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动力锂电池行业缺乏协调创新

  这一次,围绕动力锂离子电池的现状和发展举办了平行论坛。嘉宾包括国联汽车动力锂离子电池研究院院长卢世刚,中国工程院陈清泉,院士,博世(中国)投资有限公司徐大全,执行副总裁,北京理工大学孙鹏春,副校长集团董事长秦兴才,总裁天津力神电池有限公司,合肥李缜,国轩集团董事长


  以下是国联汽车动力锂离子电池研究院院长卢世刚,的现场演讲。


  根据大会给出的题目,我们的题目叫做动力锂离子电池的现状与发展。我想大家都知道,目前电动汽车使用的动力锂离子电池主要包括三大化学体系:镍氢电池、锂离子电池和燃料动力锂电池。镍氢电池现在已经非常成熟,在普瑞斯已经广泛应用于混合动力,当然在普瑞斯的销量已经达到了700多万辆。现在按照分类,我们说的锂离子电池是磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)、镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂,后两者称为三元体系。所以从这张表可以看出,目前锂离子电池已经从磷酸铁锂向三元转变,单体能量可以达到180。可见这种三元电池还有发展空间,最终密度可以达到250甚至260,这是我们目前行业应该努力的方向。


  昨天,欧阳老师对燃料动力锂电池发表了评论。从2008年开始,应该说燃料动力锂电池有了很大的突破,能量密度达到每升3 kW,续航时间达到万小时。目前最重要的问题是进一步降低成本和希望。


  首先,看看我国的发展现状。我们的第一个判断是,我们已经基本掌握了汽车动力锂离子电池的关键技术。我国动力锂离子电池的发展与整车基本同步。“十五”期间,我们开展了镍氢电池、锰酸锂氧化物锂离子电池和燃料动力锂电池的研发。“十一五”期间,我们加大了磷酸铁锂,离子电池的研发和产业化力度,“十二五”期间推进了三元材料电池的研发和产业化。目前正处于这样一个阶段。从技术上讲,我国已研制出镍氢电池和锂离子燃料动力锂电池,关键技术指标达到国外同类产品先进水平。目前我们的锂离子电池可以做到比能量800-1000 WHR,比功率500-100 WHR,循环寿命1000次,使用寿命5年左右,每WHR成本不到3元。


  其次,从产品层面来看,磷酸铁锂离子电池已经成熟。过去,我国供应的电池支撑着行业的发展。目前大规模示范使用的电池基本都是国产的。根据工信部公布的新能源汽车推广目录,我国绝大多数汽车电池都是磷酸铁锂离子电池,这意味着近两年来,三元材料的动力锂离子电池已经在电动汽车上得到示范和应用。大家都很清楚,比亚迪的汽车使用的是盐酸铁电池,像上汽、北汽这样的电池系统都是磷酸亚铁锂。奔腾目前是一辆示范车,他的电池是168,三元材质。


  第三,我国已经建立了比较完善的工业体系。昨天,我们听说2014年我国电动汽车销量约为8.4万辆。如果每辆车20-30,应该说我们的电池已经达到20多亿千瓦时,销售收入应该超过50亿元,2015年将超过100亿千瓦时。我国目前正在推进动力锂离子电池产量建设,预计2015年将超过100亿千瓦时。第二,我国已经建立了比较完整的工业体系,具有一定的关键材料、单体电池、电池系统、电池设备和检测仪器的生产能力。比如北大献县、天津巴莫, 北京当省等都是正极材料,而贝特瑞、杉杉等负极材料在国际上仍有竞争力。


  从发展趋势来看,首先是锂离子电池已经成为动力锂离子电池的重要方向。目前,所有人都清楚,日本,美国,欧洲和韩国最重要的商用电池是燃料动力锂电池。目前,混动也在推动锂离子电池的应用。韩国,日本和中国在全球锂离子电池市场占据主导地位,分别位居韩国,第一、日本第二和中国第三。


  近日,三星, LG和SK宣布在中国成立合资公司,我国主流汽车厂商也准备在自主品牌汽车中使用韩国生产的电池。


  第二个特点是中国政府大力支持新一代动力锂离子电池的研发。2012年,日本实施存储战略,提出2020年电池市场要占据全球50%的份额,这意味着要重新夺回领先地位。根据NEDO  2013年公布的技术路线图,他的技术路线很可能在2020年之前基于先进的锂离子电池,并投入实际使用。系统比能将达到250w/kg,成本将低于1.5元。2030年将被称为创新电池,能量达到500w/kg,成本达到80美分以下。2013年,美国提出EV蓝图,提出2022年生产的插电式混合动力汽车的电力成本与传统汽车相当。根据2013年公布的技术路线图,下一代电池将于2022年投入实际使用,系统的比能量将达到每公斤250瓦,成本将降至8毛以下。2013年后,锂离子电池将投入实际使用。


  从新一代锂离子电池的角度来看,我国研究开发新一代动力锂离子电池具有重要意义,重点关注新一代动力锂离子电池和新系统电池具有重要意义。新一代锂离子电池与现有系统不同,正极材料、负极材料和电极都要更换。电池的比能量可以达到每公斤300瓦,成本可以达到不到一美元。这张表列出了两件事。一是日立最近宣布镍基正负极单体电池比能为330个/kg,使用寿命为50倍。另一种是台塑,作为正极,做成负极,使用寿命可达100。然而,这种电池系统的成本和安全性还需要进一步验证。


  第二类是新系统电池,一般以新化学原理为基础,以锂金属或其他金属为复合材料,包括锂金属、硫电池、锂金属空气电池、锌金属空气电池和铝金属空气电池。从历史上看,应该说这些电池作为原电池没有问题。在动力锂离子电池领域,必须在电动汽车领域制造二次电池。也有很多挑战。


  目前,这种电池还处于实验研究阶段,其循环性、安全性、寿命和成本有待进一步验证。从近几年的情况来看,特别是2014年美国阿贡国家实验室发布的报告,通过电池系统层面的定量分析,提出锂金属/空气电池系统商业化的技术风险明显高于新一代锂离子电池。和空气电池的技术风险一样,这张表中有红色部分,有正负极,整个系统的风险稍微高一点。


  下一代应该会突破新一代锂离子电池。目前,人们更加关注新材料的应用和技术。据近期网上消息,西班牙石墨烯纳米公司近日宣布,研发出比能量为497Wh/Kg、8分钟内充满电、成本低廉的石墨烯聚合物电池。根据报道的技术指标,推测可能是锂硫电池系统。我们反复看了这个系统,根据他的技术规格,他的电压是2.3伏。


  从以上分析中,我们可以看出我国产业存在的问题和差距。一是我们认为我国动力锂离子电池行业竞争力不强,表现在两个方面:一是技术先进性和可靠性竞争力不强,磷酸亚铁锂中动力锂离子电池产品的比能量、高低温特性、可靠性和经济性明显低于国外使用三元材料的动力锂离子电池的技术水平;1718年后的韩国,它可能跌破1美元15美分。第二方面,与国外相比,在制造设备、工艺水平、检验验证能力、产品质量和一致性等方面存在较大差距。从技术上来说。其次,从公司来看,公司规模创新竞争不强,国内公司较多,但大部分公司的经济规模、盈利能力、R&D团队、R&D能力、R&D体系等与日本、韩国相差甚远


  二是新一代动力锂离子电池技术创新能力不强,说明国际专利数量明显低于发达国家。我国发表的论文很多,大概是世界第一,但专利申请主要集中在中国。在美国申请的专利只占美国专利的2%,授权也只有1%左右。欧洲完全没有统计数据第二,探索新材料和关键技术的能力强。探索新一代动力锂离子电池是我国的一项重要任务。新材料工程研究严重不足,工程开发能力和集中投入机制尚未形成。


  三是产业协同创新机制尚未形成,这也表现在两个方面。一是技术创新的协同机制尚未形成,技术研究集中在高校、科研机构、技术产品和。二是产业发展协同机制尚未形成,动力锂离子电池存在不足。电池系统和动力锂离子电池行业在技术路线和产品要求、质量体系、电池回收等方面缺乏统一的认识。没有建立起产业协调发展的体制机制。


  最后,我们有三点建议。一是加快新一代动力锂离子电池的研发。按照我国的规划,2020年我国电池的比能量将达到300 WH/千克,这大约需要6年的时间。因此,我们认为我国应该成立新一代动力锂离子电池集中研发和投入,突破新一代锂离子电池和新型电池。2020年电池系统比能达到250Wh/kg,成本降至1.0元/Wh。新系统电池的比能量超过400Wh/kg。


  二是加强工程能力创新建设。一是打造新一代动力锂离子电池新材料和关键技术的工程研究能力,将基础研究、工程开发和产品开发联系起来;二是构建动力锂离子电池产品的设计验证能力,将电动汽车的技术要求转化为动力锂离子电池和电池系统的设计要求。


  三是加快产业协同创新,政府牵头,行业组织、联合汽车公司、电池公司。一是共同制定动力锂离子电池技术路线图,明确阶段性目标任务,指导我国动力锂离子电池产业发展。我们觉得这篇文章很重要,应该说这个任务也很紧迫,大家要统一认识。二是共同制定动力锂离子电池通用技术规范,明确电池产品设计、制造、储存、运输、回收的要求,加快我国动力锂离子电池产业发展。