锂离子动力电瓶设计制作形式大旨研究研究会进

2019-08-31 22:23 来源:未知

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华夏汽配网分析,

近日,主题为“锂离子动力电池设计制造模式”的西苑沙龙主题研讨会在北京西苑饭店召开,来自电动汽车科技发展“十二五”重点专项总体专家组、科研机构和企业的13位专家学者应邀参加了会议。科技部高技术中心袁建湘副主任和电动汽车总体专家组电池专家黄学杰研究员分别主持了会议,高技术中心相关同志参加了本次会议。

作为新能源汽车的关键零部件,汽车动力电池发展的主要性和紧迫性毋庸置疑。在技术路线的选择上,2012年以来,政策的橄榄枝显着偏向动力锂电池,镍氢动力电池一时间仿佛成为“政策弃儿”。果真如此吗?

会上,高技术中心袁建湘副主任就“西苑沙龙”创办的宗旨、目标、选题原则等向与会者进行了介绍。黄学杰研究员做了题为“车用动力电池技术及系统应用发展趋势”的主题报告,中国北方车辆研究所动力电池测试中心王子冬研究员、深圳吉阳自动化技术公司阳如坤研究员分别就“车用动力电池形式和结构发展”、“未来车用动力电池制造模式”做了专题报告。

业内专家介绍:“锂离子电池成为这时动力电池发展的主流方向,但这并不表明着其他的路线遭到排斥。每一类电池都有其使用的目标市场,都将得到相应的发展。”很明显,在这个大家庭中,汽车动力电池具有同一个梦想——让汽车动起来。

与会专家就动力电池材料、单体电池设计制造工艺及生产装备、电池系统结构设计及规模生产等内容展开了热烈的讨论和争论,各抒己见,在动力电池材料体系、电池结构及系统工艺、全自动化制造装备等方面提出了很多与我国新能源汽车产业发展相适应的宝贵意见和建议。会议认为,新能源汽车发展到当前阶段,应加强顶层设计,尤其是动力电池系统应结合整车产品进行重新设计,制定产业技术路线图,根据未来车用动力电池的需求进行设计制造模式的升级,在动力电池基础材料和规模生产上同时下功夫,提高产品质量,降低规模化生产成本,提升产业竞争力。

动力锂电池 成长的烦恼

与会专家认为,锂离子动力电池设计制造是新能源汽车技术及产业发展的重点内容,西苑沙龙为专家们创造了很好的学术交流平台,为新的学术观点提供了面对面的交流机会,氛围融洽,本次研讨对于促进新能源汽车动力电池技术发展及规模应用具有积极的推动作用。

“锂离子电池同质化竞争现象很严重。”近期在北京举行的第六届北京全世界纯电动车、混合动力暨清洁能源汽车及零部件展览会上,中国某锂电池企业相关管理人员谈及参展的感受一脸无奈:“你看这些展台,一个个都是锂电池企业,技术水准差不多;我们的客户——整车企业却一家也没有露面。”该管理人员以为,新能源汽车示范运作结束之后,国家下一步面对真正商业运作提出的要求将会更高,标准设立的门槛也会更高。“国家肯定会在锂电池标准、企业准入方面有所动作。只有严格的规范才可能使得这时的同质化竞争变成企业快速研制、走向市场的动力。”他说。

事实上,动力锂电池相关的标准、规范国家正在制订阶段中。“2012年下半年动力电池行业会有一些国标或者行业标准出台,内容包括规格尺寸、安全性、循环寿命等。”国家863计划节能与新能源汽车重要项目总体专家组化学与物理电源技术重点实验室电池责任专家肖成伟近期向编辑说出,除了电池标准之外,国家相关部门正在酝酿针对电动汽车的完善的标准体系,内容涉及整车、电池、电机、充电设施等,部分标准估计将在2012年下半年发布。

政策机遇

“这时锂离子电池比较‘热’,使用的场合也比较多,可以说锂离子电池这时面对较大机遇,发展潜力很大。”北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所高级工程师尉海军博士以为,伴随使用的持续加大,锂离子电池将来一段时期将占据电池市场的重点份额。

锂离子电池“热”跟政策传导的信息不无关系。6月1日,财政部、科技部、工业和信息化部、国家发改委联合出台《有关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》,对插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴。政策橄榄枝显着向适合于这两类车型的动力锂电池倾斜。

一面是私人购买新能源汽车补贴试点正式启动,一面是公共交通领域的“十城千辆”节能与新能源汽车示范推广试点扩展到20个城市。诱人的市场前景像一幅美丽的画卷徐徐开展,那么,中国动力锂电池企业是否已做好准备?

“这时的动力锂电池企业只是做好了满足示范运作的准备,但还没有做好适应市场的准备。而国家正是期望通过政策拉动,为新能源汽车产品将来适应市场做准备。”中国科学院物理研究所研究员黄学杰向编辑显示,示范运作的作用有两方面:一是构成一定规模的市场让动力锂电池生产企业运作起来,否则永远谈不上技术的成熟、经验的积累;二是及时处理示范运作中暴露出来的问题,并完成动力锂电池与车辆的磨合。黄学杰以为,这一阶段大概需要2-3年。“2-3年后会有一些动力锂电池在质量上达到要求。估计到2015年,某些企业的动力锂电池不需要补贴也将具有市场竞争力。”

黄学杰提出了具有市场竞争力的动力锂电池的几个指标:到2012年,能量密度型电池组首先一定满足安全性、环境适应性等。能量密度达到120瓦时/公斤,功率密度达到1千瓦/公斤,循环寿命达到2000次,单体电池成本达到2元/瓦时以下。

北京大学化学与分子学院黄友元博士以为,这时中国的动力锂电池还很难满足商业化电动汽车的需要,其重点问题有:成本仍然太高;技术不成熟,可靠性有待验证;产品一致性有待加强;与动力电池配套的电池管理系统仍然需要改进,并加强可靠性。

肖成伟则以为,中国动力锂电池基本可以满足电动汽车示范运作的要求,但还需要在技术、成本等方面进一步提高,更加注意安全性和可靠性。“这时动力锂电池在示范运作的车辆中得到了较好的使用,技术得到了验证和考核。但电动汽车要达到普通老百姓的要求,还需要在可靠性和成本等方面继续深入攻关。在这时的基础上将电池系统比能量加强到100瓦时/公斤以上、续驶里程达到100公里以上,逐步提高和加快电动汽车的技术进步,最终满足电动汽车商业化要求。”

距离显着

专家一致以为,中国动力锂电池技术与国外先进水准存在一定距离。

黄友元充分肯定了中国政府在加快动力锂电池使用方面的成绩。“由于中国政府的积极加快,中国在动力锂电池的使用方面走在全世界前列,积累了宝贵的大型动力锂电池的使用经验。”但他同一时间也介绍,日本动力锂电池的技术基于自动化生产线,电池的一致性较好;而中国大多数动力锂电池的技术基于半自动甚至手动生产线,电池的一致性较差。而不管是尖晶石锰酸锂电池还是磷酸铁锂电池,中国与日本均处于小规模试生产阶段。

黄学杰以为,中国外在动力锂电池技术方面的距离重点表这时三个方面:一是中国动力电池单项指标可能与国外接近甚至更高,但总体指标偏低,特别是在电池组寿命上面;二是在产品的可靠性、一致性上存在较大距离;三是产业规模总体很大,但存在单家企业规模较小、过于分散的问题。

“在高端使用市场距离较大。比如日本在原材料控制、电池质量控制、管理控制等方面都特别严格,电池一致性好;而中国尽管能够生产出高质量的单体电池,但电池的一致性存在较大差异,使用在车辆上会存在电池寿命短、成本高等一系列问题。”尉海军以为,这种距离是由国家整体装备制造工业水准决定的,并非单个电池行业短期内能够改变。

据黄学杰介绍,日本在动力锂电池生产专用设备方面最少领先中国5年,如600L搅拌制浆机、喷涂涂敷机、冷热碾压机等。中国通过引进消化吸收达到了大部分单机设备国产化,但单机生产能力和制造精度上与日本设备还有较大距离,尚无国产全自动电芯装配线。“单靠引进不能处理问题,要提高自主装备研制能力。”他说。

“中国与日本相对比,在动力电池单体、模块、集成方面都有一定距离,电池集成这方面距离更大。”肖成伟以为,中国动力电池企业将来可能出现几种不同的发展模式:一部分企业专门从事电池单体的规模生产;一部分企业可能从事电池模块的规模生产;一部分企业会做电池系统的集成,像国外的博世、大陆、江森等汽车零部件企业相同。不能轻松地说哪种模式更好,只要企业根据自身特征和技术能力发挥各自优势,做专做精,都不失为好的发展模式。”

某锂电池企业管理人员指出:“动力锂电池行业发体这时面对两个特征:一是分化,产品需要使用在多个行业,比如储能行业、汽车行业等,不同的行业对锂电池的个性需要也不相同;二是对于每一个行业,锂电池的短板迫切需要提高,比如可靠性、一致性等。”

处理之道

黄学杰在接纳采访阶段中反复强调:“一定要给动力锂电池产业一个练兵的机会。”据他介绍,上海世博会1000辆新能源汽车中,有1/3的车辆使用了动力锂电池,就数量来说不算少。但日本动力锂电池的成熟度比中国要好,这与整个产业链的发展水准相关。“中国在原材料品质的一致性、关键材料性能水准、装备水准以及电池的综合指标等方面与国外存在显着距离。而处理之道无非两条:一是引进和研制自动化程度高的先进装备;二是一定依靠时间、数量的积累。”他说。

“从技术角度来讲,动力电池的确制约了电动汽车的发展,重点体这时成本居高不下、比能量不够、循环寿命有待加强等方面。”黄友元以为,这些问题可以从两个方面处理:一是通过技术进步加以改进;二是发展适合这时有技术成熟度的市场运营和商业化模式。电动汽车的商业化可能会改变人们的交通出行方法和能源采用方法,在电动汽车发展阶段中,其市场定位可能会伴随技术的发展而持续改变,因此在不同的技术阶段,电动汽车需要使用特定的商业化运营方法来达到市场化。

一家锂电池企业的管理人员显示,产业化最终由商业化引导,产业资源的整合也需要商业运营引导。据他介绍,这时中国电动汽车产业链上的很多企业都在寻求深度合作。

对于动力锂电池技术,肖成伟以为,中国的锂电池性能水准在这时水准上加强30%以上是没有问题的。“通过原材料性能的提高以及电池本身的设计、工艺控制、电池组集成等方面都可以达到这种提高。”

黄学杰以为,2015年前,电动汽车电池将基本遵循以磷酸铁锂电池为主的技术路线。“到2015年,电池组寿命能达到10年,且成本具有竞争力。到2020年前,肯定会有代替磷酸铁锂的正极材料出现,估计到时电池比能量将加强一倍,成本则只有一半。”据他介绍,这时已有一种以锰酸锂为基础的层状氧化物,其比容量大于250毫安时/克。新一代材料技术有期望使电池达到这种提高。

鹿死谁手

对于这时中国动力锂电池产业是否存在盲目投资和重复建设的问题,专家看法不一。黄友元以为,这种现象比较严重。一些地方不顾自身的产业基础和条件,也没有对技术的成熟度进行科学的评估就盲目决策,引发一大批低端、技术不成熟的动力电池项目上马。这不仅给投资带来巨大的风险,还扰乱了刚刚启动的动力电池市场,对中国动力电池产业发展很有害。

肖成伟则以为,从产业发展的角度来说,从事的企业越多,对行业发展的加快就越大,对技术提高、产业规模都很有益。不排除有些企业做低层次的重复建设,但国家可以通过制定政策措施来引导、规范行业健康发展。

“任何事物发展总会产生不平衡,随后会在发展中自我平衡或受外部环境影响使其平衡发展。这时动力锂电池产业就处于不平衡的发展阶段,中国外企业都看好这个市场,因此不可躲避地存在期望值过高、投资过度的现象,这需要企业和国家花时间去认识和调整。”尉海军以为。

在黄学杰看来,一个产业的发展之初都是群雄并起,争先进入。在这一阶段,政府可以适当引导,信息发布,同一时间,专家也应该承担责任。地方政府也不要盲目上马,应该把政策吃透,根据具体状况做实事求是的分析。黄学杰以为,鹿死谁手,5-8年后就会见分晓。

为镍氢电池发展许一个将来

“锂离子电池成为这时动力电池发展的主流方向,但这并不表明着其他的路线遭到排斥。所有电池都有其使用的目标市场,每一类电池都会得到相应的发展,只不过发展趋势和所受的注意度、国家支持的力度不同而已。”近期,国家863计划节能与新能源汽车重要项目总体专家组化学与物理电源技术重点实验室电池责任专家肖成伟向编辑表示。

作为锂离子电池有益补充之一的,就包括镍氢电池。事实上,在汽车动力电池领域,镍氢电池和锂离子电池的技术之争由来已久,但短期内谁得到更多的政策优惠,无疑将影响其所在的产业链发展。在这一轮博弈中,锂离子电池显着占了上风。

政策“变脸”

2012年6月,四部委联合出台《有关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》,对插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴。补贴标准根据动力电池组能量确定,对满足支持条件的新能源汽车,按3000元/千瓦时给予补贴。插电式混合动力乘用车每辆最高补贴5万元,纯电动乘用车每辆最高补贴6万元。非插电式混合动力汽车被纳入“节能产品惠民工程”,按每辆3000元标准给予一次性定额补贴。

从该补贴标准来分析,适合于插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车的锂离子电池得到了更多的政策优惠,而在非插电式混合动力汽车中占据较大优势和市场份额的镍氢电池,3000元的补贴标准则远远不能弥补其成本。

镍氢动力电池企业的管理人员对政策的“变脸”很郁闷。2011年6月,工业和信息化部对外发布《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》,将基于镍氢电池技术的混合动力汽车归类为成熟产品,允许在中国范围内销售使用,而将基于锂电池技术的混合动力汽车归属于发展期,只能在批准的区域、范围、期限和前提下销售、使用。

该政策出台后,镍氢电池厂商如沐春风。一年来,科力远、春兰集团、中炬高新、湖南神舟、凯恩股份等均在镍氢电池领域投入巨大。而一年之后,在北京举行的2010年第六届北京全世界纯电动车、混合动力暨清洁能源汽车及零部件展览会上,参展的镍氢电池企业寥寥无几,镍氢电池似乎被打入了冷宫。

产业思路

镍氢电池将来将面对怎样的发展前景?

肖成伟以为,在混合动力汽车方面,镍氢电池在将来5年内将保持较大优势,将占据主导地位和较大的市场份额。而锂离子电池使用在混合动力汽车的份额会逐年提高。

中国科学院物理研究所研究员黄学杰以为,中国的镍氢电池产业化技术并不成熟,也没有构成批量生产能力。假如这时去引进先进设备的话时机已较晚,需要付出的代价也很大,怎样发展需要各个方面思考。

但同一时间,中国具有丰富的镍氢电池原材料资源。中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长董扬曾指出:“中国具有丰富的稀土材料,但我们的工艺不能将稀土材料加工成汽车上用的永磁材料,我们只能出口稀土,进口永磁材料。”因此,怎样最大限度地发挥资源优势,成为很多专业人士思考的问题。

黄学杰建议,中国镍氢电池企业应该在关键材料上进一步提高水准,争取融入产业链。“假如能够将大量的稀土资源变成汽车动力电池材料,中国还是有很大机会的。比如科力远公司是镍氢电池原材料泡沫镍的最大生产商,假如中国镍氢电池企业都像该公司相同融入产业链中,尽管起不到主体作用,但能起到关键材料供应的作用,相同很有价值。”

北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所高级工程师尉海军博士向编辑介绍了镍氢电池的一个新的使用领域——代替干电池,他以为这将成为镍氢电池将来的一个重点发展方向。“镍氢电池在新兴使用领域比如代替一次性干电池方面优势显着,已显示出很强劲的发展趋势。”据他介绍,日本三洋公司针对消费类产品市场研制了一种低自放电率的镍氢电池,储存1年后容量保持率为85%,两年后容量保持率仍达75%,彻底突破了传统镍氢电池储存性能差(即自放电率高,储存1年后容量保持率为50%,两年后容量基本为零)的劣势,将传统镍氢电池带入全新的使用时代,有期望代替一次性干电池。一节低自放电率镍氢电池也就是1000-2000节一次性干电池,且容量更大、功率更高、完全绿色,可大大减少一次性干电池的使用,节约能源、保护环境。

据获悉,2007年和2008年三洋公司低自放电率镍氢电池供货量分别为2500万节和3000万节,并且在逐年增长。截至2009年10月底,该公司低自放电率镍氢电池供货量已共计超过1亿节。尉海军告知编辑,中国有些高校、科研院所也已在做这方面的研究,但由于没有性能优良、批次稳定性好的低自放电率镍氢电池负极材料,中国电池企业的低自放电电池产品与国外产品相对比,还存在较大距离。

专家建言

动力电池新路径:两轮驱动四轮

对于动力电池产业发展,中国科学院物理研究所研究员黄学杰提出了一条新路径汽车配件网了解,即“用两个轮子去扛四个轮子”。

黄学杰向编辑举了个例子,日本NEC公司是日产纯电动汽车聆风的电池供应商,但它同一时间也是欧洲市场最大的电动自行车电池供应商。其电动自行车电池电芯的制造、设计与电动汽车电池并没有区别。“NEC在电动自行车市场磨练了8年,构成了大批量生产能力,也积累了相关经验,这时就能够为日产供应电动汽车电池。中国企业相同可以走这条路。”黄学杰说。

在中国,正在践行这条路线的苏州星恒电源有限公司从成立之初就明确了从自行车电池走向汽车电池的发展目标。据描述,该公司的电动自行车电池产品这时在欧洲市场已与日本电池构成竞争,占据欧洲市场20%的份额,而其重点设备均为自主研制,产品的一致性得到大幅度提高。2011年开始,苏州星恒开始为汽车企业供应动力电池。上海世博会上,有173辆新能源汽车使用了该公司的锂离子电池。编辑还了解到,2012年1月,苏州星恒与上海燃料电池汽车动力系统公司合资共建上海恒动汽车电池有限公司,将重点为新能源汽车中的混合动力汽车、纯电动汽车生产作为其关键零部件的车用锂离子动力蓄电池系统产品,并为新能源汽车整车企业供应配套产品及技术服务。

不管是NEC还是苏州星恒,似乎都在向人们描述一幅“两个轮子驱动四个轮子”的美好图景。相应的,在电动汽车选择上,很多专业人士不约而同地向编辑显示,中国应该优先发展微小型、低速纯电动汽车。

中国电工技术学会名誉理事长周鹤良显示,中国在电动自行车的产业化方面已走在全世界前面,上下游构成了完整的产业链,技术日趋成熟,这些都为发展低速电动车奠定了很好的基础。

“中国在电动汽车发展上应该两头抓:一头抓城市公交、环卫车等,增长使用难度华夏汽配网认为,提高技术水准;一头抓电动两轮车、低速纯电动汽车,在准入、安全、驾照、保险等各个方面做出规范,引导企业选用锂电池并给予适当补贴。这一头假如抓起来,将对产业发展起到更大的加快作用。”黄学杰以为,两个轮子向前推,3-5年内,中国动力电池水准将得到很大的提高。

“锂离子动力电池企业假如连电动自行车的两年寿命都确保不了,就想做出电动汽车的8年寿命是不可能的。”黄学杰提到了一个不为人注意的细节,这时电动自行车电池每瓦时价格为2.5-3元,而这正是汽车厂商期望拿到的价格。“汽车动力电池厂这时都在赔钱,而电动自行车电池可以赚钱。因此,为什么不从低端开始做起?只有经过足够的积累,方可迎来质的提高。”

各方声音

国家863计划节能与新能源汽车重要项目总体专家组化学与物理电源技术重点实验室电池责任专家肖成伟:估计下半年出台的节能与新能源汽车产业发展规划中,将涵盖各种技术,包括混合动力、燃料电池、纯电动汽车,以及充电设施、技术标准等。政策导向肯定会有所侧重,将纯电动汽车作为战略重点加以支持,但不是说只支持某一方面,其他的不发展。

中国科学院物理研究所研究员黄学杰:这时废旧锂离子电池只有小部分被回收,并且重点是电极材料中有价金属的回收。根据锂离子电池的发展和将来的环境要求,大型电池需走梯级采用和标准部件机械分离的清洁回收路线,以达到资源的有效采用和减少环境污染,早做准备方能获得主动。

北京大学化学与分子学院黄友元:从全世界上来分析,动力电池会从镍氢电池逐步过渡到锂离子电池,而中国直接走动力锂电池的路线会更合适一些。这时的政策导向也很显着,政府将补贴重点放在插电式混合动力和纯电动汽车,这暗示政府鼓励电动汽车产业达到跨越式发展,跳过普通的混合动力阶段。

北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所高级工程师尉海军:将来,动力电池市场将呈现一个百家齐鸣、各显神通的景象。镍氢动力电池由于有市场多年成熟化商业运营的基础,在将来5年的混合动力汽车市场仍然会占据主要的地位,而锂离子电池将在插电式混合动力和纯电动汽车市场占据主导地位。此外,还会有一些新的电池技术的诞生。

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