新疆自驾游价格联盟

论坛 | 2018中国惠州电池技术与新能源汽车产业发展论坛回顾——肖成伟报告

储能与动力电池及其材料2019-06-11 03:53:30


导读

2018年1月13—14日,由中国储能与动力电池及其材料专委会主办,惠州亿纬锂能股份有限公司承办,惠州市蓝微新能源技术有限公司、深圳市海目星激光智能装备股份有限公司协办的电池技术与新能源汽车产业发展论坛在广东惠州隆重召开,本次论坛的主题是“供需协同与技术升级”。


代表合影


本次会议得到了上级政府部门、科研院所和行业企业的高度重视,参加本次会议的有:惠州市常委常务副市长胡建斌、中国工程院院士吴锋、中国工程院院士衣宝廉、中国工程院院士丁文江、中国科学院院士南策文、昆明理工大学党委书记张英杰、清华大学教授邱新平、武汉大学教授艾新平、南开大学高学平、十八所肖成伟、中山大学孟跃中、武汉理工麦立强、北京大学侯仰龙、华南理工廖世军、湘潭大学王先友、清华大学徐盛明等专家学者。同时,惠州亿纬锂能股份有限公司董事长刘金成,惠州亿纬锂能股份有限公司首席技术官袁中直,惠州市蓝微新能源技术有限公司总经理助理阮旭松,深圳市海目星激光智能装备股份有限公司产品线总监温燕修等电池与新能源汽车企业的领导出席了会议。与会人员共同就电池技术与新能源汽车产业未来的发展趋势和技术创新等行业热点话题展开讨论。


肖成伟主任


论坛期间,中国电子科技集团公司第十八研究所主任肖成伟在大会上做了题为“车用动力电池发展现状及趋势”的主题报告,以下是报告的详细内容:


很高兴能参加本次论坛,也谢谢吴锋院士和唐有根老师的邀请来参加这次会议,我简单介绍一下动力电池的发展的一些态势,还是宏观的内容比较多。其实我第一次到亿纬那时候大概是十几年以前,当时还是跟着吴老师一起过去的。当时觉得这个企业还很小,十多年下来以后这个企业按着它的规划,做到现在这个规模可以看出这个企业的实力和发展的潜力,也是可以看出这个行业的发展速度。

 

我今天来讲一下三方面的内容,就是动力电池发展的背景,就是继续发展下的趋势和产业化的趋势。第二新能源汽车的发展,其实国家的这样一个大的态势,无论是从能源、安全、环境保护这方面的。无论是国内国际,大家达成的共识是一致的。从国际上看的话,目前是混合动力已经实现了产业化,前面是混合动力处于应用推广的阶段。而燃料电池汽车海是处于示范的阶段。上午衣院士也介绍了,对燃料电池来说的话,2030年的时候有可能在全球范围内有一个比较大的发展。其实从这个发展的角度来看,无论燃料电池怎么发展,它还是离不开动力电池。因为它毕竟是属于一个电电混合的这样一块器械,对于它发展的预测,国际能源署的一个预测,其实比较激进的一个预测来自“电动汽车创意联盟”,中国也是这个联盟的发展方之一,它有一个预测就是2030年的时候新能源汽车占整个汽车销售的30%,这是非常激进的预测,从这个趋势可以看出新能源汽车发展的良好前景。

 

国内新能源汽车发展是非常迅速的,尤其是在大量国家补贴的情况下,推动了新能源汽车的发展。2017年本来预测新能源汽车生产量是85万辆左右,现在看公布的结果比上面差一点有79.4万辆。从国家层面的规划来看,尤其是去年4月份发布的汽车产业中长期发展规划。还是提出了一个雄心勃勃的计划,对新能源汽车的产业化也有良好帮助。在2020年的时候,新能源汽车的产销量要达到200万辆,2025年的时候新能源汽车销售数额要占到汽车整个总销量的20%以上。从这样规划角度来看,到2020年的时候,我认为无论是对于汽车这个行业还是对于动力电池这样的行业都是千载难逢的机会。对动力电池来说,我们希望动力电池能够达到完美的状态,能够满足新能源汽车的要求,达到能和常规的燃油车竞争水平。希望它的能量密度、功率密度、安全性、循环寿命、充电速度、使用温度范围等等都能达到理想的状态。这是很好的愿望,但是现在电池都很难达到这个状态。但为了达到这些目标,为了追求这些目标世界上的发达国家,比如说:韩国、美国、日本、德国等等都从国家层面做了很好的一些规划。涉及到电池的材料、动力电池系统节能、新材料、提取利用;包括资源回收都是为了从材料这个角度把动力电池这样产业培养和提升起来。

 

中国目前有四个国家层面的规划跟动力电池相关:第一是《新能源汽车的国家规划》,第二是《十三五新能源汽车重点研发规划》,第三是《中国制造2025》,第四是《汽车产业中长期发展规划》。这里面基本上分为三个层次:第一个层次是要实现动力电池产业化,大概要做到300瓦时每公斤,第二个层次是要做到新型锂离子电池的技术储备要做到400瓦时每公斤,第三个层次是做前瞻性基础研究的新型体系电池要做到500瓦时每公斤以上。基本上就从这三个层次来进行国家规划的设想。有两个方面跟动力电池相关的涉及到一些具体的技术指标的,一个就是动力电池技术路线图,这是根据中国制造2025的做出来的7+1节能新能源汽车的领域技术路线图。这可以分为两类:一类是电动车用的燃料型电池,还有一类是插电式混合动力燃料功率坚固型电池。这个指标在2020年纯电动提高到350瓦时每公斤,系统提高到260瓦时每公斤。这个指标我觉得完成起来还是有相当大的难度。我个人认为300瓦时每公斤单体能量密度,210瓦时每公斤的系统能量密度相对来说比较现实。但是插电式混合动力我想应该问题不是很大,能达到这个技术目标的要求。同时现在关注度比较高的就是科技部牵头的每年都发布新型指南的新能源汽车重点研发专项的这个电池内容。它重点涉及到几个方面:新材料做前瞻性技术研究的、高比能锂离子电池、高功率长寿命电池、电池系统、高比能二次电池(锂硫和全固态电池),它涉及的具体技术指标就是300瓦时每公斤的新能源产业化的;400瓦时每公斤的技术储备的;500瓦时每公斤新体系电池的基本内容。在这样一个背景下,动力电池技术发展的现状和趋势。在这其中锂离子动力电池是支持、研发和产业化的重点。无论是混合动力和插电式混合动力还有燃料电池这些领域。通过国家三个五年计划的支持,可以看出来整个发展的趋势还是向着高比能的这样一个主要的方向发展的。它的材料体系向着三元材料这个体系来发展,负极目前是以石墨为主。根据国家对目标的一些要求慢慢的会转向硅碳这样一些高克容量的负极材料的领域。现在看在汽车里面已经应用的产品的一些情况,这个最主要在国家补贴政策的领导下,达到了这些技术指标。磷酸铁锂现在基本上是做到150瓦时每公斤的水平,也基本实现了大批量的应用。三元电池的能量密度大概在120-240瓦时每公斤,低能量密度的是以快充的为主要应用的方向,高能量密度的是以纯电动作为主要的应用方向。国外和国内市场有所不同,它最主要是以三元材料这样一个体系为主,负极基本上是以石墨的为主,三元材料和石墨负极材料的匹配。大容量的电池的能量密度基本上在110-180瓦时每公斤,部分的产品达到230瓦时每公斤,它是针对于插电式混合动力的纯电动的这样的应用领域。小容量电池以18650为主要的一个产品方向。现在21的产品系列很多企业在做包括国外也包括国内的,它的能量密度大约是在230-250瓦时每公斤,这是实现了产业化和规模化的应用。

 

现在可以看到国内的一些主要的电池公司的一些规划实际上它是根据插电式混合动力做的一系列产品的规划,可以看出它的能量密度还是跟国家的政策驱动密切相关的,向着高比能这样一个方向发展。这是万向公司以三元材料作为主要的技术方向,能量密度的不同采用不同的材料进行一些产品的生产和研究。国外的像LG、三星SK这些,它最主要是针对乘用车这个市场,它的整个的规划和设计向着高比能这个方向来进行一些产品的开发和技术的研究。拿两个实现产业化的国外的公司来具体的看一下产品。这个是日产的,现在它已经开发到第三代了。第一代做的单体的能量密度157瓦时每公斤,容量大概是在33Ah左右,第二代能量密度做到180瓦时每公斤,容量已经做到42Ah,第二代已经实现了规模化的应用。第三代在车型上做规模化的应用,让它的能量密度达到233瓦时每公斤,采用的材料体系是523的这样一个材料体系。这个是丰田在纯混合动力电池用的电池的技术指标,它的正极采用的是523的材料,原来用的NCA的正极材料。负极主要是石墨、表面包覆了无定型碳做的高功率电池。无论是国内国外的公司产品的规划一些实用化的产品,它们材料的技术路线也可以看出来。锂酸铁锂主要是在国内的大巴车上应用的非常多,它的能量密度能做到150瓦时每公斤。18年的时候会根据补贴对它的产品做一些相应的调整,能量密度要做到160瓦时每公斤。19年的时候有可能做到180瓦时每公斤。当然它的单体容量也在不断的增加,有可能做到200Ah、300Ah这样的水平,这就是锂酸铁锂。同时为了满足补贴的要求也是对锂酸铁锂这样一个材料体系持续往下发展,一些企业也在做锂酸铁锂的硅碳的一个匹配。它做的电池的能量密度超过200瓦时每公斤,现在有一些企业在开发这一类的材料体系的产品。三元材料523已经实现大规模的应用,它的能量密度基本做到200加减20或30左右的这样的水平,可以用在快充大巴车里面,也可以用在微型的纯电动轿车里面,已经被应用。高密度的材料目前最主要是应用在18650的圆柱形电池,21的那些电池里面也在应用高密度材料,国内的很多企业在用。在这里面硅碳的材料其实在圆柱形的电池里面也实现了规模化的应用,但是在方形的和软包的大容量电池里面目前还是处于开发阶段。现在为了达到300瓦时每公斤的技术指标,采用的材料体系基本上是以高密的三元材料为主,负极是以硅碳为材料。隔膜还是以PE膜为主,可以做一些改性的处理。我们可以涂一些无机的陶瓷或者有机的涂层。电解质还是以六氟磷酸锂为主,把这样一个材料体系匹配一下,我们基本可以做到300瓦时每公斤的水平。像力神、国轩、CATL包括去年申请成功的中航锂电。为了达到400瓦时每公斤的这样一个水平,富锂锰基正极材料和硅碳负极材料做一个匹配,现在处于研发的阶段。像北大的夏定国教授、物理所的李泓研究员他们现在就是这样的技术路线。快充类的技术发展做到120瓦时每公斤的这款电池实现了快充。像它的4C,从2C-做到4400的这样一个循环,同时6C中,1C-也做到了4400的循环。这样一款电池目前在北京的一些车型里面已经在应用,包括在冬奥会期间也会对这个技术路线做一些应用。像CATL、力神、国轩这几家企业做的300瓦时每公斤的样式都实现了产品的考核和评估。这三家当中,CATL的进程是最快的。每一家在2020年都要实现超过1000辆车的装车应用,所以在国家的支持下,300瓦时每公斤这一类电池的技术和产业化现在进展还是非常快的。同时在新品锂电池像锂硫、锂空气和固态电池做一些技术方面的开发。

 

我个人认为,固态电池有可能在2020年的时候会有小规模的应用。尤其是锂离子电池从液态到半固态再到固态,后面会把锂负极从半固态到固态的这样一个过程,全固态这样一类电池我想还需要很长的时间才能够实现技术的突破,很好的应用。在这个基础上中国也在做动力电池相关的标准体系,现在动力电池标准体系目前相对来说还是比较完整的。它的电性能、安全性、循环寿命、回收利用等等有的已经完成有的还在制定。在这里边还在制定的标准最主要的我建议大家关注的是电动汽车的锂离子动力电池的安全性标准,如果大家关注度比较高的话可以把一些相关的意见反馈出来。还有一个就是锂离子电池的工厂设施规范,有可能在年底发布实施。在这个规范里面有一些项目是强制实施的,在厂房的改建扩建新建的时候必须满足这样一个法规的要求,我也建议大家对设施规范进行一个充分的重视。同时中国也在牵头做这个热失控和热扩散这样一个研究,因为在安全性标准里面除了这一个其他的基本上都涵盖在它的检测项目,还在做相关的研究,中国是这方面的总的一个牵头。这个是新能源汽车企业的管理里面的一些强制性的标准,像寿命、安全、电性能、包括电池包的安全性的要求。我想在座的各位如果去把电池用在新能源汽车这个领域这些标准都是比较熟悉的,在这里面我稍微强调下电动客车安全性基础条件,它里边就涉及到电池热失控和热扩散。电动汽车实施条件之后实现的一些结果,通过挤压、加热、针刺过充这三种方式来初防单体电池发生热失控,发生热扩散的情况下,电池系统是按照这样一个思路来做的,从系统的角度保证安全性,也希望从单体的角度来保证安全性,如果单体在安全性没有得到保证的情况下,也可以从系统的角度上来保证安全性。最差的结果就是系统得不到全部的安全性的保障的话,我们也能提供给乘员5分钟的逃生时间。5分钟之类没有发生安全性能的问题,那么这个实验结果我们认为是合格的,可以按照这个思路去做。

 

再说一下电池产业的现状和趋势。从全球范围来看,三个区域现在有了动力电池研发的产业化,分别是德国、美国以及东亚。目前动力电池的生产,集中在中日韩三个国家。从技术的角度来看,日本在技术方面依旧领先。但是中国通过十多年的发展,技术和产业的进展是最大的,同时中国在市场份额方面已经处于全球第一位了,并且中国做动力电池产业化的企业也是全球第一位的数量也是最多的。从这个投资的角度来看,目前随着产能规模的快速的放大,单位投资的强度呈现出一个快速下降的趋势。现在从全球来看一个千瓦时的投入大概在900人民币左右,一瓦时大概在9角钱左右,国内下降幅度比这个这个还大,大概在5角钱左右的水平。中国在“长三角”、“珠三角”、“京津”几个产业聚集区形成了较为完善的产业链,从材料、电池、系统集成、装备、回收利用、测试评价等领域都实现了产业化。根据产能和应用的角度来看,15年动力电池的装车辆达到了163亿瓦时,16年达到280亿瓦时,17年达到350亿瓦时,2020年要超过1000亿瓦时的这样一个应用。根据17年统计的这样一个产能预计超过了2000亿瓦时,超过200家的企业来做动力电池的产业化,但是优质产能的提升工作还是需要更多的企业来完成。这个是统计在2017年的前8批动力电池新能源汽车目录中电池系统的能量密度统计,大家可以看出来通过国家补贴政策做的一些调整,汽车能量密度在逐年提升。从这个角度来看,高比能电池是发展的方向,并且也是大家要花很大的力气去做产品的开发和应用。通过这些努力去满足国家补贴的相应的要求。同时动力电池数字化工厂和智能化制造显出一个很好的趋势。也就是说在材料体系、技术装备相对固定的情况下通过大规模的智能制造来降低电池的成本,同时来提高它的技术水平。从这个寿命和价格的角度来说,是和国家补贴密切相关的。客用车要达到8年12万公里,商用车要达到5年20万公里。根据现在这样的一个要求,考虑到没有补贴的情况下来对电池做的一个质量的推广,它的系统角度一定要是1块钱1瓦时这样的目标去努力。

 

最后讲一下现在发展遇到的问题,技术层面一定要把安全放在第一位,把安全放在第一位的同时平衡能量密度、功率密度、安全循环和成本,然后再通过生产装备的智能化和自动化的提升来提高产品的优质性。同时我们要提高系统的水平和能力,我个人认为圆柱、方形和软包电池在近中期来看会三分天下,没有一类电池能占据主导的地位。从产业的层面还是希望国家来规范动力电池产业的发展,提高企业的优质产能来协调产业量的发展。同时对企业来说一定要考虑到有补贴和没补贴的情况下采用的电池的技术路线,产品的路线和规划。最后讲一下应用的领域,在乘用车这个领域里面。A级车往下,A级车A00、A000它是以纯电动为主,B级车往上是以插电式为主,对于商用车领域,基本上是以纯电动为主。同时建议大家关注和加强研发和产品的开发,在48V和纯混合动力这样一些领域。通过这样几个领域的结合来提升动力电池的技术和产能。我就说这么多,谢谢大家!


(以上现场致辞由“储能与动力及其材料”微信公众号整理,演讲速记整理, 内容有删节,未与演讲者确认,如有任何不妥之处请联系我们修改,转载前请务必取得授权,否则我们将追究抄袭者的侵权责任)


肖成伟简介:


肖成伟,高级工程师,电池专家,熟悉动力蓄电池技术及行业发展趋势。2007年获天津大学化学工程系硕士学位,南开大学博士。现任863计划节能及新能源汽车重大专项总体专家组成员(动力蓄电池责任专家),工业和信息化部物理化学电源技术重点实验室主任。擅长电动汽车用锂离子电池及相关材料技术、动力电池仿真技术、电动汽车用动力电池相关标准。作为课题负责人,承担“十一五”863计划节能与新能源汽车重大项目“小容量车用动力电池模块共性测试技术研究”课题的研究工作;承担了“十五”863计 划电动汽车重大专项“动力蓄电池组性能检测测试研究”课题的研究工作;承担了天津市科委重大攻关项目“动力蓄电池测试评估技术研究”和“绿色高性能蓄电池 测试评估技术研究”两项课题的研究工作;承担了世界银行地面光伏储能铅酸蓄电池测试评估课题;作为中国汽车全标委电动汽车分标委委员,参与了我国电动汽车 动力电池有关标准的起草和修订工作。


友情链接

Copyright © 新疆自驾游价格联盟@2017