新能源汽車的高效儲能方式

郁思慧

摘要 新能源汽車產業是一種戰略性新興產業，在刺激經濟發展，促進經濟復興有舉足輕重的作用。新能源汽車是一次動力系統的變革，新增了電池、電機、電控“三大電”和電制動、電空調、電轉向、電子儀表、制動能回收、監控系統“六小電”等關鍵零部件和總成，它的發展和形成將帶動形成一條嶄新的產業鏈條。

關鍵詞 新能源；汽車；儲能；高校

中圖分類號U2 文獻標識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0016—01

在當下，純電動汽車因其能源效率高，來源多樣化，使用維修方便等優點在新能源汽車中迅速崛起。其特點在于，采用單一蓄電池作為動力來源，通過電池向電動機提供電能，并用電動機進行驅動。而作為純電動汽車上的動力設備的蓄電池有很多類型，且各種儲能方式都有自己鮮明的特點，沒有哪種儲能技術能夠一統天下。即便如此，鋰電池也會占據其中絕大部分的應用市場，是最有發展前途的一種儲能技術。

1鋰電池的構成材料及優缺點分析

鋰離子動力電池的優點在于它具有單體穩定電壓高，比能量與能量密度高，使用壽命長，其重量單位儲能為鉛酸電池的3倍，里聚合物電池為鉛酸電池的4倍，鋰資源較為豐富，價格也不是很貴，可以說鋰離子電池是蓄電池中最被市場看好的動力電池。

它主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解質等部分組成。目前負極材料的研發和生產已比較成熟。正極材料、隔膜和電解質是鋰離子電池的核心材料，占據電池成本的70%：其中又以正極的附加值最高，約占鋰電池成本的30%。這3種核心材料的技術研究與突破，將對鋰離子動力電池的性能提升和電動汽車的商業發展起到重要的推動作用。

目前國內市場上的鋰電池正極材料有鈷酸鋰、錳酸鋰及磷酸鐵鋰等，主要生產企業有杉杉股份，當升科技等。目前，各企業為了技術革新，積極開展提升比能量、安全性和循環壽命的研究。

其中，鈷酸鋰電子電池基本上用在3C產品電子領域，出于價格和安全等因素考慮，一般不做動力電池用：而錳酸鋰離子電池，三元材料電池和磷酸鐵鋰離子電池都可以做動力電池用。

通過觀察分析這3種離子電池的發展，不難看出，錳酸鋰路線近幾年發展得風生水起，通過調查得知，全球代表性的電動汽車產品日產聆風、通用沃蘭達、豐田鋰電版普銳斯等使用的都是錳酸鋰系電池。

而以三元材料為正極的動力鋰電池疊片式軟包裝工藝因其電流集流均勻，散熱性好，提升了電池倍率功能；采用專利技術處理的隔膜，提高了電池的安全性；特殊的隔膜材料提高了隔膜的保液能力及孔隙率，減小了電池的內阻；且在25安時動力電池的能量密度為160千瓦/千克，比磷酸鐵鋰電池高30%以上，大大減輕了整部車的重量，提高了電池續航能力；采用多項專制造工藝、粉體的前處理技術，保證了粉體混合和漿料混合的均勻性；特殊的化成工藝，保證了電池成膜的穩定性，從而確定了電池批次間的穩定性，提高了電池的一致性。

并且從未來角度考慮，層狀富鋰錳基材料的可逆容量有望突破250毫安時/克，在未來動力電池發展中非常有前景。

至于發展磷酸鐵鋰，則是為改變汽車產業長期落后于其他國家的局面，政府為了在新能源汽車領域實現在“彎道超車”的愿望，在安全第一的前提下，投擲大量資金支持的項目。2008—2009年，國家工業與信息化部先后設立“磷酸鐵鋰正極材料研發及產業化”與“磷酸鐵鋰動力電池及系統集成技術研發及產業化”重點專項，面向全國招標，但是雖然政府大力扶持，磷酸鐵鋰離子電池的發展局面卻并不盡如人意，主要原因還是能量密度不高，體現在電池單元的能量密度以及電池組的能量密度上面，在確保安全的前提下，為了在電池組中放入更多的電池單元，則需要減少電池組中對電量存儲沒有幫助的組件的體積和重量，這也是一些中國企業正在積極進行的技術開發工作。

而負極材料則是唯一實現現代產業化的材料主要有碳類、氧化物類、合金類等，未來主要發展趨勢為鈦酸鋰，但合金負極材料若有所突破，將極大提升產品性能。

鋰電材料中對技術要求的高附加值材料當屬隔膜，國產隔膜主要集中在低端市場，市場占比約為6%，而80%以上的隔膜需求量是由美日進口完成，且動力鋰電隔膜幾乎全部由國外供應。隔膜未來的發展趨勢：第一，采用新工藝技術及設備技術，提高生產成品率，降低制造成本；第二，采用有機/無機復合技術氧化鋁、二氧化硅涂層，提高安全性能；第三，發展高熔點、高性能隔膜。與此同時，鋰電子電解液也將發展成高純度、高穩定性和長壽命電解液以及高安全性電解液、寬液程電解液、高壓電解液、全固態電解質及離子液體等。

由此不難看出，鋰電子材料的迅猛發展與商機使得鋰電池成為了新能源領域大家關注的焦點。

2現當代社會鋰電池的發展及展望

根據多方統計，2016年高鎳三元電池的研發和生產已呈“燎原之勢”。相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料，高鎳三元材料由于鎳元素比例的提高，在比能量上有更大的優勢。高鎳型NCA（鎳鈷鋁）、NCM622和NCMS11是三元動力電池最主要的發展方向。

2018年全球鋰電正極材料預計將超過30萬噸，其中三元材料年均復合增長率達到30%以上。目前車用正極材料主要是LFP，未來NCM和NCA將成為主流，2018年使用量約占80%。

2017年隔膜的市場格局將發生較大變化：中國鋰電新能源產業鏈的發展大致是從下游往上游逐步國產化的。隔膜是電池材料里面還沒有大規模國產化的材料，在電池制造成本中占比7%～8%。隔膜的利潤水平最高，價格下降的空間也最大。制造隔膜的原材料是聚烯烴類石化產品，隨著油價的下跌，原材料還有降價的空間。

2017國際電池會議上，特斯拉電芯供應鏈及商業發展首席負責人KurtKelty以及三元層狀材料電芯研究合作伙伴JeffDahn，更是分享了新型“2170”鋰電池的鎳鈷鋁（NCA）三元材料改進等技術細節，屆時新一代鋰電池的神秘面紗將揭開。據悉，“2170”鋰電池用于特斯拉汽車Model3上，可能將全面替代傳統的“18650”。

這一舉動無異于是掀起了鋰電池界的軒然大波。特斯拉CEO馬斯克此前表示，這將是全世界最高密度且最便宜的鋰離子電池。采用2170電池后，由于同等能量下，所需電池的數量可減少約1/3，整車能量密度將得到提升，而未來有望通過大規模量產使得動力電池成本降低9成。業內認為，2170電池全面替換掉18650電池或許會掀起一場電池研發技術的更新浪潮。隨著Model3今年9月前大規模生產，相關NCA三元鋰電材料產業鏈公司將迎來需求爆發。

但是鋰電池行業高漲的熱度也帶來一系列危險的信號。

第一大信號便是產能門檻提高。2016年底工信部發布的《汽車動力電池行業規范條件》將鋰離子動力電池單體企業年產能門檻設為“不低于80億瓦時”。另外，鋰電子動力電池補貼也將持續減少，全面市場化。從個人購純電動車最高補貼12萬元，到2016年最高補貼11萬元，再到2017年最高補貼6.6萬元，直至2020年補貼完全取消，新能源汽車將實現全面市場化。但是原料的價格卻是水漲船高，存在中低端產能過剩與高端產品供不應求的現狀。其中，正極材料、負極材料和電解液都已逐步自給，由于負極材料和電解液的技術壁壘相對較低，中國企業的成本優勢明顯在全球范圍內擁有較強的競爭力。中高端隔膜材料還高度依賴進口，但是國內企業正逐步實現進口替代，盈利能力較強。

總的來說，不管是下一代鋰電池，還是其他二次鋰電池，技術開發都處于一個高速發展的狀態中。這對新能源汽車的技術開發大有幫助，也會推動新能源汽車的應用和普及，基于此，新能源汽車的時代即將到來。