国内外新能源汽车动力电池发展及供求现状
来源：宝鄂实业
2019-04-09 09:41
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新能源汽车动力电池系统开发涉及材料、化学、机械、热力学、传热学、流体力学、电学、系统与控制多个学科，其关键技术包括电池组配技术、热管理技术、电能管理技术和安全管理技术等。车用动力电池系统技术己成为电动汽车走向普及的瓶颈，需要从材料开发、电池设计、生产制造、系统集成、商业模式等多方面进行探索和突破。
一、新能源汽车动力电池的分类
新能源汽车动力电池可以分为蓄电池和燃料电池两大类，蓄电池用于纯电动汽车（EV），混合动力电动汽车（HEV）及插电式混合动力电动汽车（PHEV）；燃料电池专用于燃料电池汽车（FCV）。
1、蓄电池
蓄电池在纯电动汽车中是驱动系统唯一动力源，主要有镍镉、镍氢和锂离子电池等。目前，锂离子电池处于高速发展阶段，在诸如日产Leaf、丰田普锐斯plug-in、特斯拉Model S、通用Volt、福特Focus EV以及宝马i3等新能源汽车上都采用锂离子电池。此外，锂资源较为丰富，价格也不贵，可以说锂离子电池是蓄电池中目前最被市场看好的动力电池。4类蓄电池的性能比较见图1。
2、燃料电池
燃料电池是燃料与氧化剂通过电极反应将其化学能直接转化为电能的装置。燃料电池不需要充电，具有比能量高、使用寿命长、维护工作量少以及能连续大功率供电等优点。另外，燃料电池汽车可达到与燃油汽车相同的续驶里程。
根据电解质的不同，燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、溶融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池5类。目前，质子交换膜燃料电池在燃料电池汽车中的应用较多，是未来新能源汽车动力电池领域极具竞争力的电池类型。
二、新能源动力电池产业技术概况
由于不同类型新能源汽车中，车用动力电池的使用方式有较大区别，因此对于其性能要求有较大区别。HEV有汽油发动机作为动力来源，更强调加速性能和爬坡能力，因此更注重电池的比功率（要求高达800一1200 W/kg）；PHEV和EV完全以电池作为动力，更强调充电后的续驶能力，因而更关注电池的比能量（要求达到100一160Wh/kg）（见表1）。
由于各自性能、材料、成本等存在显著差异，因此不同类型动力电池的使用前景不同。目前技术最成熟的是镍氢动力电池，但商业化最成功的是锂离子电池，燃料电池则被广泛视作远期目标。
当前，动力电池类别中增长最快的是锂电池。2012年以来，锂电池行业保持高速增长并加快了对传统电池的替代。业内预计，锂电池的增长速度依然能保持年均近25%且成本会不断下降。
近几年来，燃料电池技术也己取得了重大进展。丰田、现代研发的燃料电池车也己处于上市的前夜。在国内，上汽集团的燃料电池车处于领先地位。2010年上海世博会期间该车型被用作贵宾接待用车。2011年，在德国柏林举行的第十一届必比登挑战赛上，上汽集团在燃料电池汽车组拉力赛中位列总分第三，仅次于丰田和奥迪。
目前，国内外燃料电池的技术现状见表2。
截止2014年12月，各大车企的燃料电池车尚处于试验验证状态，只有丰田FCV一款燃料电池产品宣布量产上市。下文将以市场上发展较快的锂动力电池为例，对其产业化现状进行分析。
1、新能源汽车动力电池主流：锂离子电池
在现有的新能源汽车动力电池中，锂离子电池生产成本相对较低，重复充电利用非常方便，相比其他可携带能源具有更高的成本优势。因此，这类电池成为了目前最受欢迎的动力源（见表3）。
2、锂离子动力电池产业现状
目前锂离子电池的主要生产国是日本、韩国和中国。其中，日本和韩国占全球动力电池市场近70%，主要是因为其专业分工明确，行政壁垒较少，整车厂和系统集成商的系统集成能力远高于中国纯电动汽车生产商。
近年来，我国新能源汽车中使用锂离子电池比例不断升高，锂电池市场空间广阔。按照新能源汽车发展规划路线，2015年国内纯电动汽车销量达到50万辆，混合动力占全部汽车销量的30% ；2020年，纯电动汽车将突破500万辆，以混合动力为代表的节能汽车达到全部汽车销量的75 %。
3、锂离子动力电池技术发展趋势
锂离子动力电池主要由正极材料、负极材料、电解液和电池隔膜4部分组成（见表4）。
当前正在使用和开发的锂电池正极材料主要包括钴酸锂、镍钴酸锂、镍锰钴三元材料，尖晶石型的锰酸锂，橄榄石型的磷酸铁锂等。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。目前钴酸锂依然是小型锂电领域正极材料的主力，主要用于传统3C （Computer， Communication和Consumer E-lectronic）领域等；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LiMnO₂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%，而钴酸锂将下降至25% 。
4、国外新能源汽车车载锂电池厂商及其产品供求现状
2012年起，各大车企都陆续上市了PHEV和HEV。PHEV方面，继丰田2012年1月开始销售“普锐斯PHEV”之后，2012年秋季至2013年初，本田推出新款雅阁的PHEV款、福特推出C-MAX Energi和Fusion Energi、沃尔沃上市V60 PHEV等。HEV方面，德国厂商开始逐渐全面推出产品。2012年，宝马上市ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3戴姆勒上市E400 Hybrid和E300 B1ueTEC Hybrid大众上市“捷达混合动力车”。
与此同时，车载锂离子充电电池市场也开始形成，引领市场发展的正是EV用锂电池。这是因为以日产的聆风为首，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相继上市的结果。
