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锂离子电池电池动力动力锂离子电池:合力抢占制高点

锂电池

特约嘉宾

深圳市吉阳自动化科技有限公司总裁阳如坤

同济大学汽车学院副教授魏学哲

深圳市海盈科技有限公司研发部经理陶芝勇

浙江东升电池科技有限公司王航升

编者按:目前锂离子电池已逐步向电动自行车、储能及分散能源系统、电动汽车等领域拓展,全球动力锂离子电池需求量随着应用领域的不断扩展而逐年增加。然而动力锂离子电池的安全性、成本以及一致性又成为其大规模应用的瓶颈,如何突破这些瓶颈业内人士发表了自己的观点。

期待突破瓶颈

·目前影响动力锂离子电池应用的瓶颈包括安全性、效率、价格等。

·通过工艺改进和自动化制造技术,提高成品率、降低制造过程成本。

阳如坤中国已是仅次于日本的锂离子电池生产大国,市场增长空间巨大,许多企业已经加大了各种资源的投入,生产模式由劳动密集型向半自动化和自动化转型,开发自主创新的工艺技术,进一步完善质量体系,通过提升产品品质和劳动生产率,向高端产品市场发展,已经成为当今中国锂离子电池产业的发展趋势。

目前影响动力锂离子电池应用的瓶颈主要是安全性、制造效率、价格及汽车动力电池的管理系统等。若突破这些瓶颈,技术上应从材料体系、电池制造的技术体系、自动化生产系统的合理配置、合理的电池管理系统等各方面同时考虑,通过上下游企业通力合作,统筹规划,形成一个产业群,以利于整体技术的进步和系统成本的降低。

王航升目前锂离子电池产业发展很快,主要体现在产能和投入方面,国内各地都纷纷建厂(并不见得是好事),但在技术层面上国内的电池厂家没有更多的提升和创新,特别是在动力聚合物层面上没有提升很是遗憾。按照现在的模式发展趋势不容乐观,企业在动力锂电池技术上应做系统研究,不要只是追求利益,要在质量、性能、技术上多下工夫,行业协会或主管部门也应该把好关,投资商也应该冷静一下,分析一下办厂的条件具不具备。我认为行业应该进行一次洗牌,加强对动力锂离子电池和生产厂的评估。

影响动力锂离子电池应用的原因主要体现在以下几个方面:

价格。材料技术发展滞后,受限于其他国家,如隔离膜、正极的基础材料、电解质原料等等。材料源头不在我们国家,国内需求使用量猛增,是造成电池成本居高不下的主要原因。

技术水平(也就是产品质量和性能)。材料加工水平及设备的一致性都需要提高。

配套设施与装备。动力锂离子电池的应用不是单单做好电芯就可以了,控制、保护、管理、充电等等都需要同时跟上。

魏学哲第一个瓶颈是电池的成本。目前锂离子电池组的制造成本约900美元/kWh~1000美元/kWh,与PHEV-40和EV商用化要求的300美元/kWh、150美元/kWh相比,锂电池制造成本需大幅下降2/3到4/5。

锂离子电池相对镍氢电池的增量成本来自电池部件、单体和模块的制造环节,而原材料成本低于镍氢电池。制造成本偏高主要因为锂离子电池大规模、自动化制造的工艺技术未完全成熟,尤其是将电池单体集成为模块、将模块集成为电池组两个环节。

第二个瓶颈是循环寿命和搁置寿命,循环寿命的降低主要来自电池成组过程中的一致性问题。循环寿命低将增加电池更换需求,这会大大增加电动车使用成本。而搁置寿命是指电池在静态放置状态下寿命的衰减。在汽车应用中,电池大部分时间处于搁置状态。从实际应用来看,车辆在夏天的高温暴晒状态下,电池的衰减非常明显。

第三个瓶颈是锂离子电池的安全性。目前电池设计和管理系统已基本能消除单体以至模块条件下过电压、短路、挤压等情况下的安全隐患,但整包级别的安全性仍没有完全解决。

降低锂离子电池制造成本的途径,依其重要性先后,包括以下几方面:通过工艺改进和自动化制造技术,提高成品率,降低制造过程成本;大规模生产降低单位成本;选用更低成本的电池材料。

提高锂离子电池安全性的途径为:选用更安全的电池材料,在高温下能保持性能稳定;更优的电池单体、模块和整包机械结构及热管理设计和电池管理系统设计。

陶芝勇锂离子电池的一致性、配对方法、SOC运算、BMS可靠性等制约着动力电池组在高电压、高容量方面的发展。

把握市场机会

·政策的出台提高了锂离子电池企业开展自主创新的积极性。

·“十城千辆”以及国家的新能源汽车补贴政策是目前为止最直接、最有效的政策。

阳如坤近年来,国家对节能和新能源车出台了种种鼓励性政策,这些政策的出台从各方面为产业的发展提供了支持和优惠条件,提高了锂离子电池企业开展自主创新的积极性。从新能源汽车来看,最受益的还是新能源客车,新能源轿车由于产量较少,还没有产生效益。新能源汽车重要的是汽车的能量系统,主要包括电池、控制系统以及电机,从目前来看,最核心的应该还是电池。动力锂离子电池面临的机遇主要是未来在新能源汽车上的大量运用。就全球锂离子电池布局来说,日本、韩国和中国厂商占据主导地位。但技术上,日本企业的生产设备自动化程度高,仍然居领先地位。我国的锂电池相关企业应借助国家的大力支持,不断增强自主创新能力,提升核心技术,扎实基础设施建设,紧紧抓住全球锂离子电池产业高速发展的机遇,尽快占领产业制高点。

陶芝勇国家出台的鼓励和补贴政策利好主要对于整车厂,对于锂离子电池厂而言,得到的是间接的好处,锂离子电池厂可以主动和车厂配合,做好产品上市工作,享受政策的优惠。

王航升国家政策的出台带动了整个行业的发展,但是问题也很多,比较直接的就是补助政策针对的补助对象不明确,买卖双方都想利益最大化,配套商也都想挤进去,这将造成竞相压价,最后的结果是谁都没有利润,于是便偷工减料,这样生产出来的产品势必会出现质量问题。所以企业应摆正心态,买卖双方都应遵守游戏规则,把握好国家的政策导向,做好产业技术装备升级准备。

毋庸置疑,新能源汽车市场的进一步发展,从目前来看,其发展路线是:首先会发展城市公交,其次是区域专用车辆,最后是私家用车。相关企业应抓住机遇强筋壮骨,迅速提升新能车整体配件的水平,为产业转型贡献力量。

魏学哲“十城千辆”以及国家的新能源汽车补贴政策是目前为止最直接、最有效的政策,不但使汽车及关键零部件厂商加大、加快研发及产业化的进度,而且直接刺激了市场终端购买力的释放。可以相信,参照国外发达国家已经出台的各项产业政策,国内后续出台支持政策、细则的空间依然很大。新能源汽车产业也将在不断出台的政策刺激下快速发展。

这些政策的主要效果有:

以技术进步为先导,推进动力电池研发。包括更长的寿命、更远的续航里程、更快速的充电时间、更轻的质量和更小的体积、更低的成本、更完善的售后服务,以及更安全的保障。

以建立产业联盟和产业集聚地为手段,加快产业化进程。要建立汽车厂商、电池厂商、科研院校之间的产业联盟,减少人为的壁垒,集中力量解决关键技术突破,实现关键总成的国产化和产业化。

建设更便利的充电网络,为新能源汽车产品找到出口,为应用创造条件。由整车企业、能源供给企业、电池企业共同组成产业联合体,建立充电站或电池交换站来解决充电瓶颈,改变消费者对汽车的使用习惯。

总体来说,目前是政策在推行业前行。可以预见,当全球重要经济体都把注意力集中到新能源产业发展上时,新能源汽车发展速度、力度和规模将有可能超出我们的预期。当然,新能源汽车的产业化最终还需要依赖全社会的力量,只有具有市场竞争力的产业,才能持续发展。尽管在新产业发展初期,通过政府补贴来加速厂商研发进程、降低消费门槛是必须的,但若必须长期依靠政府补贴才能维持,产业必然被淘汰。

瞄准细分市场

·建立锂离子动力电池的行业标准体系。

·针对国家政策补贴范围和细分市场,设计出可用的新能源汽车产品。

阳如坤站在锂离子电池设备制造业的角度来看锂离子动力电池的发展,最重要的几点是:

第一,必须加大力度进行动力锂离子电池的机理研究(注意这里不是指单纯的电化学特性研究)。动力锂离子电池要全面、大规模走向应用,必须解决一些基础问题,这些问题包括材料特性对电池特性影响的精确数理研究、SEI膜的生长控制机理研究、电池的热设计、电池的电磁场设计、电池的可制造性设计等。

第二,建立动力锂离子电池的行业标准体系,这些标准包括应用标准、结构标准、制造标准以及装备标准等。有关部门必须慎重处理,必须举国内权威之力,代表国家利益(而不是某集团)和大多数产业者的利益,而不是找几个人开个研讨会就草草下结论。

第三,系统化制造。动力锂离子电池制造业是一个对我们未来生活影响深远的产业,分析以往制造业大而不强的原因,会发现最重要的是我们缺少系统化的制造解决方案,对于动力锂离子电池制造而言,这个系统化的制造解决方案包括产业的规划布局、基于制造的动力锂离子电池设计、动力锂离子电池制造系统集成技术等。

第四,装备先行计划。装备是产业发展的基础,只有动力锂离子电池的装备率先发展了,锂离子动力电池才能谈得上规模生产,才能谈得上电池的安全性、一致性、高效性、稳定性,最终达到高品质、低成本的制造目标。

陶芝勇合作才是唯一出路,动力锂离子电池应用的特殊性决定了电池组的复杂性。电池厂、设备厂、材料厂、BMS供应商、应用端这几个环节的紧密合作必不可少,国家政策必须在资金上加以引导扶持,技术人员要参考国内外先进的技术经验,大胆应用新材料、新科技,严谨测试,科学评测。尤其是电动汽车电池要有5~10年的时间测试所需的基础数据,才能定型。

王航升首先动力锂离子电池的进入门槛要提高,标准要进一步完善。其次,提高产品质量,满足动力性能使用要求。再次,合理分配国家补贴资金,用好、管好资源,使国内企业成为最大受益者。最后,整合资源。应该集中技术、人力、财力,有针对性地建立几家有代表性的、大的动力锂离子电池厂,整合上下游产业链,更加贴近用户的使用要求。

魏学哲中国发展车用动力锂离子电池产业的困难在于:1.由于整车企业自主开发能力薄弱,不能有效地起到牵头作用。2.电池企业普遍规模较小,资金和技术实力不足,对车载电池的要求、汽车行业的规律和特点也缺乏足够的认识。

基于以上两点,建议如下:整车企业和电池企业紧密结合,在充分了解对方技术特征、能力和不足的基础上,针对国家政策补贴范围和细分市场,设计出可用的新能源汽车产品,为产品找到市场的突破口。在此基础上扎实地滚动发展,不要盲目追求技术指标的先进性和产品线的完整性。

走专业化道路

诸玲珍

由于日益紧迫的能源与环境保护压力,许多国家竞相开发绿色能源技术,其中尤其以电动汽车应用为代表的动力锂离子电池领域发展最为迅速。随着一些新材料和新技术的应用,锂离子电池作为动力电池的性能有了较大幅度的提高,成本也有望得到较大幅度的下降。而成本的降低和性能的提高与产业链的上下游都有关系:光有好的电池生产技术是不够的,电池的性能取决于材料的发展,材料决定电池的特性,但是好的电池生产出来没有好的管理系统一样会造成使用上的问题,发挥不出电池的性能优势。可以说,动力锂离子电池上下游环节息息相关、环环相扣。

动力锂离子电池的上游是金属矿产资源,下游为电动汽车行业、电动自行车及其他电动工具行业。电池产业分为电池材料和部件生产、电池单体(或称电芯)生产、电池模块集成(多个电池单体构成)、电池成组(多个电池模块构成)等4个主要环节,产业内的企业可能涉及一个或几个环节。产业链上下游企业之间的合作是取得成功的关键,材料企业中的正负极材料厂商应与电解液生产厂商和电芯厂商合作,使正负极材料与电解液的匹配达到最佳状态,为电芯生产厂商提供一个整体解决方案。电芯厂商则应从工艺、配料、生产方面进行优化,从而生产出综合性能更为理想的动力锂离子电池。

处在动力锂离子电池产业链上的企业应该根据自身的条件,从大局出发,做好自己的“本职工作”。不应盲目追求大而全的模式而延长自己的产品线,进入自己不熟悉的领域,和自己的客户争夺市场。建议动力锂离子电池企业针对目前整体技术还需完善、人员严重短缺、产业需求量巨大的情况,以做专、做出特色、解决核心问题为出发点,提高技术水平和市场占有率,只有这样才能带动我国的动力锂离子电池产业发展。锂离子电池企业首先考虑的是先把电池做好,不要分散精力进入上下游环节,以避免引起供应商的猜忌,打乱行业目前良性的供需关系。作为电池厂商,可以给上游的材料厂商提供一手的应用资料和改进建议,共同进步。

10多年来,我国的锂离子电池产业从无到有、从小到大,发展很快。虽然市场份额上升较快,但是国内多数动力锂离子电池企业仍处于起步阶段,与跨国大企业相比还有很大差距。业内人士认为,未来我国动力锂离子电池企业发展首先要以市场为导向、以技术创新为依托、以转型升级和结构调整为重点,重点研究、开发、生产有高技术附加值和应用优势的动力锂离子电池,从而实现我国动力锂离子电池产业跨越式发展。

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