國內(nèi)外新能源汽車動力電池發(fā)展及供求現(xiàn)狀

新能源汽車動力電池系統(tǒng)開發(fā)涉及材料、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，其關鍵技術包括電池組配技術、熱管理技術、電能管理技術和安全管理技術等。車用動力電池系統(tǒng)技術己成為電動汽車走向普及的瓶頸，需要從材料開發(fā)、電池設計、生產(chǎn)制造、系統(tǒng)集成、商業(yè)模式等多方面進行探索和突破。

1、新能源汽車動力電池的分類

新能源汽車動力電池可以分為蓄電池和燃料電池兩大類，蓄電池用于純電動汽車(EV)，混合動力電動汽車(HEV)及插電式混合動力電動汽車(PHEV);燃料電池專用于燃料電池汽車(FCV)。

1.1蓄電池

蓄電池在純電動汽車中是驅動系統(tǒng)唯一動力源，主要有鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池等。目前，鋰離子電池處于高速發(fā)展階段，在諸如日產(chǎn)Leaf、豐田普銳斯 plug-in、特斯拉Model S、通用Volt、福特Focus EV以及寶馬i3等新能源汽車上都采用鋰離子電池。此外，鋰資源較為豐富，價格也不貴，可以說鋰離子電池是蓄電池中目前最被市場看好的動力電池。4類蓄電池的性能比較見圖1。

1.2燃料電池

燃料電池是燃料與氧化劑通過電極反應將其化學能直接轉化為電能的裝置。燃料電池不需要充電，具有比能量高、使用壽命長、維護工作量少以及能連續(xù)大功率供電等優(yōu)點。另外，燃料電池汽車可達到與燃油汽車相同的續(xù)駛里程。

根據(jù)電解質的不同，燃料電池可分為堿性燃料電池、磷酸燃料電池、質子交換膜燃料電池、溶融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池5類。目前，質子交換膜燃料電池在燃料電池汽車中的應用較多，是未來新能源汽車動力電池領域極具競爭力的電池類型。

2、新能源動力電池產(chǎn)業(yè)技術概況

由于不同類型新能源汽車中，車用動力電池的使用方式有較大區(qū)別，因此對于其性能要求有較大區(qū)別。HEV有汽油發(fā)動機作為動力來源，更強調(diào)加速性能和爬坡能力，因此更注重電池的比功率(要求高達800一1200 W/kg);PHEV和EV完全以電池作為動力，更強調(diào)充電后的續(xù)駛能力，因而更關注電池的比能量(要求達到100一160Wh/kg)(見表1)。

由于各自性能、材料、成本等存在顯著差異，因此不同類型動力電池的使用前景不同。目前技術最成熟的是鎳氫動力電池，但商業(yè)化最成功的是鋰離子電池，燃料電池則被廣泛視作遠期目標。

當前，動力電池類別中增長最快的是鋰電池。2012年以來，鋰電池行業(yè)保持高速增長并加快了對傳統(tǒng)電池的替代。業(yè)內(nèi)預計，鋰電池的增長速度依然能保持年均近25%且成本會不斷下降。

近幾年來，燃料電池技術也己取得了重大進展。豐田、現(xiàn)代研發(fā)的燃料電池車也己處于上市的前夜。在國內(nèi)，上汽集團的燃料電池車處于領先地位。2010年上海世博會期間該車型被用作貴賓接待用車。2011年，在德國柏林舉行的第十一屆必比登挑戰(zhàn)賽上，上汽集團在燃料電池汽車組拉力賽中位列總分第三，僅次于豐田和奧迪。

目前，國內(nèi)外燃料電池的技術現(xiàn)狀見表2。

截止2014年12月，各大車企的燃料電池車尚處于試驗驗證狀態(tài)，只有豐田FCV一款燃料電池產(chǎn)品宣布量產(chǎn)上市。下文將以市場上發(fā)展較快的鋰動力電池為例，對其產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀進行分析。

2.1新能源汽車動力電池主流:鋰離子電池

在現(xiàn)有的新能源汽車動力電池中，鋰離子電池生產(chǎn)成本相對較低，重復充電利用非常方便，相比其他可攜帶能源具有更高的成本優(yōu)勢。因此，這類電池成為了目前最受歡迎的動力源(見表3)。

2.2鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

目前鋰離子電池的主要生產(chǎn)國是日本、韓國和中國。其中，日本和韓國占全球動力電池市場近70%，主要是因為其專業(yè)分工明確，行政壁壘較少，整車廠和系統(tǒng)集成商的系統(tǒng)集成能力遠高于中國純電動汽車生產(chǎn)商。

近年來，我國新能源汽車中使用鋰離子電池比例不斷升高，鋰電池市場空間廣闊。按照新能源汽車發(fā)展規(guī)劃路線，2015年國內(nèi)純電動汽車銷量達到50萬輛，混合動力占全部汽車銷量的30% ;2020年，純電動汽車將突破500萬輛，以混合動力為代表的節(jié)能汽車達到全部汽車銷量的75 %。

2.3鋰離子動力電池技術發(fā)展趨勢

鋰離子動力電池主要由正極材料、負極材料、電解液和電池隔膜4部分組成(見表4)。

當前正在使用和開發(fā)的鋰電池正極材料主要包括鈷酸鋰、鎳鈷酸鋰、鎳錳鈷三元材料，尖晶石型的錳酸鋰，橄欖石型的磷酸鐵鋰等。根據(jù)正極材料分類發(fā)展鋰離子動力電池路線主要有3條:改性錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰。目前鈷酸鋰依然是小型鋰電領域正極材料的主力，主要用于傳統(tǒng)3C (Computer， Communication和Consumer E-lectronic)領域等;三元材料和錳酸鋰主要用于電動工具、電動自行車和電動汽車等領域，在日本與韓國其作為動力電池的技術較成熟;磷酸鐵鋰主要在國內(nèi)的動力電池領域應用，另外還用于基站和數(shù)據(jù)中心儲能、家庭儲能、風光電儲能等領域。

鋰電池產(chǎn)品技術的發(fā)展將呈現(xiàn)如下趨勢。