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未来电动汽车锂电池五大发展趋势

钜大LARGE  |  点击量:5810次  |  2018年05月13日  

摘要
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  锂离子电池在未来5年内市场总体规模是要飞速扩大的。如上图所示。来源于:2015年锂电池发展现状及2016年趋势预测(一)锂离子电池的主要应用市场分为消费类电子产品、电动交通工具、工业&储能这三大板块,我们可以发现,锂离子电池的需求重心正处于由消费类电子产品的小电池市场向电动交通工具和工业&储能的动力电池市场转移的发展阶段,大致的先后顺序是:消费类电子产品市场→电动交通工具市场→工业&储能市场。在平板电脑、电动汽车(PHEV+EV)、与分布式风光发电相配套的家庭储能等新兴市场,锂离子电池有的是不二之选,有的是首选。在尚未兴起的电网储能等市场,目前已开展的相关示范运行项目中,锂离子电池的用量显著超过其他二次电池(如极具代表性的国家电网张北风光储输示范项目等)。锂离子电池之所以能在市场上攻城掠地,主要得益于它快速下滑的价格。就性能而言,锂离子电池明显优于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等主要竞争对手。通过性能的优势,锂离子电池逐渐扩大了市场规模,而需求的增长直接导致产能扩张、制造成本下降,这又反过来刺激市场需求进一步增长。锂电池产业就这样走上了一条良性循环的发展道路。全球消费类电子产品市场对锂离子电池的需求占比从2011年至2014年呈现出明显的下滑势头——由2011年的80%以上快速降到2014年的55.7%,预计到2020年会持续降到30.5%。与此同时,后两大市场的占比却在快速上升,其中电动交通工具市场主要以电动汽车和电动自行车为代表,工业&储能市场主要以移动通信基站电源市场为代表,下图为2015年全球锂电池产量和占比情况,来源于:【数据】2015全球锂离子电池产量达100.75Gwh


  锂电池目前普遍应用于手机、移动电源与电动汽车领域,并在前两大领域应用成熟,而因为锂电池容量与体积成正比,目前的锂电池技术无法完美解决电动汽车续航与电池大小的问题,因此电动汽车与动力锂电池产业一直未得到消费者的认可,这让许多动力锂电池产业链(尤其是下游厂商)犯难。随着新一代锂电池技术取得的突破性进展,加上政府对动力锂电池的推广与补贴,未来该产业将迎来发展良机。前瞻产业研究院提供《中国锂电池行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》指出,未来锂电池需求量将大大提高,预计到2018年,锂电池产值将达860亿美元。新一代锂电池技术将促进锂电池市场快速发展,并为锂电池产业链厂商提供发展良机。


  i2RuxM(1-x)O3其实是一种类似富锂锰基材料中Li2MnO3的一种单斜结构的层状材料,看下图的图a中的超晶格部分的衍射峰可知,在晶体图上也可以看出这个是一个明显的层状材料。从下图b中可知,在2~4.6V区间的充放电的特征跟Li2MnO3也是一模一样!都是在4.50V左右有一个明显的长平台,然后在第二周往后就消失了,同时带来了不可逆容量的损失。由下图c可知,作者对比了三种材料:Li2Ru0.75Ti0.25O3、Li2RuO3和Li2Ru0.75Sn0.25O3,这三种材料中纯相的Li2RuO3展示了首周放电接近300mAh/g的比容量,非常的高,然后Li2Ru0.75Ti0.25O3低一些有接近250mAh/g,Li2Ru0.75Sn0.25O3最低220mAh/g左右,但是从循环性能来看,Li2Ru0.75Sn0.25O3是保持的最好的一个,100周过去了还有接近85%的循环保持率,最差的是Li2Ru0.75Ti0.25O3,100周过后掉到了70%以下!!!


  在结尾,研究者给出了结论:阳离子的迁移是这种高电压材料的内在本质现象,而所产生的不断下降的放电电压与金属离子被困在四面体间隙有着直接的关系,然而这种四面体间隙占位又是一种必要的存在,因为它能稳定发生了锂离子脱出后的本体结构!那么怎么办,如何控制电压衰减,他们给出了两种路子:a.换一种更大离子半径的离子,比如Sn,不过你也要相应的牺牲掉质量比能量,因为Sn的电化学活性很差!b.使用一种比Ru的电化学活性还要大的离子,并且具有强烈的d-sp杂化相应,强烈到能替代在原来反应中O(2-)-O2(n-)的氧化还原所带来的容量。比如Li1.3Nb1-xMxO2这种材料,它的首周放电比容量可以达到300mAh/g,并且具有很好的循环性能!


  如果未来有一家公司完成了对电动车的颠覆,那么它的创新很可能来自最核心的部件——电池,当前被广泛采用的锂电池,其技术在10年来一直停滞不前。如果一辆电动车3分钟就能充满电还能带你狂奔数百公里,那它一定会改写交通工具发展史。


  未来的电动车行业,新技术、好服务才是车企纵横市场不被淘汰的条件之一!电动平衡车只是技术上更趋于智能化、人性化、便捷化。经过查询大量国外资料,结合目前行业知名技术高层人员,作为平衡车的核心之一:锂电池将呈现五大发展趋势。


  纯电动车都很贵。普通的美国家庭不大会买特斯拉,而比亚迪的纯电动车E6,也不是一般的中国家庭负担得起的。很贵的重要原因就是电池成本太高。


  前几年,在国家新能源产业政策的推动下,全国各地掀起了一股制造锂电池的狂潮。锂电池电芯与pack组装企业一度得到400多家(包括新能源汽车用的锂电池)其中涉足电动车用的锂电池企业曾一度有200-300家之多。然而,轰轰烈烈的新能源制造热的背后,核心材料如正极材料的隔膜、电解液以及软包装电芯用的铝塑膜等严重依赖进口,导致制造的锂电池成本价格居高不下,同样容量的锂电池,其价格是铅酸电池的三倍以上,导致市场推广艰难。


  近三四年来,经过国内锂电池材料企业的努力,目前制造锂电池核心技术已经取得重大的突破,用于电动车的锂电池,所有核心材料基本上实现了国产化率。目前,锂电池包括充电器在内的48v11Ah(采用18650圆柱形钢壳,每颗电芯为2200mA,65颗电芯串并联)成组,价格不到500元,与铅酸电池相比,具有性价比优势。这个价格已经是锂电池刚推向市场的1/3左右。由此可见,锂电池逐步替代铅酸电池不是一句空话。


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