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智能手机和电动车市场要重点解决电池能量密度

来源:中国电池网-中国电池杂志作者:真锂研究 墨柯  2013-06-19 11:59点击: 二维码
中国电池网-中国电池杂志战略合作机构——真锂研究认为,全球锂离子电池及其材料产业链的发展正处在一个“痛并快乐着”的尴尬阶段。一方面,市场快速发展并呈现出加速度发展状态,这


中国电池-中国电池杂志战略合作机构——真锂研究认为,全球锂离子电池及其材料产业链的发展正处在一个“痛并快乐着”的尴尬阶段。一方面,市场快速发展并呈现出加速度发展状态,这种状态明显还将持续较长时间,在目前全球经济总体处于低谷的情况下显得尤为难得;另一方面,产品售价的下降速度超过了成本的降速,企业利润在持续降低;同时,在高中低端的几乎各个产品领域,都存在产能严重过剩的现象,两个因素叠加作用,使得行业内所有企业都面临着如何可持续发展的问题。

为什么会出现这种状况?中国电池网-中国电池杂志战略合作机构——真锂研究认为,根源在于锂离子电池的技术进步速度跟不上下游应用市场的发展需求。这种矛盾主要体现在两方面:一是能量密度的提高跟不上市场需求步伐,二是成本的下降幅度跟不上市场的要求。其中,前者是主要矛盾,在多数下游应用领域表现明显,如智能手机、电动汽车等更受大家关注的应用市场;后者是次要矛盾,在部分下游应用领域表现明显,主要是电动自行车市场。

智能手机和电动汽车市场要重点解决电池能量密度问题

智能手机和电动汽车市场要着重解决消费者对电池续航能力不足的担忧,但具体来看侧重点又有所不同。在智能手机电池方面,模组技术不是重要问题,关键是要提高电芯的能量密度。目前这一代锂离子电池的理论能量密度为250Wh/kg,从苹果(Apple)iPhone5 使用的聚合物锂离子电池(由索尼(Sony)、东莞新能源(ATL)、天津力神(Lishen)等供应,可存储电量5.45Wh,重22.68g,计算能量密度达到240Wh/kg)来看,已基本接近理论极限。

这样,业界亟需开发可使能量密度大幅度提高的下一代锂离子电池技术。

而在电动汽车电池方面,模组技术和能量密度的提高均很重要,考虑到在保证安全系数不降低的前提下提高能量密度并非短时间内就可以办到的事,因此现阶段相对要更重视模组技术的提高。大幅度提高电池模组的循环寿命,实际上也是降低消费者使用成本的一个重要手段。影响模组寿命的主要因素有二:一是电芯的一致性,二是模组技术。长期以来中国业界讨论的最多的是半人工半机械化的生产方式导致电芯的一致性不够而影响到了模组寿命。

这当然是事实,不可否认。但同时必须承认的是,一些代表性的中国企业这几年在生产设备的自动化程度方面做了大量的工作,包括半人工半机械化生产方式的开山鼻祖比亚迪(BYD)以及中国最大的锂离子电池企业天津力神等在内,现在其动力锂离子电池生产的自动化程度都已经很高了,但实际上模组寿命提高的速度并不明显。对于EV 电池组的循环寿命,中国企业都讳莫如深,不肯公开相关数据,不用说肯定是做得不够好。

先进的生产设备要充分实现它的功能,需要熟练的技术工人。目前中国优秀的技工非常短缺,这在一定程度上影响了企业生产,使得电池一致性的提高幅度不是太明显,做不到像松下(Panasonic)那样的领先企业的程度。有中国检测机构曾对松下应用于笔记本电脑上的18650 电池拆卸下来进行过检测,取两组电池同时做0.2C 充放电,然后对放电数据作曲线,发现两条曲线完全重叠在一起,一致性高得令人难以置信,比三星SDI(Samsung SDI)、LG化学等韩国巨头的表现都要好。中国企业难以望其项背。

生产设备的自动化很重要,操作设备的技工也很重要,但模组寿命的提高根本上还在于模组技术,这在全球范围内亦是如此。LG 化学(LG Chem.)的生产自动化程度很高,电芯的一致性非常不错,但应用在通用(GM)Volt PHEV 上的电池组只能限定使用30%~80%,否则就达不到电池组8 年/16 万km 的质保要求(循环寿命需在2,500 次左右)。丰田(Toyota)插电版普锐斯(Prius)5.2kWh 的电池组可使用3.7kWh,使用率超过70%,较LG 化学高出不少,电池模组技术来自松下。全球最领先的锂离子电池企业如松下、LG 化学等,都还需要进一步提高其模组技术,更不用说其他锂离子电池企业了。

高超的模组技术可以提高电池组的使用率,直接降低消费者的使用成本。如果通用VoltPHEV 电池组的使用率可以达到70%,那么在纯电动模式续航里程不变的情况下,只需装配11.5kWh 的电池组就够了(而不是现在的16kWh),这样,Volt 的售价就可进一步降低,对进一步提高其销量肯定会有帮助。不过,要从根本上解决消费者的“里程焦虑”,只能从提高电池能量密度方面下工夫。

目前阶段,在新型材料和电池技术尚不成熟的情况下,走小电池路线可能是提高EV 电池组能量密度的一个有效办法。上面已经提到,小电池的能量密度已经接近这一代锂离子电池250Wh/kg 的理论极限,而且,已经有了一家企业在EV 用方面做得比较成功,这家企业就是最近风头很劲的美国新进电动车企特斯拉(Tesla),松下为其EV 产品提供的锂离子电池是用在笔记本电脑上的18650 型电池。

用在特斯拉Model S EV 上的、松下采用镍钴铝酸锂(NCA)为正极材料的18650 锂离子电池的能量密度高达247Wh/kg,比日产(Nissan)Leaf EV 用锂离子电池单元157Wh/kg的能量密度高出不少,这直接导致特斯拉Model S 电池组能量密度接近160Wh/kg,几乎比Leaf 电池组86Wh/kg 的能量密度翻了一番,结果是Model S 的续航里程也比Leaf 翻了一番,达到了400km 以上(均指理想工况下的续航里程),可在很大程度上缓解消费者的“里程焦虑”。因此,2013 年1 季度Model S 的销量高达4,900 辆,位居美国电动汽车销量榜榜首,同时也使得特斯拉成为全球第一家赚钱的电动车企。

在走大电池路线的企业中,为Leaf 提供电池组的AESC(日产与NEC 的合资企业)是目前阶段做得最好的,然而,Leaf 销售成绩的后继乏力现象表明消费者越来越担心Leaf 的续航里程。这个问题已经引起了日产和AESC 的高度关注。日产已经在采取相关措施,这在之前的月度报告中已经有所述及:①减轻车体重量80kg,使续航里程增加了约10%,这个工作由日产来做;②计划将锂离子电池单元的能量密度由现在的157Wh/kg 提高到200Wh/kg以上,这个工作由AESC 来做,目前相关技术准备已经就绪,即将进入量产阶段。

很多企业都在致力于提高锂离子电池能量密度的技术开发工作,一些新进企业更希望以此重塑全球锂电产业格局。因此我们这一两年听到了很多“新”企业的名字,如美国Envia在开发使用富锂锰基材料的锂离子电池技术,丰田、出光兴产(Idemitsu Kosan)、GS 加德士(GS-Caltex,韩国GS 集团与美国加德士集团的合资企业)等世界500 强企业在积极开发全固态锂离子电池技术,等等。包括电池和材料在内的传统锂电知名企业倒是在这些新技术领域没有传出多少令人关注的消息。这很有意思,是目前锂电产业发展的一道特殊风景。中国电池网-中国电池杂志战略合作机构——真锂研究认为,现有的锂电产业格局有可能会在未来几年内有一定程度地改变。

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[责任编辑:赵卓然]

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