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2019智新峰会 中国电子科技集团第十八研究所肖成伟 车用动力电池技术趋势及相关政策

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2019智新峰会 中国电子科技集团第十八研究所肖成伟 车用动力电池技术趋势及相关政策

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来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2019/11/07 11:28
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2019年新能源汽车智新峰会暨《节能与新能源汽车年鉴》发行十周年会议在北京裕龙国际酒店举行。2019智新峰会聚集节能与新能源汽车领域权威专家、行业资深人士、地方政府负责人、代表性企业负责人等,围绕政策、标准、整车、动力电池技术、驱动系统、自动驾驶技术等焦点问题进行深入探讨与交流,勾勒出产业未来的走向与趋势,继而大力推动我国新能源汽车产业创新、健康、快速发展。

 

中国电子科技集团第十八研究所肖成伟主任作为嘉宾参会,发表《车用动力电池技术趋势及相关政策》的主旨演讲。

 

中国电子科技集团第十八研究所 肖成伟主任

 

肖成伟:谢谢蔡总,很高兴来参加这次的智新峰会。首先祝贺节能新能源汽车的年鉴发行十周年,这十年我都参加了,有时候想想弹指一挥间,上面写了十年再启程,我们看看下一个十年,下一个十年我们可能会看到行业发生一个巨变,本身这个行业也是一个朝阳的产业。

 

这个角度而言,给大家共同探讨,看看节能汽车新能源的发展,也是非常有意义的事情。

乘用电池的技术的趋势以及相关政策。

 

各位专家介绍了比较多了,新能源汽车在国内发展的情况。国际能源署有一个预测,政策驱动下,2030有一个非常激进的预测,新能源汽车占到30%的比例,这两个预测的模型来看,整个新能源汽车的保有量至少应该在接近1.5-2.5亿辆范围。这个前景来看没有任何问题,中国在这其中占了非常大的比重,会做出一个很重要的贡献,对于全球新能源汽车的发展。

 

对中国的新能源汽车发展的预测。这个预测还是比较乐观的,协会之前定的是160万辆,后来调到150万辆,现在来看150万辆也很难,应该在去年基础上增长10%是有可能或者是持平的情况,现在保有量基本上在360万-370万的辆水平。

 

动力电池是它最为核心的关键零部件,铅酸、镍氢、锂电都有应用,只不过应用的技术应用方向以及产品不太一样,但是趋势发展来看,还是以锂电池作为主要的关注点。

 

对电池这一块大家要求比较高,只要电池可以达到这样一些要求,它做的纯电动车就可以跟燃油车竞争了。大家关注比较多的像能量比重,包括体积能量密度包括重量能源密度,我们做乘用车有可能是体积能量密度多一些,现在也有一个观点,这两个要并重,体积和重量都爱关注。安全性、循环寿命、日历寿命、快速充电以及宽温度使用范围。成本大家在这其中考虑的比较多。

 

每一类电池在不同的产品中都有应用,铅酸电池、镍氢电池、锂电子电池,镍氢电池基本上在日系车里面的混合动力的这些,锂电子电池无论是混合电动还是插入点混合动力包括双积分里面,做混合动力电池选型还是基本上锂电池占有比较大的比例。

 

通过前面一些背景再看看国内补贴政策的推动情况下,动力电池应用的情况。

 

乘用车。包括插电、纯电动的,插电中是以三元材料的为主,而在纯电动中是三元占主导的地位。对纯电动车的系统能量密度基本上是在120瓦时每公斤以上,现在基本上做到140瓦时每公斤,还是跟补贴政策的要求是密切相关的,现在有的电池系统能量密度做到160瓦时每公斤,甚至有的高可以做到180瓦时每公斤。

 

专用车。磷酸铁锂跟三元的基本上两个是均衡发展,这里面的比例差不多,有一部分是锰酸锂,也号称超级锰酸锂电池,做的能量密度也比较高,会做到160瓦时每公斤以上。它的能量密度也是补贴的要求推动的,基本上都在115瓦时每公斤以上的水平。

 

商用车,大巴车为主,像插电的里面是以锰酸锂的为主,有一部分是磷酸铁锂。纯电动客车里面以磷酸铁锂为主,有一部分锰酸锂,还有一部分钛酸锂电池的分类,纯电动客车能量密度基本上以135瓦时每公斤为主,都是在这个水平以上。

 

把前面的应用电池做这样一个归类,像磷酸铁锂,无论是我们在乘用中、商用车中包括在刚才所说的专用车里面都有一个比较好的应用。它的能量密度现在基本上会做到160瓦时每公斤左右,有的高可能会做老170、180瓦时每公斤,当然要把这个能量密度做进一步的提升,要把它的容量做提升,这样活性物质占的比例高一些,非活性物质占的比例会降低,通过这样一个方式去做。

 

超级锰酸锂,超级锰酸锂也并不是说100%是锰酸锂,是跟三元做混合,正级材料,负级基本上以石墨为主,它做的大概是160瓦时每公斤以上,有一些大巴车以及物流车也应用的比较多一些。

 

用523的正级材料跟石墨做匹配,现在在乘用车里面是一个主流。像我们有可能做到100安时以上的容量,它的能量密度在今年基本上在240瓦时每公斤,有高可能做的到250瓦时每公斤,这是一个主流,在乘用车应用的非常广泛。用523跟石墨以及软碳做负荷负级材料,做一个快充。刚才上面讲到523跟石墨匹配,像CATI、力神、比亚迪等等这些企业都做的比较多的这样一个产品。快充是523做正级,石墨做负级,或者是石墨跟软碳做一个负级材料,威洪像这样的企业是比较有代表性,做快充,它做的电池可以做到4C甚至是5C的水平,也就是说在15分钟左右可以把这个电池充到80%的水平。

 

高镍的材料,小电池里面已经用起来了,像811或者NCA,62的我们会在软包比较大容量里面用,在镍含量再高一点,81NC6,在应用的也比较广泛。能量密度做到250或者是260瓦时每公斤的水平。

 

产业化的角度而言还是比较集中,长三角、珠三角、京津冀。目前而言中国已经形成了全球最为望山的产业链,包括产业工人。

 

配套的量,在2018年的时候达到570亿瓦时,而电池的企业的数量现在慢慢在聚集,2018年的时候到90家,我想今年还会再做进一步的聚集。我的一个看法是:到最后应该是在10-20家左右的企业,我想对这样一个产业的发展是必须好。当然我们还有一些企业相对来说市场占有疑虑比较高,我个人认为不会聚集到三五家或者两三家的结果,相对而言行业、企业参与的数量比较多一些,对整个行业的发展还是非常有利的。今年在这90家的基础上还会做进一步的缩减。

 

现在中国的市场占有率现在全球第一位,尤其是在新能源汽车领域做了一个很大的贡献。2020年我们的需求应该至少超过一千亿瓦时的水平。产能规模,建成的再建包括大家做一些规划统计超过了四千亿瓦时,但是真正能够形成有效的或者是高品质的产品产能现在还是不够,现在很多的一些企业虽然大家觉得有问题在退出,但是也有很多的企业也在积极的关注动力电池的这样一个产业中。昨天正好去天能,他成立了一个合资公司,从另外一个角度也看重中国的市场,他认为中国有很大的企业,他就选择了天能给他做了这样一个合资企业。

国内外的一些规划,像韩国、日本、美国、德国等等都从国家层面做了很好的一些动力电池方面的规划。涉及到电池的基础原材料,电池系统,包括一些测试评价,包括新体系电池等等,从整个电池材料的角度做了这样一些规划。

 

中国最主要是四个方面,涉及到动力电池。

 

第一,节能新能源汽车国家规划。

 

第二,十三五重点研发专项。

 

第三,中国制造2025。

 

第四,汽车产业中长期发展规划。

 

现在正在做新能源汽车2035的一些规划,大家可以从网上看到一些相关的信息。电池基本上是三个层次来做规划的。

 

2020年我们要做300瓦时每公斤高比能的电池,我们要实现产业化以及批量应用。

 

我们还要做新型锂电池,做到400瓦时每公斤的一类电池,2020年会做一个装车的演示验证。着重长远而言,做新体系电池,我们做锂流、固态电池做到500瓦时每公斤,我们做成系统折算这个系数基本上按照0.7的系数做折算。

 

20016年发布了一个节能新能源汽车的技术发展路线图。最主要是针对乘用车的领域,针对是纯电动乘用车,做的单体300瓦时每公斤,系统200瓦时每公斤,要达到这样一个技术指标的话,还是非常难的。2020年的时候,基本上可以做到300瓦时每公斤和210瓦时每公斤的系数水平,目前来看是比较可行的结果。

 

插电用的能量功率型,200瓦时每公斤单体的要求,120瓦时每公斤系统的要求,目前来看进展的非常顺利,2020年的时候都可以达成,是没有问题的。

 

动力电池的技术发展路线图。以锂电池作为一个主要的发展方向,向高比能的发展方向。到现在的三元材料,尤其是高镍三元电池这是一个方向。

 

2.0版路线图的研究框架。动力电池还是作为一个非常关键的分路线图,同时增加了充电基础设施的内容,还有新能源电驱动系统的技术路线图,增加这两个路线图。每一个分路线图都是从这七个方向制定,今年年底的时候我们会把初稿完成,明年大概是二三月份的时候发布这样的一个正式的路线图。

 

对电池这一部分而言,从全产业链做这样一个规划,从材料、电池系统、集成、新体系测试评价、深产装备、资源回收和梯级利用,涵盖的面更广,原来是针对乘用车,现在扩大到商用车,里面还包括混合动力、插电式混合动力和纯电动,基本上把整个汽车行业新能源的技术对电池的要求都包括在内了。

 

各个国家的电池企业,韩国LG化学,他也在参与中国路线图制定的工作。这是韩国SKI,这些其是做软包的为主。包括远景AESC,远景已经把AESC做了并购,这几家基本上是以软包电池作为主要的一个技术取向。中长期可以实现产业化的电池的体系。高镍的三元材料,811或者NC,200瓦时每公斤的系统,这是大家研发以及产业化的焦点。同时,固态电池我认为是锂离子固态化也是一个热点。我们还要做到400瓦时每公斤的电池要富锂锰基是最可行的状态,还有一些企业正在做相应的研究以及产业化的工作。

 

300瓦时每公斤的一些具体的技术进展。承担了国家重点研发专项,除了这些企业,像接威、万像也在开发300瓦时每公斤的电池。比亚迪做了280Wh/Kg,它的放型的。软包括的像力神、福能等等这些企业也取得了比较好的一些进展,相应的一些产品的开发和验证现在基本上都完成了。

 

400Wh/Kg用富锂锰基做的。首先是锂离子电池做的固态化,负级用石墨还是我们一部分会用到氧化亚硅或者硅的负级材料做一个混合负级材料,它做的电池,功率型大概230瓦时每公斤,能量性200瓦时每公斤,整个安全以及它的循环都呈现出比较好的一些特性。

 

长远来看,还是锂硫、锂空气,大家还是需要从基础研究的做很多的一些研究的工作。

 

双积分政策。整个双积分跟原来相比,基本上是原来的50%,是这样一个结果。在这里面最主要是跟它的能耗以及它的延驶里程是相关的,其实在这里面大家的能耗基本上会拿满,至少会拿到1的系数,有的可能拿到1.5的系数,最后大家竞争的或者说最后大家在这里面关注度最多的还是一个延驶里程,续驶里程越长相对来说拿的积分比较高。这里面把低油耗的乘用车也引入了里面,原来按照它的折算系数是0.2,后来提高到0.5,从整个的油耗和电耗的测试的工况依据就有一个变化,从原来NEDC切换到WLTC的循环,而纯电动和燃料电池是NEDC切换到中国的工况,做氢气的消耗和电的消耗。从目前来看,油耗肯定是要提高一些。我认为电耗相对来说应该会好一些,跟原来应该基本上是差不多,有可能还会稍微再缩减一点。

 

双积分颁布的这样一个内容没有变化的情况下,会有这样一个趋势:

 

能耗的系数基本上大家都会拿到1,大家竞争的就是在续驶里程这方面,会做很多的选择。对国内的整车厂来说,目前以A级纯电动车为主,做产品的技术调换,跟原来在补贴政策下的技术方案,现在双积分的情况下会做一个方案的调整。在这里面就是A级车以AO或者A00为主,这是几个驱动型,这里面磷酸铁锂会占主导的地位。在这里面磷酸铁锂的系统价格大家希望可以做到六毛钱一瓦时,今年是什么样的情况,一些比较好的企业,单体的报价税前基本上在五毛钱左右,有的企业模块税后都做到五毛五的水平。还有B级车以上的应该是以插电为主,辅之一部分的纯电动的车型。B级车是这样一个结果,像插电的我们做600公里左右的一个续驶里程大概装上十度电,它的价格应该在九毛钱左右的水平,增加成本大概两万块钱。纯电动大概50度或者再远一点100度电,都是500公里以上的续驶里程,价格都是在150万元以上。

 

双积分的情况下,会有两个比较大的趋势:

 

国内的自主品牌的整车做的基本上以上面的分类为主,当然也会兼顾一些插电或者是兼顾高端的纯电动的。合资品牌,独自品牌他们基本上做的以下面为主,是以长续航里程的中高端的纯电动车或者是查点的为主,从整车企业角度来说它对这个更清楚一些。如果我们自主品牌的整车企业要往上做其实要花很大的力气。而合资品牌或者独自品牌要往下做,比如说从B级车往A级车延伸的话,相对来说渗透率会更高做一些。

 

这是双积分了之后我个人的观点,这是两类车的对比,A级车和B级车,我们从质量、电池系统、能量密度以及续航里程、百公里能耗做这样一个对比,从这里可以看出这个能耗基本说会拿满,会做到1的水平。低能耗的车发展,48V、中度至强度混合动力,能量密度比较低,价格优可能会相对来说比较高一些。

 

混合动力里面锂电池还是占了比较大的比例,跟前面所讲的锂电池是大家关注的焦点,这样的一个趋势是没有问题的,可以做一个很好的对应。

 

寿命而言,质保还是通过补贴延伸过来的,像乘用车8年12万公里或者16万公里,有的提到6年或者8年60万或者是80万公里。价格我们至少做到税后六毛钱,这是一个非常有竞争力的数据了,我认为这是大家努力的目标。2020年做到八毛钱,我认为是没有问题的。

 

安全法规和标准。国内从内容来看制定的是非常完善,包括电性的安全性,循环寿命、回收利用等等。像电池的编码、规格尺寸有一些已经被引用了,有一些企业也按照相应的标准在做产品的设计。锂离子电池工厂标准已经颁布实施了,无论是在建还是新建,里面的一些标准是强制性必须要做到的。

 

电动汽车锂离子电池续电池安全要求,这是强标,单体模块以及系统的基础上整合为一个强标,这里面还是以系统测试为主,当然兼顾了一部分的单体,这里面增加最多就是热失控、热扩散的要求。前面做的像安全性测试的没有涉及到热失控、热扩散,现在相当于在强标里面单独增加了这一块的内容,这一块的内容通过使用周期以及场景要着重做电池系统热失控以及热扩散的要求,因为其他的像我们过充、过放、短路等等做的都比较充分了,但是热失控和热扩散,从全生命周期以及不同使用场景下,我们做的或者考核验证还比较少。如果这一块能够做的比较深入的话,我想我们配套的电池系统的安全性会得到比较好的提升。

 

要重视的几个问题。

 

第一,不管怎么样讲,整车的安全性包括电池系统的安全性是现在大家作为一个关注的核心。当然了,在这个基础上我们还得需要能量密度,高比能是一个永恒的追求,我们要在这能量密度、功率密度、安全、循环、耐久和成本方面找这样一个平衡。

 

第二,高品质的电池还得要从设备的角度,生产装备的角度做比较好的提升。实现制造智能,数字化工厂的设计,来提升生产的效率和产品的一致性,其实也是我们一个高品质电池的保障。昨天科技部发了一个指南,涉及到制造智能和数字化工厂的内容。

 

第三,做好单体电池质量水平的前提下,还要在电池系统的设计开发的角度多做一些工作。像现在为了提高它的的能量密度我们也想了很多的办法,像电池和底盘结合一体化的设计,还有快速充电对电池包以及电池系统也有很高的要求。像我们通过一个电池包,高电压设计的一个形式,可以给它把这个快充的方案在这里面做应用。在这个基础上,我们还要把它的热管理、热失控、热扩散的控制技术做一个很好的研究和应用。各种电池都有一个比较好的应用的潜力,无论是圆柱、方型、还是软包,没有偏向性,每一类电池都有它合适的应用领域。

 

第四,我们还要考虑成本以及梯级利用,我们在标准化这个方面还要做很多的工作,无论是单体模块还是系统。

 

第五,着眼于未来,新材料、新体系电池研发要从基础研究的角度加强,站在世界至高点看这些问题。

 

以上内容据峰会现场速记整理,未经嘉宾本人审阅。

 

活动报名

2019年新能源汽车智新峰会
活动地点:
北京裕龙国际酒店
活动时间:
2019-11-05 09:00 ~ 2019-11-06 12:30
报名时间:
2019-06-11 11:36 ~ 2019-11-04 00:00
2019年新能源汽车智新峰会旨在搭建新能源汽车产业发展的交流平台,集聚优势资源,帮助业内人士获取最新的行业情报与资讯,并学习新能源汽车领域前沿技术与创新模式,发现新商机并寻找优秀业务合作伙伴,进一步促进新能源汽车领域的交流与合作。

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