郁思慧

摘要 新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)是一種戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)復(fù)興有舉足輕重的作用。新能源汽車(chē)是一次動(dòng)力系統(tǒng)的變革，新增了電池、電機(jī)、電控“三大電”和電制動(dòng)、電空調(diào)、電轉(zhuǎn)向、電子儀表、制動(dòng)能回收、監(jiān)控系統(tǒng)“六小電”等關(guān)鍵零部件和總成，它的發(fā)展和形成將帶動(dòng)形成一條嶄新的產(chǎn)業(yè)鏈條。

關(guān)鍵詞 新能源；汽車(chē)；儲(chǔ)能；高校

中圖分類號(hào)U2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095—6363（2017）03—0016—01

在當(dāng)下，純電動(dòng)汽車(chē)因其能源效率高，來(lái)源多樣化，使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)在新能源汽車(chē)中迅速崛起。其特點(diǎn)在于，采用單一蓄電池作為動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)電池向電動(dòng)機(jī)提供電能，并用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。而作為純電動(dòng)汽車(chē)上的動(dòng)力設(shè)備的蓄電池有很多類型，且各種儲(chǔ)能方式都有自己鮮明的特點(diǎn)，沒(méi)有哪種儲(chǔ)能技術(shù)能夠一統(tǒng)天下。即便如此，鋰電池也會(huì)占據(jù)其中絕大部分的應(yīng)用市場(chǎng)，是最有發(fā)展前途的一種儲(chǔ)能技術(shù)。

1鋰電池的構(gòu)成材料及優(yōu)缺點(diǎn)分析

鋰離子動(dòng)力電池的優(yōu)點(diǎn)在于它具有單體穩(wěn)定電壓高，比能量與能量密度高，使用壽命長(zhǎng)，其重量單位儲(chǔ)能為鉛酸電池的3倍，里聚合物電池為鉛酸電池的4倍，鋰資源較為豐富，價(jià)格也不是很貴，可以說(shuō)鋰離子電池是蓄電池中最被市場(chǎng)看好的動(dòng)力電池。

它主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解質(zhì)等部分組成。目前負(fù)極材料的研發(fā)和生產(chǎn)已比較成熟。正極材料、隔膜和電解質(zhì)是鋰離子電池的核心材料，占據(jù)電池成本的70%：其中又以正極的附加值最高，約占鋰電池成本的30%。這3種核心材料的技術(shù)研究與突破，將對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的性能提升和電動(dòng)汽車(chē)的商業(yè)發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的鋰電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰及磷酸鐵鋰等，主要生產(chǎn)企業(yè)有杉杉股份，當(dāng)升科技等。目前，各企業(yè)為了技術(shù)革新，積極開(kāi)展提升比能量、安全性和循環(huán)壽命的研究。

其中，鈷酸鋰電子電池基本上用在3C產(chǎn)品電子領(lǐng)域，出于價(jià)格和安全等因素考慮，一般不做動(dòng)力電池用：而錳酸鋰離子電池，三元材料電池和磷酸鐵鋰離子電池都可以做動(dòng)力電池用。

通過(guò)觀察分析這3種離子電池的發(fā)展，不難看出，錳酸鋰路線近幾年發(fā)展得風(fēng)生水起，通過(guò)調(diào)查得知，全球代表性的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品日產(chǎn)聆風(fēng)、通用沃蘭達(dá)、豐田鋰電版普銳斯等使用的都是錳酸鋰系電池。

而以三元材料為正極的動(dòng)力鋰電池疊片式軟包裝工藝因其電流集流均勻，散熱性好，提升了電池倍率功能；采用專利技術(shù)處理的隔膜，提高了電池的安全性；特殊的隔膜材料提高了隔膜的保液能力及孔隙率，減小了電池的內(nèi)阻；且在25安時(shí)動(dòng)力電池的能量密度為160千瓦/千克，比磷酸鐵鋰電池高30%以上，大大減輕了整部車(chē)的重量，提高了電池續(xù)航能力；采用多項(xiàng)專制造工藝、粉體的前處理技術(shù)，保證了粉體混合和漿料混合的均勻性；特殊的化成工藝，保證了電池成膜的穩(wěn)定性，從而確定了電池批次間的穩(wěn)定性，提高了電池的一致性。

并且從未來(lái)角度考慮，層狀富鋰錳基材料的可逆容量有望突破250毫安時(shí)/克，在未來(lái)動(dòng)力電池發(fā)展中非常有前景。

至于發(fā)展磷酸鐵鋰，則是為改變汽車(chē)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期落后于其他國(guó)家的局面，政府為了在新能源汽車(chē)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)在“彎道超車(chē)”的愿望，在安全第一的前提下，投擲大量資金支持的項(xiàng)目。2008—2009年，國(guó)家工業(yè)與信息化部先后設(shè)立“磷酸鐵鋰正極材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”與“磷酸鐵鋰動(dòng)力電池及系統(tǒng)集成技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”重點(diǎn)專項(xiàng)，面向全國(guó)招標(biāo)，但是雖然政府大力扶持，磷酸鐵鋰離子電池的發(fā)展局面卻并不盡如人意，主要原因還是能量密度不高，體現(xiàn)在電池單元的能量密度以及電池組的能量密度上面，在確保安全的前提下，為了在電池組中放入更多的電池單元，則需要減少電池組中對(duì)電量存儲(chǔ)沒(méi)有幫助的組件的體積和重量，這也是一些中國(guó)企業(yè)正在積極進(jìn)行的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。

而負(fù)極材料則是唯一實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化的材料主要有碳類、氧化物類、合金類等，未來(lái)主要發(fā)展趨勢(shì)為鈦酸鋰，但合金負(fù)極材料若有所突破，將極大提升產(chǎn)品性能。

鋰電材料中對(duì)技術(shù)要求的高附加值材料當(dāng)屬隔膜，國(guó)產(chǎn)隔膜主要集中在低端市場(chǎng)，市場(chǎng)占比約為6%，而80%以上的隔膜需求量是由美日進(jìn)口完成，且動(dòng)力鋰電隔膜幾乎全部由國(guó)外供應(yīng)。隔膜未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)：第一，采用新工藝技術(shù)及設(shè)備技術(shù)，提高生產(chǎn)成品率，降低制造成本；第二，采用有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合技術(shù)氧化鋁、二氧化硅涂層，提高安全性能；第三，發(fā)展高熔點(diǎn)、高性能隔膜。與此同時(shí)，鋰電子電解液也將發(fā)展成高純度、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命電解液以及高安全性電解液、寬液程電解液、高壓電解液、全固態(tài)電解質(zhì)及離子液體等。

由此不難看出，鋰電子材料的迅猛發(fā)展與商機(jī)使得鋰電池成為了新能源領(lǐng)域大家關(guān)注的焦點(diǎn)。

2現(xiàn)當(dāng)代社會(huì)鋰電池的發(fā)展及展望

根據(jù)多方統(tǒng)計(jì)，2016年高鎳三元電池的研發(fā)和生產(chǎn)已呈“燎原之勢(shì)”。相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料，高鎳三元材料由于鎳元素比例的提高，在比能量上有更大的優(yōu)勢(shì)。高鎳型NCA（鎳鈷鋁）、NCM622和NCMS11是三元?jiǎng)恿﹄姵刈钪饕陌l(fā)展方向。

2018年全球鋰電正極材料預(yù)計(jì)將超過(guò)30萬(wàn)噸，其中三元材料年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到30%以上。目前車(chē)用正極材料主要是LFP，未來(lái)NCM和NCA將成為主流，2018年使用量約占80%。

2017年隔膜的市場(chǎng)格局將發(fā)生較大變化：中國(guó)鋰電新能源產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展大致是從下游往上游逐步國(guó)產(chǎn)化的。隔膜是電池材料里面還沒(méi)有大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化的材料，在電池制造成本中占比7%～8%。隔膜的利潤(rùn)水平最高，價(jià)格下降的空間也最大。制造隔膜的原材料是聚烯烴類石化產(chǎn)品，隨著油價(jià)的下跌，原材料還有降價(jià)的空間。

2017國(guó)際電池會(huì)議上，特斯拉電芯供應(yīng)鏈及商業(yè)發(fā)展首席負(fù)責(zé)人KurtKelty以及三元層狀材料電芯研究合作伙伴JeffDahn，更是分享了新型“2170”鋰電池的鎳鈷鋁（NCA）三元材料改進(jìn)等技術(shù)細(xì)節(jié)，屆時(shí)新一代鋰電池的神秘面紗將揭開(kāi)。據(jù)悉，“2170”鋰電池用于特斯拉汽車(chē)Model3上，可能將全面替代傳統(tǒng)的“18650”。

這一舉動(dòng)無(wú)異于是掀起了鋰電池界的軒然大波。特斯拉CEO馬斯克此前表示，這將是全世界最高密度且最便宜的鋰離子電池。采用2170電池后，由于同等能量下，所需電池的數(shù)量可減少約1/3，整車(chē)能量密度將得到提升，而未來(lái)有望通過(guò)大規(guī)模量產(chǎn)使得動(dòng)力電池成本降低9成。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，2170電池全面替換掉18650電池或許會(huì)掀起一場(chǎng)電池研發(fā)技術(shù)的更新浪潮。隨著Model3今年9月前大規(guī)模生產(chǎn)，相關(guān)NCA三元鋰電材料產(chǎn)業(yè)鏈公司將迎來(lái)需求爆發(fā)。

但是鋰電池行業(yè)高漲的熱度也帶來(lái)一系列危險(xiǎn)的信號(hào)。

第一大信號(hào)便是產(chǎn)能門(mén)檻提高。2016年底工信部發(fā)布的《汽車(chē)動(dòng)力電池行業(yè)規(guī)范條件》將鋰離子動(dòng)力電池單體企業(yè)年產(chǎn)能門(mén)檻設(shè)為“不低于80億瓦時(shí)”。另外，鋰電子動(dòng)力電池補(bǔ)貼也將持續(xù)減少，全面市場(chǎng)化。從個(gè)人購(gòu)純電動(dòng)車(chē)最高補(bǔ)貼12萬(wàn)元，到2016年最高補(bǔ)貼11萬(wàn)元，再到2017年最高補(bǔ)貼6.6萬(wàn)元，直至2020年補(bǔ)貼完全取消，新能源汽車(chē)將實(shí)現(xiàn)全面市場(chǎng)化。但是原料的價(jià)格卻是水漲船高，存在中低端產(chǎn)能過(guò)剩與高端產(chǎn)品供不應(yīng)求的現(xiàn)狀。其中，正極材料、負(fù)極材料和電解液都已逐步自給，由于負(fù)極材料和電解液的技術(shù)壁壘相對(duì)較低，中國(guó)企業(yè)的成本優(yōu)勢(shì)明顯在全球范圍內(nèi)擁有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。中高端隔膜材料還高度依賴進(jìn)口，但是國(guó)內(nèi)企業(yè)正逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，盈利能力較強(qiáng)。

總的來(lái)說(shuō)，不管是下一代鋰電池，還是其他二次鋰電池，技術(shù)開(kāi)發(fā)都處于一個(gè)高速發(fā)展的狀態(tài)中。這對(duì)新能源汽車(chē)的技術(shù)開(kāi)發(fā)大有幫助，也會(huì)推動(dòng)新能源汽車(chē)的應(yīng)用和普及，基于此，新能源汽車(chē)的時(shí)代即將到來(lái)。