浅谈中国新能源汽车动力电池产业现状

2020/3/131浅谈中国新能源汽车动力电池产业发展现状1——深圳市镭煜科技有限公司整理发布2020/3/132提纲一．前言二．动力电池产品发展现状分析三．动力电池产业链发展现状分析四．动力电池产业能力/规模发展现状分析五．个人的几点建议22020/3/133一、前言1.新能源汽车动力电池包括哪些电池？以国家科技部2001年初启动的电动汽车重大专项为依据，当时对于纯电动汽车用动力电池立了3个项目（课题）：第一、锂离子动力电池——18所蓝天电源公司承担；第二、镍氢动力电池——天津和平海湾电池公司承担；第三、燃料电池——中科院大连物化所承担。因此，新能源汽车动力电池主要包括锂离子电池、镍氢电池和燃料电池三大系列产品。2.当时立项锂离子和镍氢动力电池的技术水平①锂离子动力电池技术指标要求单体电池技术要求见表1:32020/3/134一、前言序号检验项目标准单体1外观平整、干燥、无外伤。2极性及内阻（mΩ）检测蓄电池的端压，是否与端子的极性一致。3重量(kg)1.73kg4长(mm)350mm5直径(mm)51mm6体积（L）0.715L720℃C3放电容量（Ah）其容量应不低于额定值8重量比能量（Wh/Kg）100（组合指标）9体积比能量（Wh/L）——10高倍率放电容量（Ah）其容量应不低于额定值的80%11-20℃放电容量C3（Ah）其容量应不低于额定值的70%1255℃放电容量C3（Ah）其容量应不低于额定值的95%13荷电保持能力其容量应不低于额定值的80%荷电恢复能力其容量应不低于额定值的90%14短路试验蓄电池不得爆炸、燃烧。15挤压试验蓄电池不得爆炸、燃烧。16针刺试验蓄电池不得爆炸、燃烧，允许电池变形和电解液泄漏。17过充电试验蓄电池应不漏液、不放气、不爆炸、不起火和不产生明显的变形。18跌落试验蓄电池应不漏液、不起火。19加热试验蓄电池应不漏液、不起火。20100%DOD循环寿命试验（次）蓄电池应进行200次以上循环21耐振动试验蓄电池不允许出现放电电压异常、电池壳变形、电解液溢出等现象。表1：2020/3/135一、前言组合电池主要技术指标：84只单体电池串联组成；电池组电压：210V～336V；电池的容量50Ah，实际测试数据56.97Ah；电池组比能量100Wh/Kg，实际测试数据106Wh/Kg；输出功率50KW。当时提的11、13、14、15、16、17、18、19和21的要求对今天仍有非常重要，该产品由国家科技部863办公室抽样20只单体样品和3组单元组合通过测试与项目验收。②镍氢电池几个主要技术指标：180只单体电池串联组成；电池组电压：180V～216V电池的容量：100Ah说明：燃料电池指标不详。3个产品均进行跑车试验。52020/3/136一、前言3.目前国内从事3种动力电池技术开发与产业化推进的主要企业①锂离子动力电池（见后面）②镍氢动力电池主要有：春兰集团、科力远、中炬高新、湖南神舟、湖南科霸、凯恩股份、四川宝生新能源电池有限公司、淄博正大电源有限公司、江苏奇能电池有限公司等。③燃料电池主要有：新源动力股份有限公司（分公司有江苏新源动力有限公司和上海新源动力有限公司）、上海燃料电池汽车动力系统有限公司、博信电池（上海）有限公司、北京长力联合能源技术有限公司等。62020/3/137一、前言4.从产业的角度分析新能源汽车3种动力电池经过十余年发展至今的现状状况从2010CIBF展览会数据统计看：锂离子动力电池参展企业62家，镍氢动力电池参展企业仅5家（其中还有2家是电动自行车电池），而燃料电池无1家企业参展。由此表明：锂离子动力电池经过十余年发展，在国内已经形成或初具一定的产业规模或产业基础；镍氢动力电池的产业规模发展速度远远低于锂离子动力电池；燃料电池技术门槛和从业要求很高，尚达不到产业化的阶段。★所以，本文既然讲“产业”现状，主要讲锂离子动力电池并从产品、产业链和产业能力几个方面进行现状分析。72020/3/138二、动力电池产品发展现状分析1.新能源汽车动力电池已经得到了比较广泛的试验应用典型的动力电池应用是在2008年北京奥运会和2010年世博会，其中奥运会上各种新能源汽车有601辆，世博会上各种新能源汽车有1293辆；为这些新能源汽车配套的国产（也含有进口）动力电池包括锂离子动力电池、镍氢动力电池、燃料电池等。其中：锂离子动力电池被大量采用，某公司90安时纯电动客车用锂离子动力电池系统大规模应用于2008年北京奥运会与2010年上海世博会；动力镍氢电池受到HEV新能源汽车的青睐。2008年北京奥运会，20辆领驭燃料电轿车为奥运会提供交通服务，运行总里程超7.6万公里。上海世博会有100多辆燃料电池新能源汽车。“城市千辆计划”为一些企业的动力电池应用提供了机会。锂离子电池大型企业比亚迪公司推出了新能源轿车。82020/3/139二、动力电池产品发展现状分析国内有的知名锂离子动力电池企业的样品已经在国外新能源汽车上进行跑车试验。统计长安、比亚迪、华晨、北京现代、奇瑞、通用、一汽、上海大众、吉利、天津清源、莲花、长城、众泰五洲龙、南车时代、中通客车、北汽福田、京华客车、安源汽车、安凯汽车、宇通客车、厦门金旅、东风汽车、江苏常隆、京华客车、上汽和上海万象研制的混合动力轿车、纯电动轿车、混合动力城市客车和纯电动城市客车45种车型发现：采用锂离子电池的22种，其中7种纯电动轿车和7种纯电动城市客车全部采用锂离子电池；采用镍氢电池的19种；在混合动力城市客车中采用铅酸电池的4种。92020/3/1310二、动力电池产品发展现状分析2.动力电池产品形成了完整的系列、品种和型号体系①锂离子动力电池单体按电极材料分为：钴酸锂型、锰酸锂型、氧化镍钴锰锂型、磷酸铁锂型和聚合物型；按外形结构分为：钢壳圆柱型、方形钢壳型、方形塑料壳型、软包装型等。②镍氢动力电池，典型的产品：中山中炬森莱高技术有限公司（圆柱型电池），春兰集团公司（金属壳方形电池），湖南神舟科技股份有限公司（塑壳方形电池），湖南科霸动力电池有限责任公司（塑壳方形电池）。③燃料电池，新能源汽车应用的有氢氧燃料电池、质子交换膜燃料电池、锌空气金属燃料电池等。102020/3/1311二、动力电池产品发展现状分析3.产品技术水平不断提高（仅列举几个例子）①这是某公司按国外电动汽车技术要求设计的锂离子动力电池样品的测试数据：单体壳体：方形钢壳（磷酸铁锂正极）电压：单体3.2V；单元模块16V容量：60Ah尺寸：单体163×110×126；单元模块163×395×126重量：2.23kg；8.92kg200C容量：100%（实际达110%）-200C容量：70%（实际达76%）550C容量：95%（实际达110%）20C放电容量：80%（实际达100%）常温200C搁置28d容量：90%（实际达95%）高温500C搁置28d容量：80%（实际达84%）常温贮存90d后容量：95%（实际达99%）单体重量比能量：94.71Wh/kg500次循环寿命：90.63%（0.5C放、0.3C充）112020/3/1312二、动力电池产品发展现状分析②这是某公司在2010CIBF展览会上展出的动力镍氢电池样品样品图：126QNF6（适用于HEV轿车）144V6.5Ah型HEV用镍氢动力电池2020/3/1313二、动力电池产品发展现状分析主要技术指标：6QNF6（适用于HEV轿车）7.2V6Ah；重量：1.45kg比功率大于1500W/kg；模块电池实际比能量大于45Wh/kg；常温下（20±5℃），自放电：≤20%/月；循环使用寿命，（90％DOD）大于2000次（10年）。144V6.5Ah型HEV用镍氢动力电池重量：28kg；比功率大于1500W/Kg；模块电池实际比能量大于45Wh/Kg；常温下（20±5℃），自放电：≤20%/月；循环使用寿命，（90％DOD）大于2000次（10年）。★产品技术指标的水平达到国际先进水平。132020/3/1314二、动力电池产品发展现状分析③某公司研制的燃料电池应用整车，使整车性能达到：其0至100公里加速度由19秒减至15秒；一次性充氢连续行驶里程由230公里延至300公里以上；最高时速从120公里升至150公里；此外，稳定性、可靠性也得到进一步提升。4.作为商品，用工程化和实用化来衡量动力电池（以锂离子动力电池为代表），单体电池基本满足设计技术要求，但电池组仍然存在一些突出的问题。现实的锂离子动力电池组按商品化、工程化和实用化的要求究竟存在什么问题？？？下面谈一下个人的看法与大家交流：142020/3/1315二、动力电池产品发展现状分析①缺乏实用化产品的“6种”特性，即：可靠性；维修性；保障性；测试性；安全性；环境适应性（含力学环境）。★这“6种”特性表征了产品的能力，而这种能力是设计和制造出来，并经过试验验证的。②从工程化设计的角度分析，大部分产品设计上缺乏3项设计技术，即：系统设计，系统设计是解决控制管理部件、结构部件和电堆相互之间、以及与电芯（单体）相互之间、电芯（单体）之152020/3/1316二、动力电池产品发展现状分析间相互作用和相互平衡问题；热设计技术，解决如何减少热量？如何平衡热量？如何散热？如何控制热失控？例如：国外某著名跨国公司在总结评价其3代动力电池产品时感受：评价这个是非常糟糕的，公司有可能吃大亏，这是因为在温度较高的情况下，采用锰化学材料的平板袋装电池（聚合物电解质电池）性能会受到很大影响，如果不能对电池进行有效的散热的情况下，单个CELL来说，平板电池在散热方面的性能非常好，一旦将之密集拼接在一起，整个设计问题将会很严重。又例如：另一个国际著名公司现在的混合动力系统全部为水冷式，而非空冷式；结构设计技术，解决如何便于装配？除了问题如何拆卸（便于维修）？如何从结构上导热？结构如何适应力学环境？等问题。★动力电池产品或样品品种型号较齐全、取得了可观的技术进步并有较广泛的应用，但在实用化和工程化方面同样存在一定的问题。162020/3/1317三、动力电池产业链发展现状分析燃料电池目前尚达不到产业阶段，镍氢电池产业链多年前就形成，所以主要对锂离子动力电池产业链现状进行分析。本报告仍以2010CIBF展览会数据来分析锂离子动力电池产业链发展现状。表2给出与锂离子动力电池相关的产业链统计，各个产业中的企业名录与说明分别列在表3、表4、表5、表6、表7、表8、表9、表10和表11中。必须说明的是：这些配套企业不单纯为动力电池供货，同样也为常规锂离子电池供货。此外，还有一大批参加展览的常规锂离子电池制造企业未统计在内。另：此次，参加展览的全部镍氢电池企业名单统计列在表12中。172020/3/1318三、动力电池产业链发展现状分析表2：CIBF2010展览会上锂离子动力电池产业链相关统计（不含设备、原材料、零部件等）序号产品类别企业数量说明1锂离子动力电池622磷酸铁锂正极材料59有5家重复3“三元”正极材料21有17家重复4锰酸锂正极材料19有17家重复5钴酸锂正极材料14均重复6负极材料22有4家重复7电解液10有5家重复8隔膜5有2家重复9电源管理系统11有4家重复合计155（已除去重复数）182020/3/1319三、动力电池产业链发展现状分析表3：CIBF2010展览会上锂离子动力电池厂家序号名称典型展品1中国电子科技集团第十八研究所50Ah和100Ah锂离子动力电池2中信国安盟固利动力科技有限公司1、90Ah纯电动客车用锂离子电池；2、35Ah插电式混合车用锂离子动力电池；3、8Ah混合动力车用高功率锂离子动力电池。3山东润峰集团新能源科技有限公司1、12V100Ah2、3.2V500Ah3、3.2V400Ah4、3.2V60Ah4天津力神电池股份有限公司1、16V60Ah2、3.2V60Ah3、60Ah整组合产品4、其他动力电池5武