动力电池主要为磷酸铁锂电池和三元电池吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-14 10:21
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1）新能源汽车快速发展，整个产业链如同雨后春笋般势不可挡。新能源汽车三大核心零部件中：电池、电机、电控，动力电池在整车成本中所占的比例最高，并且动力电池的好坏直接影响着整车的性能。从2014年开始动力电池一直处于供不应求的状态，因此无论国内还是国外动力电池巨头纷纷加大产能的投入。
2）国内动力电池主要为磷酸铁锂电池或三元电池。三元电池比磷酸铁锂电池的能量密度更高、标准电压更强、电芯占空间更少。同时作为电动车的“心脏”，动力电池的续航能力也是非常重要的一点。三元电池的续航里程和储能强于传统锂电池，锂电池每月衰减3%的电量，而三元电池反复使用后每月衰减力度仅为1%至2%。
3）动力电池电池包的组成主要包括电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体和电池管理系统(BMS)。通过电池管理系统(BMS)实现对电芯的管理，以及与整车的通讯及信息交换。BMS作为连接二次电池与用电器之间的重要纽带，将电池或电池组的监测及管理集于一体，从而确保电池或者电池组的安全可靠，并以最佳状态输出动力。BMS可以实现对电池的实时监控、自动均衡、智能充放电等重要功能，在有效保障电池安全的同时，可以实现对电池剩余电量的监测，是动力电池组中不可或缺的重要部件，对于电动车的正常运行意义重大。
BMS对于动力电池而言，最核心的三大功能为电芯监控、荷电状态(SOC)估算以及单体电池均衡。通过合理设计并配置BMS，不仅可以显著提高动力电池的安全性能，还可以有效提高电池的使用寿命，幅度在20%以上。
4）当前动力电池技术已经相对比较成熟，安全问题频发的关键原因，除了电池本身设计与制造方面的缺陷，更大程度上在于BMS模块的设计缺陷以及工作稳定性不佳。目前，动力电池评价主要包括电池单体、BMS、电池系统和外壳四大部分，评价关注点在于基本性能、循环性能和安全性能，BMS成为电池评价的重要组成部分。
5）动力电池发展将走向多元化。动力电池是新能源汽车行业发展的重点和核心，掌握了动力电池技术就等于拥有了新能源汽车发展的核心优势。市场对电池最关心的关键指标集中在五大方面：安全稳定性能、循环寿命、耐宽温性、充电速度和能量密度。
6) 锂电池的技术进步发展缓慢。目前锂离子电池在能量密度、高低温特性、倍率性能上，都远远高于铅酸、镍氢电池，但还是难以满足快速增长的电子产品、电动汽车等的需求。
近些年来，研究人员努力提高锂电池的能量密度(电量体积容量比)、价值、安全性、环境影响以及试用寿命，并在设计全新类型的电池。但帕瑟里尼表示，现在传统锂电池技术已接近瓶颈，进一步优化的空间有限。
7) 从目前科研成果来看，采用石墨烯材料的电池的表现比锂电池要好很多，特别是在电池的动力特性、电容量、寿命等方面。然而，中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春对记者说，“目前有关石墨烯材料的电池的技术研究大多处于实验室阶段，尚未达到实用化，离大批量生产还有很长的路要走。
8) 目前，随着电子产品的便携化发展，电池也朝小型、轻薄同时兼具高比能量的方向发展；而对于在电动汽车中的应用，高的体积比能量也意味着一定容积的电池可以装填更多的活性物质。因此在实际应用当中，比之质量比能量，体积比能量很多时候更加重要。
9)据国外媒体报道，英国两所大学研究人员发现一种新型超级电容器材料，不仅能将充电时间缩短至10分钟以内，还可将能量密度提高到180Wh/kg，高于目前锂电池普遍的100-120Wh/kg。今年1月，南京理工大学格莱特纳米科技研究所夏晖教授课题组也发现了一种可让超级电容器的电容量提高5-10倍的新材料。
10) 有的科学家称，电池技术可说是一种“混沌的艺术”。它之所以发展得那么慢，很大程度上是因为几乎每一点微小的进步或改变，都需要经过大量的实验和测试，以保证安全和稳定。即使是发现了对于提升能量密度很有帮助的材料，都不能保证它真的能用。
11）固态电池具有发展的必然性。 固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性， 同时能够更好适配高能量正负极并减轻系统重量， 实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中， 固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。
12）动力电池是电动汽车的心脏，是新能源汽车产业发展的关键。经过十多年的发展，我国动力电池产业取得长足进步，但是目前动力电池产品性能、质量和成本仍然难以满足新能源汽车推广普及需求。
1.3锂电池产业链基础知识
1）在锂电池产业链划分上，上游是锂电池材料所需的矿产资源，中游为锂电池生产厂商，下游则主要是锂电池配套应用领域，目前已被广泛应用于消费类电子产品、电动汽车、工业储能等。
2） 在上游锂电池原材料构成上，主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大部分组成。
3）从锂电池材料及电芯方面看，正极材料是锂电池的核心材料。它决定了锂电池的发展方向，也决定了电池的安全性能和能量密度大小，正极材料在电池成本中所占的比例在40%以上，因此它也决定了锂电池成本的高低。
目前已经市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品。国内新能源汽车所用的动力电池，主流的有磷酸铁锂和三元材料。磷酸铁锂电池以比亚迪为代表，三元材料以特斯拉为代表。
钴是生产锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原材料之一，中国钴金属资源量约为140万吨，但绝大多数为伴生资源，品位低生产成本高。中国的钴资源有一半以上需要进口满足。由于不能掌握钴资源，中国的钴酸锂生产商完全暴露在高钴价格之下，盈利能力受到很大削弱。
三元正极材料(NCM)结合了镍、钴、锰三种元素的特性，相比传统正极材料优势明显。三元材料尤其是NCM 拥有高比容量、高标准电压、高压实密度以及优良的低温性能等优点，且随着掺杂包覆改性和湿法隔膜涂覆的发展，其原本倍率性能差、热稳定性差、存在阳离子混排等缺点也有望得到解决，未来将逐步替代磷酸铁锂、锰酸锂等传统正极材料。三元锂电池将是新能源车未来大趋势所在，而三元正极材料尤其是国内较为主流的NCM 有望率先扬帆起航，迎来巨大发展空间。
4）负极材料技术与市场相对均较为成熟，成本比重最低，占10%左右。目前已经实际应用于锂电池的负极材料基本上都是碳素材料。
目前钛酸锂电池正在打破以石墨烯为负极的传统电池技术路线，改以钛酸锂为负极材料，钛酸锂电池有着显著特点，如快速充放电能力强，充电倍率高等。
5）电解液在电池中是作为带动锂离子流动的载体，对锂电池的运行和安全性具有举足轻重的作用。在电解液构成中，六氟磷酸锂是电解液成本占比最大的部分，约占电解液总成本的50%左右。
6） 隔膜占锂电池成本比重仅次于正极材料及电解液，技术壁垒最高，目前隔膜在我国的技术仍需提升突破。国内锂离子电池隔膜生产企业主要以干法为主，而湿法工艺在热稳定性、与电解液浸润性及热收缩性等方面优势明显，更能满足动力锂电池需要，因此随着动力电池的需求爆发，湿法替代干法的趋势已经逐步明朗。
1.4 锂电池行业基础知识
1）锂离子电池产业从90年代初诞生以来，至今已有大约30年时间，这个行业从日本垄断，到日韩争霸，到现在中日韩三足鼎立，现在逐渐开始向中国垄断的方向发展。
2）锂电池的下游需求主要来自消费类电池、动力电池和锂电储能三大领域。动力电池是指为新能源汽车、电动自行车等提供动力来源的电池，目前几乎全部采用技术相对成熟的锂电池。
3）由于我国企业在生产管理、工艺控制、生产自动化方面还与日本、韩国有一定的差距。据锂电池行业人士介绍，日本电池生产线大约有200个左右的质量控制点，整个生产流程都在湿度严格控制的环境中完成，最大程度避免了水分的影响，而我国电池生产企业受到成本、条件的影响，质量控制点一般仅有20个左右，好的企业才能达到50个，控制程度还有较大的差距。
4）笔记本电脑电池是中国锂离子厂商的另一大软肋。笔记本电脑电池相对安全性、品质一致性和其他指标方面要求很高，是各种锂离子电池中技术门槛最高的品种，也是利润率最高的种类。但到目前为止，中国许多锂离子电池厂商都无法进入笔记型电脑电池领域。中国锂离子电池厂商生产笔记型电脑电池没有优势，原因在于笔记本电脑电池品质要求甚高，无法靠“半自动化”生产来满足，所以“中国制造”的成本优势无法体现。
