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中国动力电池技术发展:以技术和市场为导向

在新能源产品的寻求和发展过程中,车载动力电池的发展速度惊人而迅猛。第四次能源工业技术革命给我们带来了三款主流的新能源电池产品:氢燃料电池,锂离子动力电池、镍氢动力电池。那一个会成为我们汽车新能源的替换品呢?以技术和市场为导向的新能源汽车动力电池会带您进入一个全新的环保能源世界。

2009年堪称新能源汽车发展“元年”。在公布的《汽车产业调整振兴规划》中,新能源汽车作为重要组成部分备受关注。《规划》要求,到2011年新能源汽车要形成50万辆的产能,销量要占到乘用车销售总量的5%左右。2009年7月1日正式施行《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》(以下简称《规则》),在《规则》中,中国国家工信部将新能源汽车划分为起步期、发展期、成熟期3个不同的技术阶段:

表1:中国国家工信部----新能源汽车生产企业及产品准入管理规则

起步阶段

氢燃料电池汽车

只能小批量生产,且只在批准的区域和范围示范运行,并对全部产品的运行状态进行实时监控。

 

发展阶段

锂离子动力电池汽车

允许进行批量生产,至少对20%的产品的运行状态进行实时监控,在2010年12月31日前,被限定销售和只能在批准的区域内使用。

 

成熟阶段

 

镍氢动力电池汽车

与常规汽车产品相同,可在全中国销售使用。

业内人士普遍认为,该规则首次指出镍氢电池的重要性超越锂电池,成为中国新能源汽车的发展方向。仅在2009年7月1日前两个多月,在由工信部主办的纯电动汽车产业发展论坛上,科技部部长万钢表示,“十一五”期间,中国将加大新能源汽车的研发投入,多头并进,重点突破。锂电池专家、中国工程院院士陈立泉甚至称:“锂电汽车是中国在激烈的国际竞争中难得的一次历史机遇,锂电汽车将带来一场能源革命和产业革命。”短短两个多月里,技术路线会发生了如此之大的改变,锂电池和镍氢电池的抉择,是基于技术方面的考虑,还是车企之间利益博弈的结果?准入规则出台后,锂电池和镍氢电池企业将何去何从?

技术路线之争,市场导向变得扑朔迷离。三种车载电池中,镍氢动力电池是目前商用化主流,但是主要技术指标均低于锂离子动力电池,且理论上基本不存在提升空间;锂离子动力电池尽管性能优越,然而安全性尚不能得到保证,且相对较高的成本也阻碍了其商用。

按照目前的市场占有量来看,短期能够兑现业绩的只有镍氢动力电池,因为镍氢电池技术最成熟,其中最成功的是丰田汽车的普锐斯Prius和LS600h,目前在全球的销量总和超过了130万辆,在中国大陆,已经有3200-4000辆新能源汽车在各大主要城市实现了安全运行,下一步只是全面推广应用了。面对镍氢动力电池的商机,中国国内的电池生产厂商,科力远与GP超霸合作企业科霸电池即将实现装配18,000台汽车的电池生产产能,春兰电器即将实现年产1800台汽车的动力电池配套生产,中炬森莱在2010年即将完成1亿安时镍氢动力电池的产能投资。基于镍氢动力电池完整的技术解决方案,在未来的三到五年内,仍然是新能源汽车的主流产品。

高速发展的第四次能源技术革命,锂离子动力电池的发展来势凶猛。锂离子电池---磷酸铁锂电池具有以下的优势,同时也面临着几大技术缺陷:

表2:锂离子电池---磷酸铁锂电池优势劣势对比

 

整体优势

技术缺陷

磷酸铁锂

电池

1:超长循环寿命,循环可达2000次

2:理论上安全性非常高

3:可进行大电流放电,满足大功率要求

4:在高温低温环境中,有非常优越的表现

5:无记忆效应,绿色环保

6: 想对其他锂离子电池材料,成本要低

1:电导率很低

2:实际电容量较低

3:单元电池的均匀性较差

4: 产品成品率低下,导致动力电池包的整体性能低下和成本居高不下

5:安全性问题有待解决

万向集团为上海世博会设计制造的210辆电动公交大巴在世博会上运行良好,搭载的是锂离子-磷酸铁锂电池。另外为国家电网开发的纯电动电力服务车有100多辆,在22个城市,累计运行里程超过280万公里;目前最大的热门企业比亚迪BYD汽车开发的E6纯电动汽车,搭载的磷酸铁锂离子动力电池,续航能力300Km,今年5月17日,已在深圳市区内投放了10辆的士试运行,并会逐步增加到30辆运行。

搭载锂离子磷酸铁锂动力电池的纯电动汽车的试运行,并接受实时的监控,这是锂离子动力电池走向市场化,成熟化的一个开始,也是对成熟的镍氢动力电池市场蝉食的开始。但这个过称需要时间去检验,未来3-5年的时间,技术不断成熟的锂离子动力电池将取代镍氢动力电池独占鳌头。

基于环境保护,碳排放更低的要求下,氢燃料电池无疑是未来汽车新能源发展最好选择:

表3:氢燃料电池的优势劣势对比

 

优势

劣势

氢燃料电池

1:彻底的摆脱碳排放,

2:实现零污染,排出物为水

3:三高性能(高功率,高能量密度和高能量转换率)。

1:电化学反应中需要使用贵金属铂作为催化剂,成本高居不下;

2:后续使用中贮存和运输氢成本高;

3:加氢站等配套设施不够完善,

4:如何提高氢站安全性需要高额的前期投入

在目前,日本对氢燃料电池的投入在全球范围内是比较大的,有部分的制造商已经推出了测试级别的氢燃料电池纯电动汽车,但并没有小型化的试产,2009年,丰田公司宣布将在2015年推出可以用得起氢燃料电池电动车,但要想实现大众化,平民化的产品,这条路依然艰巨。

如荼似火的新能源产品的竞争发展,三款新能源产品的未来产业格局如何?技术和市场导向会决定谁来替换和谁被替换。商业竞争是残酷的,但我们的地球面对的环境问题,更是时不待日,尤其残酷。我们期待着锂离子动力电池的早日成熟,更期待氢燃料电池的低成本和技术成熟。