1、2018/6/23,1,2018/6/23,1,浅谈中国新能源汽车动力电池产业发展现状,张世杰2011年11月,2018/6/23,2,2018/6/23,2,提纲,前言动力电池产品发展现状分析动力电池产业链发展现状分析动力电池产业能力/规模发展现状分析个人的几点建议,2018/6/23,3,2018/6/23,3,一、前言,新能源汽车动力电池包括哪些电池？ 以国家科技部2001年初启动的电动汽车重大专项为依据，当时对于纯电动汽车用动力电池立了3个项目（课题）：第一、锂离子动力电池18所蓝天电源公司承担；第二、镍氢动力电池天津和平海湾电池公司承担；第三、燃料电池中科院大连物化所承担。 因此，新
2、能源汽车动力电池主要包括锂离子电池、镍氢电池和燃料电池三大系列产品。当时立项锂离子和镍氢动力电池的技术水平锂离子动力电池技术指标要求单体电池技术要求见表1:,2018/6/23,4,2018/6/23,4,一、前言,表1：,2018/6/23,5,2018/6/23,5,一、前言,组合电池主要技术指标：84只单体电池串联组成；电池组电压：210V336V；电池的容量50Ah，实际测试数据56.97Ah；电池组比能量100Wh/Kg，实际测试数据106Wh/Kg；输出功率50KW。当时提的11、13、14、15、16、17、18、19和21的要求对今天仍有非常重要，该产品由国家科技部863办公室
3、抽样20只单体样品和3组单元组合通过测试与项目验收。镍氢电池几个主要技术指标：180只单体电池串联组成；电池组电压：180V216V电池的容量：100Ah说明：燃料电池指标不详。3个产品均进行跑车试验。,2018/6/23,6,2018/6/23,6,一、前言,目前国内从事3种动力电池技术开发与产业化推进的主要企业锂离子动力电池（见后面）镍氢动力电池 主要有：春兰集团、科力远、中炬高新、湖南神舟、湖南科霸、凯恩股份、四川宝生新能源电池有限公司、淄博正大电源有限公司、江苏奇能电池有限公司等。燃料电池 主要有：新源动力股份有限公司（分公司有江苏新源动力有限公司和上海新源动力有限公司）、上海燃料电池
4、汽车动力系统有限公司、博信电池（上海）有限公司、北京长力联合能源技术有限公司等。,2018/6/23,7,2018/6/23,7,一、前言,从产业的角度分析新能源汽车3种动力电池经过十余年发展至今的现状状况 从2010CIBF展览会数据统计看：锂离子动力电池参展企业62家，镍氢动力电池参展企业仅5家（其中还有2家是电动自行车电池），而燃料电池无1家企业参展。由此表明：锂离子动力电池经过十余年发展，在国内已经形成或初具一定的产业规模或产业基础；镍氢动力电池的产业规模发展速度远远低于锂离子动力电池；燃料电池技术门槛和从业要求很高，尚达不到产业化的阶段。所以，本文既然讲“产业”现状，主要讲锂离子动力
5、电池并从产品、产业链和产业能力几个方面进行现状分析。,2018/6/23,8,2018/6/23,8,二、动力电池产品发展现状分析,新能源汽车动力电池已经得到了比较广泛的试验应用 典型的动力电池应用是在2008年北京奥运会和2010年世博会，其中奥运会上各种新能源汽车有601辆，世博会上各种新能源汽车有1293辆；为这些新能源汽车配套的国产（也含有进口）动力电池包括锂离子动力电池、镍氢动力电池、燃料电池等。其中：锂离子动力电池被大量采用，某公司90安时纯电动客车用锂离子动力电池系统大规模应用于2008年北京奥运会与2010年上海世博会 ；动力镍氢电池受到HEV新能源汽车的青睐。2008年北京奥
6、运会，20辆领驭燃料电轿车为奥运会提供交通服务，运行总里程超7.6万公里。上海世博会有100多辆燃料电池新能源汽车。 “城市千辆计划”为一些企业的动力电池应用提供了机会。锂离子电池大型企业比亚迪公司推出了新能源轿车。,2018/6/23,9,2018/6/23,9,二、动力电池产品发展现状分析,国内有的知名锂离子动力电池企业的样品已经在国外新能源汽车上进行跑车试验。统计长安、比亚迪、华晨、北京现代、奇瑞、通用、一汽、上海大众、吉利、天津清源、莲花、长城、众泰五洲龙、南车时代、中通客车、北汽福田、京华客车、安源汽车、安凯汽车、宇通客车、厦门金旅、东风汽车、江苏常隆、京华客车、上汽和上海万象研制的
7、混合动力轿车、纯电动轿车、混合动力城市客车和纯电动城市客车45种车型发现：采用锂离子电池的22种，其中7种纯电动轿车和7种纯电动城市客车全部采用锂离子电池；采用镍氢电池的19种；在混合动力城市客车中采用铅酸电池的4种。,2018/6/23,10,2018/6/23,10,二、动力电池产品发展现状分析,动力电池产品形成了完整的系列、品种和型号体系锂离子动力电池单体按电极材料分为：钴酸锂型、锰酸锂型、氧化镍钴锰锂型、磷酸铁锂型和聚合物型；按外形结构分为：钢壳圆柱型、方形钢壳型、方形塑料壳型、软包装型等。镍氢动力电池，典型的产品：中山中炬森莱高技术有限公司（圆柱型电池），春兰集团公司（金属壳方形电池
8、），湖南神舟科技股份有限公司（塑壳方形电池），湖南科霸动力电池有限责任公司（塑壳方形电池）。燃料电池，新能源汽车应用的有氢氧燃料电池、质子交换膜燃料电池 、锌空气金属燃料电池等。,2018/6/23,11,2018/6/23,11,二、动力电池产品发展现状分析,产品技术水平不断提高（仅列举几个例子）这是某公司按国外电动汽车技术要求设计的锂离子动力电池样品的测试数据：单体壳体：方形钢壳（磷酸铁锂正极）电压：单体3.2V；单元模块16V容量：60Ah尺寸：单体163110126；单元模块163395126重量：2.23kg；8.92kg200C容量：100%（实际达110%）-200C容量：70%
9、（实际达76%）550C容量：95%（实际达110%）20C放电容量：80%（实际达100%）常温200C搁置28d容量：90%（实际达95%）高温500C搁置28d容量：80%（实际达84%）常温贮存90d后容量：95%（实际达99%）单体重量比能量：94.71 Wh/kg500次循环寿命：90.63%（0.5C放、0.3C充）,2018/6/23,12,2018/6/23,12,二、动力电池产品发展现状分析,这是某公司在2010CIBF展览会上展出的动力镍氢电池样品样品图：,6QNF6（适用于HEV轿车）,144V 6.5Ah型HEV用镍氢动力电池,2018/6/23,13,2018/6/
10、23,13,二、动力电池产品发展现状分析,主要技术指标：6QNF6（适用于HEV轿车） 7.2V6Ah；重量：1.45kg比功率大于1500W/kg；模块电池实际比能量大于45Wh/kg； 常温下（205），自放电：20%/月；循环使用寿命，（90DOD）大于2000次（10年）。144V 6.5Ah型HEV用镍氢动力电池重量：28kg；比功率大于1500W/Kg；模块电池实际比能量大于45Wh/Kg； 常温下（205），自放电：20%/月；循环使用寿命，（90DOD）大于2000次（10年）。产品技术指标的水平达到国际先进水平。,2018/6/23,14,2018/6/23,14,二、动力电
11、池产品发展现状分析,某公司研制的燃料电池应用整车，使整车性能达到：其0至100公里加速度由19秒减至15秒；一次性充氢连续行驶里程由230公里延至300公里以上；最高时速从120公里升至150公里；此外，稳定性、可靠性也得到进一步提升。作为商品，用工程化和实用化来衡量动力电池（以锂离子动力电池为代表），单体电池基本满足设计技术要求，但电池组仍然存在一些突出的问题。 现实的锂离子动力电池组按商品化、工程化和实用化的要求究竟存在什么问题？下面谈一下个人的看法与大家交流：,2018/6/23,15,2018/6/23,15,二、动力电池产品发展现状分析,缺乏实用化产品的“6种”特性，即：可靠性；维修
12、性；保障性；测试性；安全性；环境适应性（含力学环境）。 这“6种”特性表征了产品的能力，而这种能力是设计和制造出来，并经过试验验证的。从工程化设计的角度分析，大部分产品设计上缺乏3项设计技术，即：系统设计，系统设计是解决控制管理部件、结构部件和电堆相互之间、以及与电芯（单体）相互之间、电芯（单体）之,2018/6/23,16,2018/6/23,16,二、动力电池产品发展现状分析,间相互作用和相互平衡问题；热设计技术，解决如何减少热量？如何平衡热量？如何散热？如何控制热失控？例如：国外某著名跨国公司在总结评价其3代动力电池产品时感受：评价这个是非常糟糕的，公司有可能吃大亏，这是因为在温度较高的
13、情况下，采用锰化学材料的平板袋装电池（聚合物电解质电池）性能会受到很大影响，如果不能对电池进行有效的散热的情况下，单个CELL来说，平板电池在散热方面的性能非常好，一旦将之密集拼接在一起，整个设计问题将会很严重。又例如：另一个国际著名公司现在的混合动力系统全部为水冷式，而非空冷式；结构设计技术，解决如何便于装配？除了问题如何拆卸（便于维修）？如何从结构上导热？结构如何适应力学环境？等问题。 动力电池产品或样品品种型号较齐全、取得了可观的技术进步并有较广泛的应用，但在实用化和工程化方面同样存在一定的问题。,2018/6/23,17,2018/6/23,17,三、动力电池产业链发展现状分析,燃料电
14、池目前尚达不到产业阶段，镍氢电池产业链多年前就形成，所以主要对锂离子动力电池产业链现状进行分析。 本报告仍以2010CIBF展览会数据来分析锂离子动力电池产业链发展现状。表2给出与锂离子动力电池相关的产业链统计，各个产业中的企业名录与说明分别列在表3、表4、表5、表6、表7、表8、表9、表10和表11中。必须说明的是：这些配套企业不单纯为动力电池供货，同样也为常规锂离子电池供货。 此外，还有一大批参加展览的常规锂离子电池制造企业未统计在内。 另：此次，参加展览的全部镍氢电池企业名单统计列在表12中。,2018/6/23,18,2018/6/23,18,三、动力电池产业链发展现状分析,表2：CI
15、BF2010展览会上锂离子动力电池产业链相关统计（不含设备、原材料、零部件等）,2018/6/23,19,2018/6/23,19,三、动力电池产业链发展现状分析,表3：CIBF2010展览会上锂离子动力电池厂家,2018/6/23,20,2018/6/23,20,三、动力电池产业链发展现状分析,续表3：,2018/6/23,21,2018/6/23,21,三、动力电池产业链发展现状分析,续表3：,2018/6/23,22,2018/6/23,22,三、动力电池产业链发展现状分析,续表3：,2018/6/23,23,2018/6/23,23,三、动力电池产业链发展现状分析,续表3：,2018/
16、6/23,24,2018/6/23,24,三、动力电池产业链发展现状分析,续表3：,说明：比亚迪公司新能源汽车进行现场演示。,2018/6/23,25,2018/6/23,25,三、动力电池产业链发展现状分析,表4：CIBF2010展览会上磷酸铁锂材料厂家,2018/6/23,26,2018/6/23,26,三、动力电池产业链发展现状分析,续表4：,2018/6/23,27,2018/6/23,27,三、动力电池产业链发展现状分析,续表4：,2018/6/23,28,2018/6/23,28,三、动力电池产业链发展现状分析,续表4：,2018/6/23,29,2018/6/23,29,三、动力
17、电池产业链发展现状分析,续表4：,说明：凡是企业名称后加的，表明与表3中企业名重复。,2018/6/23,30,2018/6/23,30,三、动力电池产业链发展现状分析,表5：CIBF2010展览会上三元材料厂家,2018/6/23,31,2018/6/23,31,三、动力电池产业链发展现状分析,续表5：,说明：凡是企业名后加的，表明与表3和表4中重复；凡是加企业名后的，表示仅重复一次。,2018/6/23,32,2018/6/23,32,三、动力电池产业链发展现状分析,表6：CIBF2010展览会上锰酸锂材料厂家,2018/6/23,33,2018/6/23,33,三、动力电池产业链发展现状
18、分析,续表6：,说明：凡是企业名后的表明企业名重复1次，加表明企业名重复2次，加表明企业名重复3次。,2018/6/23,34,2018/6/23,34,表7：CIBF2010展览会上钴酸锂材料厂家,说明：凡是企业名后的表明企业名重复1次，加表明企业名重复2次，加表明企业名重复3次，加表明企业名重复4次。,2018/6/23,35,2018/6/23,35,表8：CIBF2010展览会上负极材料厂家,2018/6/23,36,2018/6/23,36,三、动力电池产业链发展现状分析,表9：CIBF2010展览会上电解液厂家,2018/6/23,37,2018/6/23,37,三、动力电池产业链
19、发展现状分析,表10：CIBF2010展览会上隔膜材料厂家,2018/6/23,38,2018/6/23,38,三、动力电池产业链发展现状分析,表11：CIBF2010展览会电源管理系统产品厂家,2018/6/23,39,2018/6/23,39,三、动力电池产业链发展现状分析,表12：CIBF2010展览会上镍氢电池厂家,2018/6/23,40,2018/6/23,40,三、动力电池产业链发展现状分析,通过对表2-表11的数据分析可以看出：锂离子动力电池产业链已经形成，产业链具有以下特点：国内已经具有一大批从事动力锂离子动力电池研制和生产的企业，表2中62家，而未参加展览的企业数量可能不低
20、于这个数。4种正极材料仅对声明有具体产能的企业进行统计，年产能分别为：磷酸铁锂24500吨/年；三元材料4800吨/年；锰酸锂10500吨/年；钴酸锂13500吨/年。表明：产能巨大、发展速度快，况且参展的一些企业未声明产能和还有相当一大批正极材料制造企业未参展。另一个特点是：从事传统钴酸锂制造的参展企业全部又向新型正极材料拓展。在产业链中，负极材料产业和电解液产业的发展速度和发展的质量与锂离子电池产业发展的速度相适应。,2018/6/23,41,2018/6/23,41,三、动力电池产业链发展现状分析,在产业链中，针对锂离子动力电池配套，符合技术要求的隔膜产业是“瓶颈” 。表10中现有产能和
21、计划的未来产能加起来才12000m2/年，即便100%符合要求，50%供应动力电池，也不能满足动力电池的需求。电源管理系统产业发展的速度也低于动力电池发展的速度，参展的一些电源管理系统企业展台上“概念性”的东西较多，真正针对某几个典型产品而研制出的过硬的产品或样品不多。突出的问题：虽然国内磷酸铁锂产能很大，但一些大的锂离子动力电池制造企业仍然采购国外或台湾的磷酸铁锂。,2018/6/23,42,2018/6/23,42,四、动力电池产业能力/规模发展现状分析,现状一如前所述国内已经有一大批锂离子电池企业声明自己具有动力电池生产能力。 并生产出样品或产品在新能源汽车上试验或应用。现状二目前，一些
22、企业已经上了大容量（40Ah）以上锂离子动力电池中试生产线并正在策划上大生产线；但是，真正具有单体容量10Ah以上大容量锂离子动力电池大生产线的企业几乎微乎其微。现状三一些企业生产的锂离子动力电池以及为整车提供的样品大都是在原有小电池生产线或中试线上研制出的。现状四从2009年行业协会相关统计数据分析表明：国内锂离子动力电池产业规模很小、能力还很弱。,2018/6/23,43,2018/6/23,43,四、动力电池产业能力/规模发展现状分析,2009年中国锂离子电池产能为15亿只，其中知名企业产能统计见表13：表13,2018/6/23,44,2018/6/23,44,四、动力电池产业能力/规
23、模发展现状分析,表14： 2009年正极材料销售量与类别统计,2018/6/23,45,2018/6/23,45,四、动力电池产业能力/规模发展现状分析,对上述数据分析如下：2009年锂离子电池国产量为15亿只；2009年正极材料国产销售量为18200吨；平均每只电池使用正极材料量是12.13克；假设正极材料平均克容量按140mAh/g计算，则每只电池的理论容量为1698mAh ；利用率按90%计算，则每只电池的实际容量为1528mAh 。 以上数据分析表明： 第一、2009年国内生产的锂离子电池基本是以小容量电池为主； 第二、国内锂离子动力电池产业能力确实还很弱。另外：从表13中企业产能与销
24、售额对比分析表明：仍是以小电池为主。,2018/6/23,46,2018/6/23,46,四、动力电池产业能力/规模发展现状分析,现状五国内有实力的企业锂离子动力电池的产业能力确实在迅速增长。如：某公司对60Ah方形钢壳的采购需求，由上半年1天采购1000个的量最近提出1天采购4000个的增长需求。现状六从商品化产品角度分析：电池制造企业交付的是整组电池（不是电芯/单体电池），因此，讲产业规模和产业能力不仅包括电芯生产线、还应包括组合装配线，而目前锂离子动力电池组合生产线和生产技术往往没有引起足够的重视。现状七在锂离子动力电池批产过程中，电芯或单体电池质量一致性是至关重要的，而目前规范化、标准
25、化的产业化技术水平还不高。建议企业按照数理统计技术方法来评价你企业生产线的水平究竟如何？看处于表15,2018/6/23,47,2018/6/23,47,四、动力电池产业能力/规模发展现状分析,中什么状态？表15：工艺技术控制的四种状态,2018/6/23,48,2018/6/23,48,四、动力电池产业能力/规模发展现状分析,现状八锂离子动力电池产业化技术有待于改进和创新国外某公司开发了新的“连续处理电极浆料”的制造技术，与原有制造技术比较，可大大削减工厂的占地面积、耗电量及人工费等，提高质量的同时降低成本。试想：如果都用18650电池为基本单体，1组电动汽车电池大约需要7000只，而1组笔
26、记本电脑电池大约需要6只，组略核算：电动汽车需要的电池是笔记本电池的1166倍。这种扩量如果还按原先的工艺技术，需要配置多少厂房？多少设备？增加多少成本？以前面的2009年统计数据位基准，假设2009年国内锂离子电池的产量都是50Ah动力电池，产能为：,2018/6/23,49,2018/6/23,49,四、动力电池产业能力/规模发展现状分析,Ah数为：1500000000只 1528mAh/只=2292000000（Ah）折合成50Ah动力电池只数为：45840000只这合成100串联的电池组数为：458400组可见：我国锂离子电池产能经过十余年投资才具有如此的产能，如果再建设年产50000
27、0组锂离子动力电池生产线，还按照原有产业化工艺技术模式发展需要配置的资源大家可想而知呀！因此，必须要进行工艺技术创新。此外，新能源是为了节能，一味的增加设备，如果设备能耗不降低，是否会走向耗能大户？,2018/6/23,50,2018/6/23,50,五、个人的几点建议,关于锂离子动力电池产业的发展提出几点建议：动力电池在电动汽车上的使用，在满足电动汽车技术要求的前提下，可靠性和安全性将排在第一位、技术指标先进性将排在第二位；换句话讲：产品若想批产打入电动汽车市场，其实用、耐用和好用是第一要求，而产品技术指标的差异是第二要求。否则，锂离子动力电池很难以产业面貌进入新能源汽车市场。 因此，在当前
28、锂离子动力电池技术已经达到一定水平基础上，开展可靠性和安全性指标确认、产品技术设计和试验验证以及可靠性和安全性增长是关键技术之一。从事锂离子动力电池产品技术开发和产业化技术工作者应加快两个转变：,2018/6/23,51,2018/6/23,51,五、个人的几点建议,把技术研究的重点从以电芯（单体电池）为主逐步向组合为主转变，包括：组合技术研究、组合产品开发、组合产业化工艺技术、组合试验方法和组合测试评价标准等；动力电池组产品的设计技术由传统的设计思路逐步向工程化和系统化设计技术的转变，包括：系统设计、热设计、结构设计、力学设计、防错设计、冗余设计等。关于产品品种发展，当然首先是新能源汽车应先
29、规范自身的要求，不能“五花八门”；应以相同车型（虽然不同厂家）相同电压平台和功率平台为标准，提出动力锂离子电池的技术指标要求，这样锂离子动力电池产品品种自然被规范，向标准化、系列化和模块化方向发展。,2018/6/23,52,2018/6/23,52,五、个人的几点建议,锂离子动力电池必须依靠工艺技术改进和技术创新来实现制造成本的大幅度降价和产业能力的提高，以及降低能耗。 动力电池一旦大批量生产形成规模经济，目前的价位市场很难接受。已经建立锂离子动力电池组的生产线，其产业化生产技术进步应以“台阶”发展方式取代“爬坡”发展方式。 我个人认为：以“爬坡”方式发展不是搞产业的理念，必须要用产业的理念
30、推进技术进步。锂离子动力电池的电芯质量一致性是基础、是关键，因此，应该用数学的方法去控制、去衡量或去评判，用批产质量控制工具去控制工序生产。,2018/6/23,53,五、个人的几点建议,无论是整车厂、还是电池厂，都应建立动力电池故障与风险信息收集与分析档案。包括：电芯生产过程与试验过程发生的故障类型与风险分析以及有效的解决措施；动力电池组生产过程与试验过程发生的故障类型与风险分析以及有效的解决措施；整车试验过程发生的故障类型与风险分析以及有效的解决措施；也包括各种潜在问题的预计与风险分析以及对策。 如果现阶段或前期不做此项工作，新能源汽车大批量投入市场使用后暴露问题才去解决，必将付出更昂贵的代价。,2018/6/23,54,2018/6/23,54,五、个人的几点建议,关于锂离子动力电池技术路线和产品选型，如磷酸铁锂型？锰酸锂型？三元材料型？究竟走那条路线？方形？圆柱型？钢壳？塑料壳？软包装？究竟选哪种？我个人的观点：这个问题被人为的渲染了，实际上锂离子动力电池的考核指标是满足整车提出的工作电流、工作电压、放电容量等等技术要求，满足要求才是目标，具体技术途径和选型根本就没必要争论。以上建议，如有不妥之处，请批评指正。,谢谢！,
