新能源電池：核心力研發(fā)從未停止

對于鋰電池來講，大多數(shù)人都不會陌生。我們現(xiàn)在使用的手機(jī)、穿戴設(shè)備、電動自行車都在使用鋰電池。和鎳氫電池類似，作為硬件標(biāo)配，鋰電池為人所熟知，也得從移動設(shè)備說起。

動力電池占總成本30%至50%

1991年在日本電信公司NTT的技術(shù)支持下，索尼和旭化成商業(yè)化了第一款鈷酸鋰電池。它被迅速用到隨身聽、攝像機(jī)、相機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦等各類便攜設(shè)備中。你可能比較熟悉早期設(shè)備包括索尼Walkman、NEC手機(jī)、摩托羅拉大哥大等等。

1993年僅手機(jī)行業(yè)就消耗了500萬顆鋰電池。到1994年，這個數(shù)字翻了5倍。1999年高通實驗室研發(fā)的智能手機(jī)首次用上了鋰離子電池。這一年功能手機(jī)在全球的銷量超過10億部。

在電動汽車電池的設(shè)計開發(fā)中，電池的布置是很重要的。根據(jù)目前的水平，一輛1.5噸的電動汽車如果充一次電行駛120KM的話，則需要的電池包就達(dá)到200KG，一般電池會被分為兩大塊，第一塊在駕駛員的座椅下方，而第二塊在原來汽車油箱的位置。電池箱完全封閉，只有前后有進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)口，由電機(jī)風(fēng)扇來對電池提供風(fēng)冷或者循環(huán)水液冷散熱。

一般而言，動力電池占新能源汽車總成本的比重達(dá)到30%至50%。目前國產(chǎn)的新能源汽車大多以磷酸鐵鋰技術(shù)路線為主，電池級碳酸鋰是磷酸鐵鋰正極的重要原材料；鈷酸鋰曾被特斯拉應(yīng)用于動力電池上，而三元材料目前正被松下等許多國外電池廠商所使用。

2014年，全球電動汽車鋰離子電池產(chǎn)能井噴，產(chǎn)量高達(dá)7000MWh（兆瓦時），同比增長約54%。按EVSalesBlog對全球十大電池生產(chǎn)商的排名，松下位居榜首，其在鋰離子電池市場份額占據(jù)了38%。日產(chǎn)和NEC合資電池公司AESC排第二名，LG化學(xué)排第三，而來自中國的比亞迪排第四。

工信部8月6日披露，上半年我國鋰離子電池制造企業(yè)，累計完成主營收入同比增長17.4%，實現(xiàn)利潤總額同比增長72.8%，完成稅金總額同比增長43.1%。鋰電池行業(yè)利潤的快速上升，與新能源汽車的銷售放量密切相關(guān)。隨著各地補(bǔ)貼細(xì)則相繼落地、充電設(shè)施扶持政策出臺等因素推動，電動汽車銷售將延續(xù)高增長態(tài)勢，并給上游鋰電池企業(yè)帶來實質(zhì)性訂單支撐。

機(jī)構(gòu)預(yù)計，在技術(shù)不斷成熟、配套政策日趨完善的推動下，新能源汽車已步入產(chǎn)業(yè)化階段，給動力電池帶來市場擴(kuò)容機(jī)遇。數(shù)據(jù)顯示，去年我國鋰電池整體市場規(guī)模達(dá)到952.16億元，同比增長30.31%，到2015年國內(nèi)鋰電池的市場規(guī)模將突破1000億元，達(dá)到1251.5億元，到2020年電動汽車鋰電池需求量將達(dá)到37GWh，市場規(guī)模進(jìn)一步提升。作為技術(shù)含量較高的隔膜、正極材料以及鋰電池生產(chǎn)企業(yè)，將迎來市場發(fā)展機(jī)遇。

鉛酸蓄電池：

新能源汽車的開端

1830年左右，托馬斯·達(dá)文波特制造出世界上第一輛純電動車，但其并非使用可充電技術(shù)。1859年，法國人普蘭特發(fā)明鉛酸蓄電池，1881年卡米爾福雷將這一技術(shù)進(jìn)行了完善，鉛酸蓄電池的問世被認(rèn)為是新能源車真正的開端。

然而，作為當(dāng)時新能源車可用電池的唯一選擇，鉛酸蓄電池存在體積大、重量大、能量密度小、功率密度低、充電時間長、每次充電后續(xù)航里程短以及電力傳動制造成本居高不下等弊端，鉛酸電池技術(shù)并未得到推廣。同時，隨著汽油燃料汽車的興起，各車企對鉛酸電池技術(shù)的研發(fā)也逐漸停滯，而人們也似乎忘記了純電動車的存在。

磷酸鐵鋰電池：

眾多車企的選擇

1990年以后，隨著全球能源問題的關(guān)注度逐漸增高，各大車企重新加大新能源車電池技術(shù)的研發(fā)力度。而磷酸鐵鋰電池技術(shù)的運(yùn)用，使新能源車的推廣成為可能。

磷酸鐵鋰電池于1997年由美國德克薩斯州大學(xué)JohnGoodenough教授的研究小組最早發(fā)明。磷酸鐵鋰電池解決了鉛酸蓄電池重量大、續(xù)航能力差等缺點，而且由于其中不含任何貴金屬，其生產(chǎn)正極材料的主要原料氧化鐵、碳酸鋰在世界上的儲備也相對豐富，能夠有效降低其制造成本。因此，目前磷酸鐵鋰電池技術(shù)已運(yùn)用到眾多新能源車上。

據(jù)了解，目前，我國在科技部“863”計劃的大力支持下，動力電池的技術(shù)水平有了很大提升，但與全球先進(jìn)技術(shù)相比仍然存在差距，主要表現(xiàn)在電池組技術(shù)和電池集成技術(shù)水平不高，電池能量密度和循環(huán)壽命兩大重要指標(biāo)落后，僅在成本上略占優(yōu)勢。

根據(jù)《中國汽車計劃發(fā)展報告》（2014-2015），2013年，江淮、北汽股份、比亞迪等排名前五的純電動乘用車車型以及排名前五的客車車型均裝配磷酸鐵鋰電池。從主流新能源乘用車車型的動力電池配套類型來看，電池組總成能量密度大多在60～100Wh/kg，較國外目前120Wh/kg的平均水平還有差距。在這種情況下，國內(nèi)新能源乘用車主流車型的單車電池容量在20～30kWh，續(xù)航里程為80～120km。不過，該報告也指出，近年來，比亞迪通過生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)和完善，產(chǎn)品性能及質(zhì)量水平不斷提升。比亞迪從雙模電動車F3DM發(fā)展到秦，電池體質(zhì)和重量降低了一半，技術(shù)提升非常顯著。

與此同時，由于新能源車在行駛中電池持續(xù)放電會產(chǎn)生高溫，存在一定的安全隱患，因此磷酸鐵鋰電池的穩(wěn)定性也成為眾多車企選擇該技術(shù)的因素之一。

據(jù)了解，新能源車電池放電時的溫度能夠高達(dá)390℃以上，而磷酸鐵鋰電池不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，并可輕松通過針刺實驗。

三元鋰電池：

引領(lǐng)新一輪電池技術(shù)

隨著近年來美國新能源車特斯拉的異軍突起，在磷酸鐵鋰電池之外，三元鋰電池技術(shù)逐漸進(jìn)入公眾視野。

此前，市場在售純電動車型中，只有特斯拉等國外少數(shù)廠商使用的是三元鋰電池，然而，情況正在變化，國內(nèi)多家車企也都相繼投奔三元鋰電池陣營，包括北汽新能源E150EV二代車、長安逸動等。與磷酸鐵鋰電池相比，三元電池具有更長的續(xù)航能力，特點是能量密度高、低溫性能好、可靠性高、壽命長等，但造價偏高。有分析認(rèn)為，隨著三元材料在動力領(lǐng)域安全性逐步成熟，以及消費(fèi)市場對于續(xù)航里程的需求提升，國內(nèi)車企或?qū)⑾破鹨惠営闪姿徼F鋰轉(zhuǎn)向三元路線的變道風(fēng)潮。

目前市場裝配三元鋰電池技術(shù)的新能源車?yán)m(xù)航里程達(dá)到200公里以上，三元材料鋰電池的安全問題已得到改善和解決。三元材料采用的是1：1：1的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。此外，三元鋰電池通過電解液以及特殊的陶瓷隔膜技術(shù)制作，陶瓷隔膜可以在電池內(nèi)部短路時隔開短路源，從而明顯提高三元鋰電池的安全性能。

此前，根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》明確提出“電池模塊的能量密度要求是大于150瓦時/公斤”的要求。因此，續(xù)航里程更長的三元鋰電池技術(shù)將成為新能源車新的發(fā)展方向。

石墨烯電池：

未知的新型電池技術(shù)

石墨烯是人類發(fā)現(xiàn)的第一種由單層原子構(gòu)成的材料，也是目前已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，幾乎完全透明。由于其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代電子元件或晶體管，被業(yè)界視為將引領(lǐng)多項產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵材料，在移動設(shè)備、航天航空、新能源電池等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

自2004年面世以來，石墨烯技術(shù)專利申請量就呈井噴之勢，專利布局日趨成熟。2012年，全球石墨烯專利申請數(shù)量達(dá)1829件，同比增長100%。在得到高校和科研機(jī)構(gòu)青睞的同時，石墨烯也獲得了政府政策資金的大力支持。2013年，歐盟將石墨烯選入未來新興旗艦技術(shù)項目，計劃未來十年投入10億歐元打造石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈；韓國政府投入42.3萬美元成立石墨烯聯(lián)盟；中國也投入2.1億元推動石墨烯產(chǎn)業(yè)化。但目前中國石墨烯產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程面臨研發(fā)成果缺產(chǎn)業(yè)化平臺、高端應(yīng)用缺技術(shù)、低端應(yīng)用缺市場三重挑戰(zhàn)。

在動力電池路徑上，業(yè)內(nèi)存在諸多分歧，而相對一致的觀點是，至今尚未有任何一種電池技術(shù)能真正滿足新能源汽車動力電池的技術(shù)要求。三元鋰電池是否能取代磷酸鐵鋰電池，這依然存在諸多不確定性，況且答案未必二選一。

也許在不久的將來，鋰電池將遭遇到強(qiáng)勁的對手，利用鎂、鋁、鈉等金屬替代鋰制成電池，空氣電池或燃料電池等，都擁有很多鋰電池?zé)o法企及的優(yōu)點，石墨烯電池也有可能脫穎而出。目前，多項新型電池技術(shù)已在實驗室中誕生，并朝產(chǎn)業(yè)化逼近，誰將主宰沉浮還是未知數(shù)。