[摘要]全球新能源汽车真正兴起是在2012年,当时,以日产的聆风为首,三菱汽车的i-MiEV、丰田iQ、特斯拉的Model S和宝马i3等配备锂电池的EV相继上市,也正因为此,车载锂离子动力电池市场也开始形成。
全球新能源汽车真正兴起是在2012年,当时,以日产的聆风为首,三菱汽车的i-MiEV、丰田iQ、特斯拉的Model S和宝马i3等配备锂电池的EV相继上市,也正因为此,车载锂离子动力电池市场也开始形成。
而随着电动汽车全面投放市场,各家汽车厂商所使用的电池厂商阵容也变得丰富与明朗起来。
动力电池应用差异化“渐显”
在车载锂离子充电电池领域,除了独立厂商韩国LG化学、三星和日立外,还有AESC,Lithium Energy Japan,Primearth EV Energy(PEVE)和Blue Energy等与汽车厂商合资成立的车载电池公司,并己向多家汽车厂商供货。如,松下2012年起为福特的Fusion Hybrid和Fusion Energi分别供货5Ah单元和20.5Ah单元锂离子充电电池;此外,松下还为特斯拉汽车的EV "Model S”和"Model X”供货镍钴铝酸锂18650单体锂电池。
日本电池厂商东芝的车载锂离子充电电池负极材料采用钛酸锂,具有安全性高、寿命长、低温特性出色的特点。缺点是单元的平均电压只有2. 5 V左右,比以往的锂离子充电电池低1 V以上。因此,配备200-400V高电压电池组的EV需要大量串联电池单元,电池行业认为“难以采用”。但实际上,该单元除了己经用于三菱汽车的i-MiEV和MINICAB MiEV的部分车型上,本田的“飞度EV”也己采用,因为该电池的SOC即使在变动较大的范围内使用也很少发生劣化,低温特性较高、电池的极限值高等特点也适合EV使用。
在独立的日本厂商中,日立车辆能源除了为通用的HEV "LaCrosse”和“Regal”供货外,还为日产新一代HEV供货。
美国厂商方面,美国A123Systems(被万向集团收购后更名B456 Systems)的锂离子充电电池用于宝马的ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3、美国菲斯克汽车的PHEV "Karma”以及新款EV "Spark EV”上。A123 Systems的锂离子充电电池的特点是,正极材料采用磷酸铁锂( LFP),向宝马供货圆筒型单元,向菲斯克和通用供货层压型单元。
随着锂电池产品的研发与应用,各公司在电池组设计方面的思想逐渐出现差异。丰田、日产和本田等日本厂商的电池组趋于采用空冷式,并尽量简化构造从而降低成本,而欧美厂商大多倾向于采用水冷式,并以特定的小范围管理单元的充电状态和温度。其中,德国厂商表现出了使单元容量和外形尺寸等标准化,从而实现各车型通用的想法。而丰田等仍然坚持认为,不同车辆的配备空间各不相同,应该从多种单元中选择最合适的产品配备,实现单元的标准化比较难。
未来技术趋势预测
根据正极材料分类发展锂离子动力电池路线主要有3条:改性锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。
三元材料和锰酸锂主要用于电动工具、电动自行车和电动汽车等领域,在日本与韩国其作为动力电池的技术较成熟;磷酸铁锂主要在国内的动力电池领域应用,另外还用于基站和数据中心储能、家庭储能、风光电储能等领域。
锂电动力电池产品技术的发展将呈现如下趋势:
(1) 钴酸锂将逐渐被三元材料替代。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点,具有价格优势。虽然特斯拉旗下首款车型Roadster推出时使用的是18650钴酸锂电池,但其第二款量产车型Model S使用的是松下定制的三元材料电池,即镍钴铝三元正极材料电池。钴酸锂电池成本高的特征在特斯拉前后两款车型的对比中表现得十分明显。Model S使用的电池数量达到8000节以上,比Roadster高出1000多节,但是成本却下降了30%。目前,高性能动力锂电池用NCM三元材料己在国外大量使用,但中国企业尚无量产产品出现。
(2) 锰酸锂占比将上升。相对于钴酸锂正极材料,锰酸锂具有原料丰富、价格低廉及无毒性等优点。层状锰酸锂LiMnO用作锂离子电池正极材料的缺点是虽然容量很高,但在高温下不稳定,而且在充放电过程中易向尖晶石结构转变,导致容量衰减过快。锰酸锂材料的应用集中在消费类电池市场,动力电池以电动自行车电池为主。
(3) 磷酸铁锂仍存较大技术提高空间。磷酸铁锂正极材料的低温性能和倍率放电己经可以达到钴酸锂的水平,目前同样是有希望的动力电池材料。但是受制于技术瓶颈,磷酸铁锂电池一致性和单位能量密度较低。在国内,己有较为成熟的磷酸铁锂储能系统,但目前中国磷酸铁锂材料产业化的发展仍低于发达国家的水平。
在动力电池正极材料产业领域,中、日、韩、美动力电池企业采用不同的材料体系;中国企业以磷酸铁锂为主,日韩企业以锰酸锂和三元材料为主。预测到2015年底,全球三元材料在正极材料中的占比将上升至35%,锰酸锂占比将上升至30%。
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