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浅谈锂电池核心部件及技术发展方向



  动力锂电池作为新能源汽车的核心部件,随着新能源汽车的迅速发展,其产业规模也与之增长,成为电动汽车市场翘楚。

  随着电子产品和新能源汽车的发展,消费者对电源和储能的需求日益增大,锂电池逐渐取代铅酸电池,大量应用于电子、新能源汽车和储能领域。此外,政府对节能环保要求的提高,相关利好政策陆续出台,锂电池的空间有望进一步扩大。根据起点研究院(SPIR)预计,2020全年的装机量将达到60GWH以上,与去年持平。到2025年中国汽车动力锂电池装机量将达到232GWH,相比2020年增长超过3倍。

  动力锂电池是指应用在动力驱动系统上的锂电池,比如电动工具锂电池、地质勘探、环境监测、车模、航模、无人机锂电池、自平衡车锂电池等。相对于普通的消费类的锂电池,动力锂电池的要求一般更为特殊,高能量密度,高体积能量比,宽温度范围,支持高倍率放电,循环寿命更长,更安全。

  动力锂离子电池能量密度高、寿命长等优点使其成为最具实用价值的新能源电动汽车车用电池候选者,而在动力锂离子电池生产过程中,其相关性指标(安全性、容量、内阻、循环寿命等)却互相矛盾,因此电池生产需在装配技术、电池系统成组技术及管理技术的协调下兼顾电极材料、电解液、隔膜的性能,从而使得电池的相关性指标最大程度上发挥协同效应。

  虽然电动车市场转暖,但竞争也愈加激烈,尤其是围绕决定电动车性能最核心的部件动力电池的竞争。作为电动汽车的关键零部件,动力锂电是影响整车性能、成本及用户使用体验的关键部件之一,也是整车成本中占比最大的零部件,其成本占整车成本的一半。

  未来几年,随着传统燃油车企业加大对新能源汽车领域的布局,全球动力锂电池市场需求量将保持高速增长的态势。同时,受新能源补贴政策影响,动力锂电池企业的成本压力逐渐提高,国内外主流的动力锂电池企业纷纷宣布大幅扩产,以提高公司产销规模,扩大规模化效应,降低单位产品的生产成本,以应对新能源产业的快速发展。

  从技术发展的角度来看,车用动力电池技术是制约电动汽车产业化进程的瓶颈技术。随着电动汽车产业化进程逐步深入,各国及重点企业均加大力度发展动力电池产业,基于新材料和结构的高比能动力电池技术已经成为各国竞争焦点,大力提升目前车用动力电池安全性、寿命、低温特性,降低成本是产业技术发展的方向。

  受疫情影响,国内锂电池企业今年一季度均表现欠佳,2020年一季度,我国动力电池装机量累计为5.7GWh,同比下滑53.8%。同时全球动力电池产业格局变化,也反映出动力电池市场竞争在加剧。

  动力锂离子电池在锂电池众多细分种类的应用中占据着较为重要的地位。为鼓励推广新能源的应用,国家相继出台政策刺激动力锂离子电池下游新能源汽车行业,使得近年来发展迅猛的新能源汽车带动动力锂离子电池行业的快速发展。

  2015年10月30日,工业和信息化部正式发布《<中国制造2025>重点领域技术路线》提出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车、智能网联汽车是国内未来重点发展的方向,井分別提出了2020年、2025年的发展目标。

  随着新能源汽车在家庭用车、公务用车和公交客车、出租车、物流用车等领域的大量普及,2020年中国新能源汽车的年销量,将达到汽车市场需求总量的5%以上,2025年增至20%左右。在国家碳排放总量目标和一次能源替代目标需求下,2030年新能源汽车年销量占比将继续大幅提高,规模超过干万辆。

  在国内外纯电动车和插电式混合动力车取得较快发展的同时,混合动力车辆,特别是微混车辆等各种节能汽车也在国际上得到快速发展。为了适应各国对汽车节能减排不断提高的要求,达到降低燃油消耗,促进燃油效率提升和CO2减排的功能,又能满足各类客户对车辆性价比的需求,微混车辆正加快向轻混车辆发展。轻混车辆要求电池能提供更高的能量,甚至功率。于是,车用48V电源系统正在得到加速发展与应用,而且是锂离子电池可能显示优势的又一扩展应用领域和发展机遇。

  到2019年,中国新能源汽车产业刚好十年,实现了产业化和规模化的跨越式发展。锂电池成为电动汽车主要的技术突破方向。另外,电动车需求的迅速上升使得动力锂电池需求量大幅上升,锂电经过了长时间的沉淀与技术革新,无论生产还是销毁过程均对环境危害较小,符合当前社会发展的诉求,所以锂电成为了当今新一代能源的核心重点。就中期来看,当前运输技术的升级是环球应用科技升级的核心,动力锂电池作为运输技术升级不可或缺的配套产品,在未来3-5年预计将有极大的发展。

  锂离子电池技术进步,主要来自关键电池材料创新研究与应用进展,通过新材料的开发进一步提高电池性能,提高质量、降低成本、改善安全性。为满足下游应用对电池能量密度提升的要求,一方面通过采用高比容量的材料,另一方面可通过提高充电电压,采用高电压材料。

  从近中期来看,在优化现有体系锂离子动力电池技术满足新能源汽车规模化发展需求的同时,以开发新型锂离子动力电池为重点,提升其安全性、一致性和寿命等关键技术,同步开展新体系动力电池的前瞻性研发。

  而从中远期来看,在持续优化提升新型锂离子动力电池的同时,重点研发新体系动力电池,显著提升能量密度,大幅降低成本,实现新体系动力电池实用化和规模化应用。

  随着新能源汽车的快速发展,我国动力电池退役将渐成规模,回收处理紧迫性凸显,车用动力锂电池退役后,目前主要回收途径包括梯级利用和拆解回收。

  中国生态环境部固体废物与化学品管理技术中心总工程师韦洪莲28日表示,到2020年,中国退役锂电池累计约为20万吨。预计到2025年,中国动力锂电池退役量超过73万吨,其中70%可梯次利用,市场规模超过200亿元人民币。

  新能源汽车推广将成为长久的发展趋势,对动力锂电池的需求也将持续释放。随着旧电池报废将带来更换需求,预计到2025年,中国动力锂电池退役量超过73万吨,其中70%可梯次利用,市场规模超过200亿元人民币。

  要开展梯次利用,首先要了解退役电池的品质和安全性能。电池企业要建立大数据追溯系统平台和对电池检测评价方法。大数据要包括电池单体研发生产数据、电池包研发生产数据、电池包车载运行监控数据等。通过大数据对退役电池进行健康评价,以确定电池能否进入梯次利用市场。

  要实现梯次利用,需要重视电池单体和电池包的标准化,在一个企业内部尽可能采用较少规格的单体电池,既可以提高生产自动化水平以降低成本和提高产品一致性,又便于今后梯次利用时的拆解和重组。因此,在动力电池设计阶段就要为后续的梯次利用和拆解回收做准备。

  尽管我国动力锂电池回收产业链正加速形成,但依然面临着政策法规支撑力和约束力不够、回收体系相对混乱和回收成本高企等挑战。在接受记者采访时,业内专家建议,加快建立可全程监控的良性回收体系,同时建立相应处罚机制,避免电池流入非正规渠道。

  我国电动汽车已经进入产业化阶段。2018年我国电动汽车销量已达到125万辆,继续成为全球最大电动汽车市场。动力锂电池市场需求巨大,但行业竞争激烈,行业的整合正在持续进行中,市场将进一步向优势企业集中。未来三到四年,将是动力电池产业链上下游企业最为艰难的一段时间,尤其是在降本压力上,上下游企业将面临前所未有的挑战,这需要整个产业链协作配合共渡难关,企业要快速扩大规模,并通过产品性价比综合优势占领市场份额。

  当前锂电池行业主要处于以技术进步驱动为主的上升阶段,技术与成本的现状与目标寄望还存在一定差距。动力锂电池企业要将质量和安全放到首位,只有拥有雄厚技术积累、足够资金支撑、产品具有性价比优势和对市场快速反应的厂商才能在未来激烈的市场竞争中占得先机,赢得市场。

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