新能源汽车及其电池的发展简介

出处: 学修网 发布于:2022-02-26 06:47:46浏览(8430)

新能源汽车及其电池的发展简介


一、混合动力车

2006年,混合动力车的市场份额占日本全部新能源汽车销量的94.2%。

美国2001—2007年混合动力汽车销售数据来看,其复合增长率达到58.4%,处于高速增长期。奥巴马就任后宣布,到2015年,美国混合动力汽车的保有量将超过100万辆。

万钢:“到2012年,国内有10%新生产的汽车将是节能与新能源汽车。”照此推算,2008年中国汽车产量约为930万辆,即使2012年产量增至1000万辆,新能源汽车也将达到年产100万辆的规模。按每辆混合动力轿车电池成本5万元,正极磷酸铁锂材料50公斤,负极材料40公斤,电解液40公斤计算。100万辆混合动力汽车将带动5万吨正极材料,4万吨负极材料,4万吨电解液的需求。而如果按客车计算,这一数值还将提高3倍——每辆混合动力客车的电池需求是轿车的4倍。目前,中国汽车保有量已达到6289.3万辆,如果未来每年有10%的车辆更换动力电池,又将创造出一个更具想象空间的市场。

科技部“十城千辆”计划最直接的受益者之一莫过于福田汽车的欧V客车,其与北京公交集团签订了800辆混合动力客车整车及底盘的采购协议,这也是迄今国内数量最大的一笔新能源汽车采购订单。

福田集团北京客车分公司副总经理刘国强透露,目前福田混合动力客车已形成了2000台/年的整车加底盘的产能,占欧V客车总产能的四成,2009年产量预计为1200台。“2009年客车计划总销量3950台,混合动力客车将占到近30%。”刘国强表示,现阶段新能源客车的推广一定要有政府支持。“车辆运营企业购买混合动力客车仍有顾虑,如能否通过节能收回额外投资?能否维持运营等?”欧V普通客车约为40万元/辆,而混合动力客车为90万元/辆,纯电动客车则为150万元/辆,政府此次对混合动力客车的补贴为25-30万元/辆。按此标准,车辆运营企业购买混合动力客车至少要比普通客车多付出20万元。

在电机制造环节上,中国南车下属的南车株洲电力机车研究所有限公司的技术最成熟,“发源于动车组的技术,比较可靠,大部分汽车厂商在关键部件选购上都用其产品。”在电池采购上,福田的欧V客车目前采用的是日本日立车辆能源公司的锰锂电池。

二、电池

虽然镍氢电池由于技术成熟度和成本上的优势,在短期内仍将是混合动力汽车的首选动力,但由于其比能量低和记忆效应的缺点,在成本问题解决后,锂电池将成为纯电动汽车和插电式混合动力汽车的主要动力选择。

锂电池成本之所以高于镍氢电池,主要原因就在于其正极材料使用的是以贵金属钴为原料的钴酸锂,锰酸锂和磷酸铁锂由于成本优势更为明显,正逐步成为锂电池的主要发展方向。也即,锂电池之战主要在锰酸锂与磷酸铁锂之间展开。

磷酸铁锂的成本也要低于锰酸锂。但其致命弱点则是“导电性”不好,目前解决这一问题的主流技术有用导电碳包覆颗粒、用金属氧化物包覆颗粒、用纳米制程让颗粒微粒化等。若该问题得到有效解决,磷酸铁锂的巨大优势将促其成为车用电池的首选材料。

目前,国内在锰锂电池生产领域,中信国安下属子公司盟固利研发的动力锰锂电池,已通过国家安全检测,并经过两三年示范运行,成为配套2008年北京奥运会电动汽车的唯一电池。

磷酸铁锂电池方面,除比亚迪外,比克电池也有生产。此外,咸阳偏转控股子公司咸阳威力克技术也相对成熟,但缺乏资金批量生产。

在锰锂电池中,二氧化锰比较活跃,高温状态下氧化为四氧化三锰,过程中有可能存在安全隐患。

但是,锰锂电池对温度环境要求较高,55摄氏度以上就不能工作了,需要用空调系统冷却。值得欣慰的是,在广东行驶的30辆混合动力客车,并没有出问题。

目前国内车用锂电池组装技术并不成熟,关键问题是没有成熟的电源管理系统,如果一节单体电池烧毁,整个电池组都有烧毁的危险。目前看来,解决这一问题是解决中国汽车锂动力电池产业化发展的重中之重。据介绍,福田欧V混合动力客车的锂电池电源管理的关键技术是由美国易登公司提供。

车载动力电池的成本占混合动力汽车总成本的30%-50%,是产业链中利润最丰厚的环节,但目前国内能够真正工业化生产汽车动力电池的厂家几乎没有。

国内呼声最高的比亚迪公司声称,该公司 2015年实现汽车产销量中国第一、2025年全球第一。王传福表示,2020年将是电动车的天下,比亚迪掌握了电动车的核心技术。

如果世界原油价格继续下跌,原油进口成本降到20美元附近,汽油价格估计也要2元/升左右,加上0.8元的税,实际成本要2.8-3元/升,即便未来汽车百公里耗油量达到5升,成本也要15元以上。而目前电动汽车百公里耗电量是16度,按照每度电0.7元计算,成本不过10元。

这并没有考虑电池成本。但由于锂电池技术的进步,电池组循环寿命已超过1000次,每千瓦时电池的成本低于3000元。锂电汽车在10年内用电成本约为1万元。传统燃油车在10年内的加油费用至少8万元。即使10年内更换一次电池,使用成本多花7.2万元,总共8.2万元。两种车的使用成本基本相同。

三、电池材料

1、磷酸铁锂

     2000年左右,有机构发现在磷酸铁锂表面包裹一层碳后可以改善导电性。2002年,麻省理工学院的几个教授发现在锂的位置上掺杂高价位元素,可以大幅度提高电导率,基本与钴酸锂和锰酸锂相当。美国的A123公司便是建立在此合成技术专利基础之上。

  此外,美国Valence公司提出了三价铁碳热还原合成磷酸铁锂的方式。

中国磷酸铁锂的合成方式也不同,如比亚迪磷酸铁锂电池正极材料的供应商天津斯特兰公司,磷酸铁锂正极材料是由碳酸锂、磷酸二氢氨、草酸亚铁合成。其路径是不掺杂高价位元素,而是将锂减少,留出锂的空位,进一步提高了导电性。

斯特兰曾就专利的使用问题与国外机构多次磋商,其总经理段镇忠介绍,“从目前谈判的情况看,我们磷酸铁锂的合成技术不侵权,从化学上来说,只要磷酸铁锂的分子式一公开,有化学常识的人都可以去合成。所谓侵权是指使用磷酸铁锂作为电池材料。”据介绍,现在国际上专利权的诉讼点是,“将磷酸铁锂材料用在电池生产上”。从2000年开始,围绕这一专利问题,有好几个官司在诉讼。

全球磷酸铁锂电池正极材料的主要生产厂商来自于美国的Valence、A123和天津斯特兰。两家美国公司合计产能在1000吨左右,生产基地都在中国,但都不对国内客户提供电池材料。

2008年,斯特兰将具备2000吨/年的产能,成为全球第一的磷酸铁锂电池正极材料供应商。同时计划在2010年将产能扩张到4000吨/年。

此外,烟台卓能、北京锂先锋、苏州恒正、北大先行、合肥国轩、深圳贝特瑞、新乡华鑫、新乡创佳等公司都在从事磷酸铁锂材料的生产,但产能难与斯特兰相比。

段镇忠介绍,2007年全球磷酸铁锂正极材料的需求只有700吨,2008年增长到1800吨。从新能源汽车发展带动的增量上来看,每辆混合动力轿车需用磷酸铁锂正极材料50-100公斤,纯电动轿车和混合动力客车需用磷酸铁锂材料200公斤左右。一辆电动自行车的磷酸铁锂用量是1公斤,按2008年2000万辆的销量计算,如果铅酸电池全部被磷酸铁锂电池替代,则磷酸铁锂材料需求每年将增加两万吨。段镇忠认为,未来磷酸铁锂最大的需求会来自于太阳能、风力、水力的大型储能设施,“要比电动自行车、电动汽车的用量大多了,而目前还在用铅酸电池。”

2010年国内混合动力汽车产业化的初期,磷酸铁锂的年需求量将超过1.5万吨。而根据A123的预测,到2010年,全球磷酸铁锂的供给缺口将达到10万吨,严重供应短缺。

2、负极材料

与正极材料相比,负极材料占锂电池成本比重较低,而且国内已经实现产业化,行业前三甲企业是深圳贝特瑞、上海杉杉、长沙海容,基本能够满足国内市场的需求。

深圳贝特瑞是国内锂电池碳负极材料标准制定者。其碳负极材料产能是6000吨/年,价格为6万元/吨左右,市场占有率高达80%,居全球第二。客户包括松下、日立、三星、TCL、比亚迪等130多家厂商。2008年,贝特瑞收购了天津铁诚公司,使其碳负极材料成本下降30%。

杉杉股份是贝特瑞的一大竞争对手。杉杉股份在1999年开始涉足电池负极材料时采用CMS(中间相炭微球)技术,之后为降低成本转用人工石墨和天然石墨,此后,因为电池循环放电次数不高,又回到了CMS的技术上。目前,杉杉股份的CMS价格每吨在10万元以上,年产能为1200吨。

3、电解液

除杉杉股份外,国内主要生产电解液的企业还有华荣化工、珠海赛纬电子、天津金牛、汕头金光、广州天赐。

华荣化工、珠海赛纬电子定位高端市场,其他企业只能做中低端市场。

电解液主要原材料为六氟磷酸锂,占电解液成本的50%左右,其生产成本为10万元/吨,售价为40万元/吨,毛利率高达75%,国内却没有企业能够生产。目前市场被关东电化学工业、SUTERAKEMIFA、森田化学等几家日本企业垄断。

江苏国泰控股子公司华荣化工是全国最大的锂电池电解液生产商。据华荣化工董事长蒋德生介绍,2008年实际产量3000吨,是第二名的两倍。到2010年产能达到5000吨/年,有可能成为全球最大的生产企业。

锂电池对电解液要求比较高,但目前用量却很少。比如一块手机电池只用3克,比重很小,2000吨电解液可供生产6亿块手机电池。汽车动力电池可就不一样了,一辆车就要40公斤。

4、碳酸锂

磷酸铁锂中的锂含量约为4.4%,碳酸锂中的锂含量为18.9%,以此推算生产1吨磷酸铁锂所需的碳酸锂为0.23吨。相对于政府规划,假设车载电池全部为磷酸铁锂电池,2012年磷酸铁锂需求达到5万吨,则需要碳酸锂1.15万吨,加上其他行业,总需求不超过3万吨,相对于国内产能,该行业在2012年之前都是过剩的。

国内碳酸锂资源目前主要被中信国安、西藏矿业掌控,但这两家企业只限于工业级碳酸锂,电池级碳酸锂则由天齐锂业、尼科国润供应,其中天齐锂业技术最成熟,是行业标准制定者,约占国内60%的市场份额。斯特兰的碳酸锂原料便来自电池级碳酸锂厂商。

5.隔膜材料

隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料,毛利率维持在70%以上,占锂电池成本的20%-30%。隔膜价格居高不下,也是影响锂电池应用的重要原因之一。国内能生产隔膜的企业仅有星源科技、金辉高科两家技术相对成熟,市场供应量严重不足,大部分依赖进口,市场主要被日本旭化成工业、东燃化学,及美国Celgard把持。隔膜具有典型的“高技术、高资本”特点,而且项目周期很长,投资风险较大,国内企业的投资热情并不高。

声明:本文为原创文章,如需转载,请注明来源学修网