對(duì)于鋰電池來(lái)講，大多數(shù)人都不會(huì)陌生。我們現(xiàn)在使用的手機(jī)、穿戴設(shè)備、電動(dòng)自行車(chē)都在使用鋰電池。
和鎳氫電池類(lèi)似，作為硬件標(biāo)配，鋰電池為人所熟知，也得從移動(dòng)設(shè)備說(shuō)起。
動(dòng)力電池占總成本30%至50%
1991年在日本電信公司NTT的技術(shù)支持下，索尼和旭化成商業(yè)化了第一款鈷酸鋰電池。它被迅速用到隨身聽(tīng)、攝像機(jī)、相機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦等各類(lèi)便攜設(shè)備中。你可能比較熟悉早期設(shè)備包括索尼Walkman、NEC手機(jī)、摩托羅拉大哥大等等。
1993年僅手機(jī)行業(yè)就消耗了500萬(wàn)顆鋰電池。到1994年，這個(gè)數(shù)字翻了5倍。1999年高通實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的智能手機(jī)首次用上了鋰離子電池。這一年功能手機(jī)在全球的銷(xiāo)量超過(guò)10億部。
在電動(dòng)汽車(chē)電池的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，電池的布置是很重要的。根據(jù)目前的水平，一輛1.5噸的電動(dòng)汽車(chē)如果充一次電行駛120KM的話(huà)，則需要的電池包就達(dá)到200KG，一般電池會(huì)被分為兩大塊，第一塊在駕駛員的座椅下方，而第二塊在原來(lái)汽車(chē)油箱的位置。電池箱完全封閉，只有前后有進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)口，由電機(jī)風(fēng)扇來(lái)對(duì)電池提供風(fēng)冷或者循環(huán)水液冷散熱。
一般而言，動(dòng)力電池占新能源汽車(chē)總成本的比重達(dá)到30%至50%。目前國(guó)產(chǎn)的新能源汽車(chē)大多以磷酸鐵鋰技術(shù)路線(xiàn)為主，電池級(jí)碳酸鋰是磷酸鐵鋰正極的重要原材料;鈷酸鋰曾被特斯拉應(yīng)用于動(dòng)力電池上，而三元材料目前正被松下等許多國(guó)外電池廠(chǎng)商所使用。
2014年，全球電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池產(chǎn)能井噴，產(chǎn)量高達(dá)7000MWh(兆瓦時(shí))，同比增長(zhǎng)約54%。按EVSalesBlog對(duì)全球十大電池生產(chǎn)商的排名，松下位居榜首，其在鋰離子電池市場(chǎng)份額占據(jù)了38%。日產(chǎn)和NEC合資電池公司AESC排第二名，LG化學(xué)排第三，而來(lái)自中國(guó)的比亞迪排第四。
工信部8月6日披露，上半年我國(guó)鋰離子電池制造企業(yè)，累計(jì)完成主營(yíng)收入同比增長(zhǎng)17.4%，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)總額同比增長(zhǎng)72.8%，完成稅金總額同比增長(zhǎng)43.1%。鋰電池行業(yè)利潤(rùn)的快速上升，與新能源汽車(chē)的銷(xiāo)售放量密切相關(guān)。隨著各地補(bǔ)貼細(xì)則相繼落地、充電設(shè)施扶持政策出臺(tái)等因素推動(dòng)，電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售將延續(xù)高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，并給上游鋰電池企業(yè)帶來(lái)實(shí)質(zhì)性訂單支撐。
機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，在技術(shù)不斷成熟、配套政策日趨完善的推動(dòng)下，新能源汽車(chē)已步入產(chǎn)業(yè)化階段，給動(dòng)力電池帶來(lái)市場(chǎng)擴(kuò)容機(jī)遇。數(shù)據(jù)顯示，去年我國(guó)鋰電池整體市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到952.16億元，同比增長(zhǎng)30.31%，到2015年國(guó)內(nèi)鋰電池的市場(chǎng)規(guī)模將突破1000億元，達(dá)到1251.5億元，到2020年電動(dòng)汽車(chē)鋰電池需求量將達(dá)到37GWh，市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)一步提升。作為技術(shù)含量較高的隔膜、正極材料以及鋰電池生產(chǎn)企業(yè)，將迎來(lái)市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇。
鉛酸蓄電池：
新能源汽車(chē)的開(kāi)端1830年左右，托馬斯·達(dá)文波特制造出世界上第一輛純電動(dòng)車(chē)，但其并非使用可充電技術(shù)。1859年，法國(guó)人普蘭特發(fā)明鉛酸蓄電池，1881年卡米爾福雷將這一技術(shù)進(jìn)行了完善，鉛酸蓄電池的問(wèn)世被認(rèn)為是新能源車(chē)真正的開(kāi)端。
然而，作為當(dāng)時(shí)新能源車(chē)可用電池的唯一選擇，鉛酸蓄電池存在體積大、重量大、能量密度小、功率密度低、充電時(shí)間長(zhǎng)、每次充電后續(xù)航里程短以及電力傳動(dòng)制造成本居高不下等弊端，鉛酸電池技術(shù)并未得到推廣。同時(shí)，隨著汽油燃料汽車(chē)的興起，各車(chē)企對(duì)鉛酸電池技術(shù)的研發(fā)也逐漸停滯，而人們也似乎忘記了純電動(dòng)車(chē)的存在。
磷酸鐵鋰電池：
眾多車(chē)企的選擇1990年以后，隨著全球能源問(wèn)題的關(guān)注度逐漸增高，各大車(chē)企重新加大新能源車(chē)電池技術(shù)的研發(fā)力度。而磷酸鐵鋰電池技術(shù)的運(yùn)用，使新能源車(chē)的推廣成為可能。
磷酸鐵鋰電池于1997年由美國(guó)德克薩斯州大學(xué)JohnGoodenough教授的研究小組最早發(fā)明。磷酸鐵鋰電池解決了鉛酸蓄電池重量大、續(xù)航能力差等缺點(diǎn)，而且由于其中不含任何貴金屬，其生產(chǎn)正極材料的主要原料氧化鐵、碳酸鋰在世界上的儲(chǔ)備也相對(duì)豐富，能夠有效降低其制造成本。因此，目前磷酸鐵鋰電池技術(shù)已運(yùn)用到眾多新能源車(chē)上。
據(jù)了解，目前，我國(guó)在科技部“863”計(jì)劃的大力支持下，動(dòng)力電池的技術(shù)水平有了很大提升，但與全球先進(jìn)技術(shù)相比仍然存在差距，主要表現(xiàn)在電池組技術(shù)和電池集成技術(shù)水平不高，電池能量密度和循環(huán)壽命兩大重要指標(biāo)落后，僅在成本上略占優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)《中國(guó)汽車(chē)計(jì)劃發(fā)展報(bào)告》(2014-2015)，2013年，江淮、北汽股份、比亞迪等排名前五的純電動(dòng)乘用車(chē)車(chē)型以及排名前五的客車(chē)車(chē)型均裝配磷酸鐵鋰電池。
從主流新能源乘用車(chē)車(chē)型的動(dòng)力電池配套類(lèi)型來(lái)看，電池組總成能量密度大多在60~100Wh/kg，較國(guó)外目前120Wh/kg的平均水平還有差距。在這種情況下，國(guó)內(nèi)新能源乘用車(chē)主流車(chē)型的單車(chē)電池容量在20~30kWh,續(xù)航里程為80~120km。不過(guò)，該報(bào)告也指出，近年來(lái)，比亞迪通過(guò)生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)和完善，產(chǎn)品性能及質(zhì)量水平不斷提升。比亞迪從雙模電動(dòng)車(chē)F3DM發(fā)展到秦，電池體質(zhì)和重量降低了一半，技術(shù)提升非常顯著。
與此同時(shí)，由于新能源車(chē)在行駛中電池持續(xù)放電會(huì)產(chǎn)生高溫，存在一定的安全隱患，因此磷酸鐵鋰電池的穩(wěn)定性也成為眾多車(chē)企選擇該技術(shù)的因素之一。
據(jù)了解，新能源車(chē)電池放電時(shí)的溫度能夠高達(dá)390℃以上，而磷酸鐵鋰電池不會(huì)因過(guò)充、溫度過(guò)高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，并可輕松通過(guò)針刺實(shí)驗(yàn)。
三元鋰電池：
引領(lǐng)新一輪電池技術(shù)隨著近年來(lái)美國(guó)新能源車(chē)特斯拉的異軍突起，在磷酸鐵鋰電池之外，三元鋰電池技術(shù)逐漸進(jìn)入公眾視野。
此前，市場(chǎng)在售純電動(dòng)車(chē)型中，只有特斯拉等國(guó)外少數(shù)廠(chǎng)商使用的是三元鋰電池，然而，情況正在變化，國(guó)內(nèi)多家車(chē)企也都相繼投奔三元鋰電池陣營(yíng)，包括北汽新能源E150EV二代車(chē)、長(zhǎng)安逸動(dòng)等。與磷酸鐵鋰電池相比，三元電池具有更長(zhǎng)的續(xù)航能力，特點(diǎn)是能量密度高、低溫性能好、可靠性高、壽命長(zhǎng)等，但造價(jià)偏高。有分析認(rèn)為，隨著三元材料在動(dòng)力領(lǐng)域安全性逐步成熟，以及消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)于續(xù)航里程的需求提升，國(guó)內(nèi)車(chē)企或?qū)⑾破鹨惠営闪姿徼F鋰轉(zhuǎn)向三元路線(xiàn)的變道風(fēng)潮。
目前市場(chǎng)裝配三元鋰電池技術(shù)的新能源車(chē)?yán)m(xù)航里程達(dá)到200公里以上，三元材料鋰電池的安全問(wèn)題已得到改善和解決。三元材料采用的是1:1:1的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。此外，三元鋰電池通過(guò)電解液以及特殊的陶瓷隔膜技術(shù)制作，陶瓷隔膜可以在電池內(nèi)部短路時(shí)隔開(kāi)短路源，從而明顯提高三元鋰電池的安全性能。
此前，根據(jù)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》明確提出“電池模塊的能量密度要求是大于150瓦時(shí)/公斤”的要求。因此，續(xù)航里程更長(zhǎng)的三元鋰電池技術(shù)將成為新能源車(chē)新的發(fā)展方向。
石墨烯電池：
未知的新型電池技術(shù)石墨烯是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一種由單層原子構(gòu)成的材料，也是目前已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，幾乎完全透明。由于其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來(lái)發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管，被業(yè)界視為將引領(lǐng)多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵材料，在移動(dòng)設(shè)備、航天航空、新能源電池等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。
自2004年面世以來(lái)，石墨烯技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)量就呈井噴之勢(shì)，專(zhuān)利布局日趨成熟。2012年，全球石墨烯專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)1829件，同比增長(zhǎng)100%。在得到高校和科研機(jī)構(gòu)青睞的同時(shí)，石墨烯也獲得了政府政策資金的大力支持。2013年，歐盟將石墨烯選入未來(lái)新興旗艦技術(shù)項(xiàng)目，計(jì)劃未來(lái)十年投入10億歐元打造石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈;韓國(guó)政府投入42.3萬(wàn)美元成立石墨烯聯(lián)盟;中國(guó)也投入2.1億元推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)化。但目前中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程面臨研發(fā)成果缺產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)、高端應(yīng)用缺技術(shù)、低端應(yīng)用缺市場(chǎng)三重挑戰(zhàn)。
在動(dòng)力電池路徑上，業(yè)內(nèi)存在諸多分歧，而相對(duì)一致的觀點(diǎn)是，至今尚未有任何一種電池技術(shù)能真正滿(mǎn)足新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的技術(shù)要求。三元鋰電池是否能取代磷酸鐵鋰電池，這依然存在諸多不確定性，況且答案未必二選一。
也許在不久的將來(lái)，鋰電池將遭遇到強(qiáng)勁的對(duì)手，利用鎂、鋁、鈉等金屬替代鋰制成電池，空氣電池或燃料電池等，都擁有很多鋰電池?zé)o法企及的優(yōu)點(diǎn)，石墨烯電池也有可能脫穎而出。目前，多項(xiàng)新型電池技術(shù)已在實(shí)驗(yàn)室中誕生，并朝產(chǎn)業(yè)化逼近，誰(shuí)將主宰沉浮還是未知數(shù)。
