前景。在电解液这块要采用高电压电解液和高安全性电解液。这是国内开发的3.1Ah18650的性能测试的一些曲线,包括充放电曲线,包括倍率,包括安全性。同时我们也在开发更高能量的3.5Ah的18650的电池。同时基于高镍的三元材料,我们开发了40Ah的软包电池。同时我们也在开发一些新型的锂离子电池,我们希望能够做到接近于300Wh/kg的锂离子电池。现在从测试的结果来看,应该是可以达到的。

     从市场的趋势来看,锂离子电池最主要应用在四个领域,一个在消费类电子,一个是电动汽车的,一个是电动自行车的,包括脚踏车的,再有一个是储能领域。目前大家关注的重点还是在电动汽车领域,每年复合增长率还是相当高的。

     目前在全球形成这么四大动力电池研发和产业化集中区域,美国、德国、东亚包括中日韩,很多电池的企业来进行动力电池的产业化。从全球的角度来看,2015年的时候,全球锂电池产业投资预计在100到120亿美元,产能超过500亿瓦时,投资平均强度大概250美元/kWh,折合1.6元/Wh。

     这是一个国内主流动力电池产能的统计,这个是马凯副总理在天津调研时统计的结果,到今年年底预计产能接近于200亿Wh这样一个水平,这个产能我个人认为还是一个名义的产能,并不是一个实际的产能,实际的产能在这个基础上我想应该接近于4到5折,也就是有可能会做到80到100亿Wh的实际产能。在1865这一块国内也有很多企业在做产业化的工作,1865目前来看经济性是最高的一款电池。在未来一段时间,在微型纯电动车这块会有比较大的用量。从新能源汽车和动力电池发展的市场预测来看,新能源汽车今年有可能会达到20万辆的水平,而动力电池的需求预计会在100亿瓦时这样一个水平。

   从2014年中国新能源汽车有一个爆发式的增长,2015年依然会呈现出快速增长的态势,中国政府整个财政补贴的政策会持续到2020年,从这个角度来看,中国新能源汽车的发展它的热度会持续到2020年,2020年之后这个产业会达到一个比较成熟的水平,整个市场会呈现出一个大家希望能够看到的或者中国政府希望能够看到的500万辆的累计的销售数量,谢谢大家。

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