美國能源部所屬的能源效率及可再生能源辦公室發(fā)布了“電動汽車無處不在大挑戰(zhàn)”，重點支持應(yīng)用于插電式混合動力汽車的鋰離子電池技術(shù)研發(fā)。

國家層面動力電池發(fā)展規(guī)劃

1.1美國動力電池國家規(guī)定

美國能源部所屬的能源效率及可再生能源辦公室發(fā)布了“電動汽車無處不在大挑戰(zhàn)”(圖1)，重點支持應(yīng)用于插電式混合動力汽車的“鋰離子電池”技術(shù)研發(fā)。

圖1“電動汽車無處不在大挑戰(zhàn)”設(shè)置的動力電池系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1.2日本動力電池國家規(guī)定

日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的報告中提出了車用動力電池的功率密度、能量密度及成本的目標(biāo)值(圖2)。

圖2日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省設(shè)置的動力電池系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)目標(biāo)值

緊接著，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省下屬的新能源與工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織于2013年發(fā)布了二次電池技術(shù)路線圖2013，提出了更為詳細(xì)明確的電動汽車用及固定式用二次電池的技術(shù)指標(biāo)(表1)。

表1日本車用動力電池的主要技術(shù)指標(biāo)

1.3德國動力電池國家規(guī)定

德國制定了國家電驅(qū)動平臺計劃，通過電池?zé)羲邪l(fā)項目推動在動力電池領(lǐng)域建立單體電池及電池系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，并提出了動力電池系統(tǒng)主要性能參數(shù)(2014—2020)(圖3)。

圖3德國電驅(qū)動平臺設(shè)置的動力電池系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1.4韓國動力電池國家規(guī)定

韓國知識經(jīng)濟部支持的世界首要材料項目涉及純電動汽車和儲能兩大應(yīng)用領(lǐng)域。引導(dǎo)綠色社會的二次電池技術(shù)研發(fā)項目，下設(shè)鋰離子電池關(guān)鍵材料、應(yīng)用技術(shù)研究(針對儲能及純電動汽車領(lǐng)域)、評價與測試基礎(chǔ)設(shè)施、下一代電池研究-2020電池計劃4個子項目，以期在韓國打造完善的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈。

1.5中國動力電池國家規(guī)定

科技部發(fā)布了第十二個五年計劃電動汽車重大項目(2011—2015)(圖4)。

圖4中國科技部電動汽車重大項目動力電池研發(fā)布局

國務(wù)院發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車國家規(guī)劃(2012—2020)，重點支持動力電池的產(chǎn)業(yè)化和電池模塊的標(biāo)準(zhǔn)化(圖5)。在國家第十三個五年計劃中設(shè)立了新能源汽車重點研發(fā)專項(2016—2020)，支持高性能動力電池的研發(fā)。

圖5中國節(jié)能與新能源汽車規(guī)劃設(shè)置的動力電池模塊相關(guān)參數(shù)指標(biāo)

動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

目前世界范圍內(nèi)形成了動力電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的三個集中區(qū)域，分別位于德國、美國和中日韓所在的東亞地區(qū)。隨著動力電池產(chǎn)能規(guī)模的擴大，動力電池價格將呈現(xiàn)快速下降的趨勢(圖6)。

圖6全球動力電池系統(tǒng)價格的變化趨勢

國際動力電池發(fā)展概況

國際主流電池公司量產(chǎn)的動力電池產(chǎn)品相關(guān)信息如表2所示。

表2國際主流電池公司量產(chǎn)的動力電池產(chǎn)品相關(guān)信息

總體而言，從應(yīng)用于純電驅(qū)動車輛領(lǐng)域看，國外動力電池公司量產(chǎn)配套的大容量動力電池產(chǎn)品的能量密度大多為110~180(W·h)/kg;小容量動力電池產(chǎn)品的能量密度可達

230~250(W·h)/kg;快充型鋰離子動力電池則以鈦酸鋰電池為代表產(chǎn)品，能量密度達到了89(W·h)/kg。

中國動力電池發(fā)展概況

通過3個五年計劃的大力支持，動力電池的材料體系選擇呈現(xiàn)多元化，其變化趨勢如圖7所示。

圖7中國動力電池技術(shù)路線多元化的變化趨勢

目前已形成了完善的鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)鏈體系，掌握了動力電池的配方設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝技術(shù)，生產(chǎn)線逐步從半自動中試向全自動大規(guī)模制造技術(shù)過渡。

目前，中國形成了珠江三角洲、長江三角洲、中原地區(qū)和京津區(qū)域為主的四大動力電池產(chǎn)業(yè)化聚集區(qū)域。中國主流動力電池公司產(chǎn)能統(tǒng)計如表3所示。

表3中國主流動力電池公司產(chǎn)能統(tǒng)計

中國動力電池產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(至2020年)

正極材料：正極材料綜合性能對比如表4。主要以錳酸鋰尖晶石型材料，以鎳鈷錳、鎳鈷鋁為代表的層狀材料，以及以磷酸鐵鋰為代表的橄欖石型結(jié)構(gòu)材料為主。

表4正極材料綜合性能對比

負(fù)極材料：正極材料綜合性能對比如表5。石墨類材料仍然是主流的選擇。合金類(如硅碳)和鈦酸鋰材料也是當(dāng)前及今后一段時間產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用的重點方向。

表5負(fù)極材料綜合性能對比

隔膜材料：聚烯烴材料是主流的選擇，包括聚丙烯及聚乙烯兩大類產(chǎn)品，主要有單層膜和復(fù)合膜。同時發(fā)展對隔膜材料表面進行改性處理的技術(shù)。

電解液：六氟磷酸鋰依然是市場主流產(chǎn)品。同時，一些新型的鋰鹽在市場上出現(xiàn)并得到了初步的應(yīng)用(如雙氟磺酰亞胺鋰鹽)。

動力電池2020年預(yù)期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的材料體系及單體電池技術(shù)指標(biāo)如表6所示。

表6動力電池預(yù)期實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的材料體系及單體電池技術(shù)指標(biāo)(2020年)

中國動力電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展面臨的問題

1)設(shè)備及材料與國外的差距。產(chǎn)業(yè)鏈已初具規(guī)模，但結(jié)構(gòu)仍不完善，部分核心裝備及原材料還完全依賴進口。

2)動力電池系統(tǒng)集成技術(shù)與實用化的差距。缺乏機械、電與熱融為一體的鋰離子電池系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)勢，以及深入的電池管理系統(tǒng)及電子控制技術(shù)研發(fā)能力。

3)動力電池系統(tǒng)評價力度及深度不夠。考核力度及完整性還有很大欠缺，示范運營代替了部分動力電池系統(tǒng)的臺架試驗和整車考核試驗。

4)動力電池市場競爭加劇。

結(jié)論

動力電池近幾年在產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展迅速，有力地支撐了電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。新型鋰離子電池及相關(guān)材料技術(shù)得到了高度關(guān)注，可以預(yù)期相關(guān)技術(shù)將取得長足進步并實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。動力電池將隨著電動汽車的快速發(fā)展，迎來爆發(fā)增長的黃金期。