常見(jiàn)的動(dòng)力電池

目前在車用動(dòng)力源方面，主要有四種技術(shù)路線：鋰離子電池、氫燃料電池、超級(jí)電容和鋁空氣電池。其中鋰離子電池、超級(jí)電容和氫燃料電池得到廣泛的應(yīng)用，而鋁空氣電池尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。能源補(bǔ)給方面，鋰離子電池、超級(jí)電容適用于純電動(dòng)汽車，但是需要外部充電，而氫燃料電池汽車則需要外部氫氣加注，鋁空氣電池則需要補(bǔ)充鋁板和電解液。就目前來(lái)看，鋰離子電池在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)還是要占據(jù)主要發(fā)展空間的。

國(guó)外動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，日本在鋰離子電池領(lǐng)域居技術(shù)領(lǐng)先地位，已制訂至2030年發(fā)展規(guī)劃，系統(tǒng)地安排研發(fā)課題，以維持長(zhǎng)期的領(lǐng)先地位，松下、NEC、索尼等著名公司都建有大規(guī)模鋰離子電池生產(chǎn)線。韓國(guó)LG化學(xué)供應(yīng)的鋰電池已驅(qū)動(dòng)超過(guò)30萬(wàn)輛電動(dòng)汽車上路，三星SDI也已成為全球主要的動(dòng)力電池供應(yīng)商，提供電池給寶馬、菲亞特、法拉利等。

幾年前奧巴馬政府曾通過(guò)經(jīng)濟(jì)刺激方案，將20億美元專門用于支持美國(guó)車用鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特斯拉汽車與松下聯(lián)手正在內(nèi)華達(dá)州興建投資20億美元的超級(jí)鋰離子電池工廠。

美國(guó)制定了動(dòng)力蓄電池研發(fā)路線，包括由金屬鋰、硅合金等材料作為負(fù)極，高電壓材料、空氣、硫作為正極的新體系結(jié)構(gòu)動(dòng)力電池，以及非鋰體系動(dòng)力電池等。

隨著中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的國(guó)外動(dòng)力電池企業(yè)在中國(guó)投資建廠。三星SDI、LG化學(xué)已經(jīng)分別在中國(guó)西安和南京合資建廠投產(chǎn)，松下大連工廠正在建設(shè)中，博世和SK也籌劃在中國(guó)建設(shè)動(dòng)力電池工廠。

國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的鋰離子電池研究項(xiàng)目一直是“863”的重點(diǎn)項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)二十多年的持續(xù)支持，大部分材料實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，由追趕期開(kāi)始向同步發(fā)展期過(guò)渡，本土總產(chǎn)能居世界第一，支撐了我國(guó)新能源汽車的示范推廣。

（1）正極采用磷酸鐵鋰材料，負(fù)極采用石墨材料，研發(fā)的50Ah能量型電池，能量密度達(dá)到136.6Wh/kg，功率密度達(dá)到1101W/kg；研發(fā)的20Ah能量功率兼顧型電池，能量密度達(dá)到106.5h/kg，功率密度達(dá)到1119W/kg。

（2）正極采用尖晶石錳酸鋰、鎳鈷錳三元混合材料，負(fù)極采用人造石墨材料，研發(fā)的25Ah軟包裝能量型電池，能量密度達(dá)到162Wh/kg；研發(fā)的35Ah能量功率兼顧型電池，能量密度達(dá)到135Wh/kg。

（3）正極采用鎳鈷錳三元材料，負(fù)極采用天然石墨/人造石墨/中間相碳微球等材料，開(kāi)發(fā)的10、15、20、28、30、45Ah的動(dòng)力電池，能量密度達(dá)到180Wh/kg；開(kāi)發(fā)的2.6Ah18650圓柱形電池，能量密度達(dá)到200Wh/kg。

在系統(tǒng)集成技術(shù)及能力方面取得較大進(jìn)展和突破。采用磷酸鐵鋰材料的動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量密度達(dá)到90Wh/kg，采用三元材料（18650圓柱形動(dòng)力電池）的動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量密度達(dá)到110Wh/kg。

在前瞻性技術(shù)研究方面，中科院先導(dǎo)計(jì)劃支持相關(guān)研究所研制出能量密度超過(guò)300Wh/kg的鋰離子電池樣品和能量密度超過(guò)500Wh/kg的鋰硫電池樣品，但循環(huán)壽命及安全性等性能指標(biāo)還需進(jìn)一步提升。

目前，我國(guó)已形成了包括關(guān)鍵原材料（正極、負(fù)極、隔膜、電解液等）、動(dòng)力電池、系統(tǒng)集成、示范應(yīng)用、回收利用、生產(chǎn)裝備、基礎(chǔ)研發(fā)等在內(nèi)的完善的鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈體系，掌握了動(dòng)力電池的配方設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)，生產(chǎn)線逐步從半自動(dòng)中試向全自動(dòng)大規(guī)模制造技術(shù)過(guò)渡。

在產(chǎn)業(yè)布局方面，中國(guó)形成了珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲、中原地區(qū)和京津冀區(qū)域?yàn)橹鞯乃拇髣?dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化聚集區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有近100家動(dòng)力電池企業(yè)開(kāi)展動(dòng)力電池的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作，有近1000億元產(chǎn)業(yè)資金投入，形成近40GWh年產(chǎn)能，技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展顯著，有力地支撐了新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

動(dòng)力電池系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

在目前的發(fā)展階段，動(dòng)力鋰離子電池還處于多種材料共存的局面。其中，磷酸鐵鋰系電池具有高性能、高安全性、低成本等特點(diǎn)，中國(guó)、韓國(guó)、歐美等國(guó)多以此體系為主，是目前的熱點(diǎn)和主流；純的錳酸鋰電池存在高溫工作時(shí)不穩(wěn)定，容量易衰減的缺點(diǎn)，但通過(guò)對(duì)純的錳酸鋰進(jìn)行改性，開(kāi)發(fā)出了高性能的三元材料，解決了錳酸鋰體系存在的問(wèn)題，日本及部分歐美國(guó)家目前選擇三元材料體系作為電動(dòng)汽車主要的動(dòng)力電池；由日本東芝公司和美國(guó)Altairnano公司開(kāi)發(fā)的以鈦酸鋰代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨負(fù)極材料的鋰離子電池，具有高功率、安全性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、適用溫度范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車動(dòng)力電池另一個(gè)可能的選擇。

綜合國(guó)內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布信息，動(dòng)力電池過(guò)渡期的持續(xù)時(shí)間約為5-10年。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)均表示動(dòng)力電池性能將在2015年前取得較大進(jìn)步，并在2020年具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。預(yù)計(jì)到2015年，在同樣成本和重量情況下，電池續(xù)航里程有望提高約一倍，達(dá)到約300公里。美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文2012年1月在底特律經(jīng)濟(jì)俱樂(lè)部發(fā)表的最新演講指出，在2015年之前，電池成本有望比2008年下降70%，約為1500元/kWh；到2020年有望降低到700元/kWh以下。日本NEDO研究所、日產(chǎn)公司等權(quán)威機(jī)構(gòu)和企業(yè)以及我國(guó)《節(jié)能與能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》征求意見(jiàn)稿）與863計(jì)劃也提出了類似目標(biāo)。

動(dòng)力電池成本的問(wèn)題除了通過(guò)降低電池制造成本外，還可通過(guò)所謂的電池梯級(jí)利用以及廢舊電池回收再利用的方式來(lái)解決。動(dòng)力電池梯級(jí)利用目前僅停留在概念階段，對(duì)于電動(dòng)汽車用過(guò)的舊電池能否繼續(xù)用在其它場(chǎng)合、用在其他場(chǎng)合的效果如何以及怎樣才能找到最佳的使用方式，目前還沒(méi)有科學(xué)依據(jù)的支持。但已經(jīng)存在的一些事實(shí)還是給梯級(jí)利用這種方式留下了許多待回答的難題，例如：新電池尚且存在一致性的問(wèn)題，舊電池的一致性分化規(guī)律又會(huì)如何；舊電池和新電池的壽命衰減曲線的差異問(wèn)題；舊電池在其他場(chǎng)合使用前重新檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)特別是安全標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題；在同一場(chǎng)合使用新電池或舊電池的綜合成本評(píng)估的問(wèn)題，等等。廢舊電池回收再利用是降低電池使用成本的一個(gè)有效的方式，由于動(dòng)力電池目前還沒(méi)有進(jìn)入大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用階段，這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有引起足夠的重視。

動(dòng)力電池的充電網(wǎng)絡(luò)是電動(dòng)汽車應(yīng)用的一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，可采用的技術(shù)路線是充、換電的方式，這兩種方式基本上已覆蓋了動(dòng)力電池對(duì)充電的需求。充電的方式寄希望于能以最快的時(shí)間完成對(duì)電池的充電，但必須以不顯著損傷電池的壽命為前提；換電的方式則可以慢充的方式進(jìn)行。在當(dāng)前電池技術(shù)條件下，越快速的充電越不利于電池壽命，快充技術(shù)可行性較差，而快換技術(shù)是提供快速電能補(bǔ)給的可行方案。

未來(lái)車用動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)

2020年，技術(shù)提升階段。新型鋰離子電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，能量型鋰離子電池單體比能量達(dá)到350Wh/kg，能量功率兼顧型動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到200Wh/kg。動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)智能化制造，產(chǎn)品性能、質(zhì)量大幅度提升，成本顯著降低，純電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性與傳統(tǒng)汽油車基本相當(dāng)，插電式混合動(dòng)力汽車步入普及應(yīng)用階段。

2025年，產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段。新型動(dòng)力電池技術(shù)取得顯著進(jìn)展。動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，形成2～3家具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型動(dòng)力電池公司，國(guó)際市場(chǎng)占有率達(dá)到30%。固態(tài)電池、鋰硫電池、金屬空氣電池等新體系電池技術(shù)不斷取得突破，比能量達(dá)到400Wh/kg以上。

2030年，產(chǎn)業(yè)成熟階段。新體系電池實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，電池單體比能量達(dá)到500Wh/kg以上，成本進(jìn)一步下降；動(dòng)力電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)節(jié)能與新能源汽車將以普及應(yīng)用插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)企業(yè)等新能源汽車為主要任務(wù)，迫切期待動(dòng)力電池降低成本、提高性能。研發(fā)新型鋰離子電池和新體系電池、提升動(dòng)力電池智能制造水平、完善驗(yàn)證測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)體系，既是我國(guó)節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展需求，也是我國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展的關(guān)鍵任務(wù)，具有緊迫性。