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协同创新,做强中国动力电池产业

发布时间:2016-12-02 13:01浏览次数:100Tags:电子发烧友网

引言:动力电池作为电动汽车的核心部件,越来越得到国家和企业的重视。由于研发力量分散,我国动力电池产业至今缺少有国际竞争力的企业和产业群,迫切需要产学研的协同创新,集中攻关,解决瓶颈技术,获得知识产权。只有实现技术突破,才能做强中国动力电池产业,从而掌握竞争的主动权。

国内动力电池现状

今年前十月,新能源汽车动力电池配套总量达到142亿瓦时,其中纯电动车型动力电池配套量超129亿瓦时,占比91%,插电式混动车型动力电池配套量13亿瓦时,占比9%。配套电池仍以磷酸铁锂电池为主力,配套量达到101亿瓦时,占比71%,三元电池配套量仅为磷酸铁锂的三分之一为35亿瓦时。

今年前10月,已产的新能源车辆共有118家单体配套企业,其中国外企业7家,国内企业111家。前6家电池配套产量达到81亿瓦时,占57%,基本形成了龙头企业的引领作用。排名前五的动力电池企业:

目前,《汽车动力蓄电池行业规范条件》目录已发布四批,共有99家企业提出申请,57家企业进入目录。目录内企业产能已达到370亿瓦时,其中产能前十位企业的总产能为175亿瓦时,比亚迪、CATL基本满产能甚至超产能生产,其他企业产量还未达到最高产能。

我国电动汽车动力电池技术路线分为锂电池和燃料电池两种,主流还是以锂电池为主。从国内外动力电池技术发展现状看比较,国内开发的锂离子电池单体的技术水平与国外基本处于同一水平,我国动力电池出货量已经跻身国际领先行列,但在产品均匀一致性、系统集成技术、生产线自动化程度方面需加紧追赶,这个差距目前还在缩小。

动力锂电池关键技术在电芯方面,主要是正极材料的研发,需要满足高能量密度、循环性能好、安全可靠;隔膜技术壁垒较高的是多孔材料,决定电池的界面结构、内阻等,目前主要掌握在日韩企业手中;在电池Pack方面,关键技术为电池管理系统(BMS)技术,要准确检测、保护和控制电池系统,保持车与电池的通信。

从世界范围内专利申请的总量来看,我国在动力电池及其管理系统领域的专利申请数量仅次于日本和美国,排名第三。从中国国内的专利申请量来看,日本在我国拥有的专利申请数量最多,松下、丰田、三洋等知名日本企业在中国拥有数量较多的高质量的专利。国内企业中,比亚迪在动力电池技术领域的研发实力较为突出。截至2015年底,我国动力电池企业电池材料发明专利公开量最多的比亚迪达到120件,与国外知名的LG化学和三星SDI基本处于同一水平。

政策和市场推动技术升级

11月22日,工信部官网披露《汽车动力电池行业规范条件》(2017年)(征求意见稿),对动力电池(在汽车上配置使用的、能够储存电能并可再充电的、为驱动汽车行驶提供能量的装置,包括锂离子动力电池、金属氢化物镍动力电池和超级电容器等,不包括铅酸类电池)生产企业进行管理。

征求意见稿大幅抬高了锂离子动力电池单体企业产能的门槛。根据征求意见稿第八条,“锂离子动力电池单体企业年产能力不低于80亿瓦时,金属氢化物镍动力电池单体企业年产能力不低于1亿瓦时,超级电容器单体企业年产能力不低于1千万瓦时。系统企业年产能力不低于80000套或40亿瓦时。生产多种类型的动力电池单体企业、系统企业,其年产能力需分别满足上述要求。”

而此前锂离子动力电池单体企业的年产能门槛设定在2亿瓦时。门槛一下子被提高到了原来的40倍,80亿瓦时。门槛提高后,国内能达标的动力电池企业屈指可数。业内人士指出,2016年产能达到80亿瓦时的动力企业,只有比亚迪和宁德时代。

国内主流动力电池企业产能情况



倘若此政策实行,可以预计国内锂电产业将开始“两极分化”及整合,增长将主要集中在产能规模大、流动资金多、技术持续进步的企业,投机者面临淘汰出局。这将促进国内动力锂电池的技术研发和产业化技术的研发,包括系统集成技术的研发。

无论从政策还是市场考量,国内动力电池行业只有走规模化、规范化生产之路,才能更好地保证品质,降低成本,提高安全性。而只有通过排名靠前、技术实力雄厚、集中度很高的几家企业构筑起合理化生产的产业格局,我国动力电池行业才能实现长期稳定健康发展。

我国动力电池发展面临问题

我国目前汽车动力电池技术路线选择的是与美国相同的磷酸铁锂路线,但锂电池技术整体水平仍落后于美国、日本。日本电池平均能量密度要高出中国平均水平的30%-40%,充电次数也能达到中国的几倍。我国锂离子电池产业发展尚需克服以下问题。

1. 专利

磷酸铁锂的正极材料专利由美国德州大学Goodenough团队在1996年获得。加拿大H-Q和Phostech则取得其独家专利和商业授权。目前陆续发展出了敷碳、金属氧化物包覆、纳米化等改性和制备技术,藉此提高磷酸锂铁粉体的导电性,并派生出更多专利。专利问题是国内磷酸铁锂等制造企业难以避开的问题。

2.制造一致性

电动汽车所用的锂电池都是串联或并联在一起,如果一致性问题得不到有效解决,所生产的锂电池也就无法大规模应用于电动汽车。

3.安全性和寿命

大功率充放电的大容量锂离子动力电池组,在苛刻的使用条件下更易诱发电池某个部分发生偏差,从而引发安全问题。 单体磷酸铁锂电池寿命可超过2000次,但由上百块单体电池串并联后,整个电池组的寿命可能只有500次,必须使用电池管理系统(BMS)对电池组进行合理有效的管理和控制。

4.高能量和高功率兼容

锂离子动力电池虽然具有高能量密度,可使电动汽车匀速行驶更长时间,但却存在着起动时功率不够,启动加速较慢的问题。在电化学体系中只有超级电容器才能获得非常高的充放电倍率,但其能量密度只有锂电池的1/20。若不辅以超级电容,尚无理想的高容量高功率动力电池出现。

5.原材料筛选

目前用于锂电池生产的原材料不可能全部进口,主要还是取自国内。但是国内的原材料要通过国际认证,生产出的锂电池才能被国际认可,所以目前还需要解决在原材料认证环节上所存在的一些问题。

几点建议:

1. 安全第一

所有的电池都是危险品,最怕的是电池热失控、泄压、起火、爆炸。动力电池所有的一切包括设计和验证都要从安全上着手,绝对不能含糊。动力电池通常包括单体电芯、电池组、电池包、电池系统等四个层级。每个层级都有自己的特点和安全要求。要做好电池安全,需要从设计层面对应地分成四级来进行严格的设计、验证和管控,对每一层级都要做好安全管理。

2.人才培养

人才是企业的核心竞争力,要从全球视野,向国际化方向,培养和引进国际化人才。制定奖励政策和分配激励机制,大力激发人才的创新创造才能。

3.产学研协同创新

动力电池系统涉及许多学科,包括材料、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。

由于研发力量分散,我国动力电池产业至今缺少有国际竞争力的企业和产业群,尤其在三元锂电池领域,还处于加速追赶阶段。只有基于深刻的分析、理解、创新和合作,才有机会把更高性能的锂离子动力电池做得让用户放心使用。这就需要融合多学科、多领域的产学研单位,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合作探索和突破。

4. 走市场化道路

由于新能源电动汽车有极强的政策外部性,使政府成了产业化的第一推动力,但这是不可持续的,最终必须走上依托市场自行发展的轨道。政府补贴情况下的动力电池的市场表现,并未反映市场的真实情况。当政府补贴一旦撤火,还会回到原点。从中长期看,决定中国动力电池发展的首要因素,不是今天急速扩大的生产能力投入,而是持续积累的技术突破,是越来越强的产品竞争力。

5.全球布局

日韩企业,普遍在全球布局,以更好的服务于当地的汽车企业,如松下在美国与特斯拉共建超级电池工厂,LG也在美国和中国建立工厂,他们的研发机构更是遍布全球各地。

在国际化的道路上,国内企业远远落后于日韩,除了CATL与宝马等国外汽车企业有部分项目合作之外,国内企业鲜有成功走出去的案例,进不了国际主流汽车企业的供应链体系。

小结:新能源电动汽车对动力电池的要求十分苛刻,前沿竞争的核心是技术竞争,要舍得在研发上投入,只有技术实现突破,才能掌握竞争的主动权。希望国内企业,要把发展动力电池作为一个长期战略,抛弃搭便车的心理。

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