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锂电池、铅酸电池和燃料电池相比哪种电池更堪大用?

钜大LARGE  |  点击量:1093次  |  2019年06月20日  

锂电池


锂电池严格意义上说不是新能源,甚至连能源也算不上,因为锂电池不像化学电池。化学电池本身就是能源,靠电池里的化学反应来产生电流,反应完了,电池的寿命也就结束了。


锂电池并非能源,但可以使得新能源变成可能。比如太阳能,只是白天有,就可以用电池储存下来,夜晚用。风能则因风量不定,电负荷也随之起伏。当风力大的时候发的电比较多,但不一定能用完,就可以储存下来,待风小的时候用。


在中国制造2025里面,政府层面首次将锂电池作为新能源写进报告中,也就是传说中的动力锂电池


在中国制造2025里面,动力电池的能量密度目标是350瓦时/公斤,对应配套的新能源汽车的数量到2020年时预计要100万辆,到2030年时预计200万辆。其背后的重要原因就是把动力电池与新能源革命联系在一起,这给动力电池产业提供了极大的发展前景。


那么什么是动力锂电池呢,度娘的解释是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,当前可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。其中锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的,可极大的可满足消费类需求,至此,锂电池逐渐被人们所重视。


随着新能源汽车销量逐年增长,对于锂电池的需求量也在不断扩张。以2014年数据为例,按照锂离子电池展动力电池20%的渗透率来计算,锂离子电池市场规模约为1.50万组,按照每组动力锂离子电池均价为5万元,市场总额约为7.48亿元。作为核心部件的锂电池迎来发展的大好良机,同时迎来了产业发展瓶颈。


而且锂电池企业面临上游原材料不足、成本迅速上升的困境。锂电池原材料中最重要的碳酸锂,遭到市场炒作,使得价格迅速上游,半年内涨幅达到两倍。碳酸锂在锂电池的原材料成本占比中超过了50%的比例,因此碳酸锂价格半年内飙升两倍,锂电池总成本就相应上涨20%。


上游原材料供应不足,以及新能源汽车发展加大了市场需求量,导致了锂电池价格出现上扬,除此之外,人为因素同样不可忽视,市场专业投机力量介入,机构抱团乘机炒作,使得锂电池现货大涨。


尽管上涨幅度过快过大,但锂电池的发展前景依然被看好,尤其是今年国内新能源汽车保持快速发展,锂电池需求仍可能处于供不应求的状态,国内的锂电池企业将继续致力于扩产工作。


预计到2017年锂电池行业市场达到2300亿元左右,到2020年行业市场规模将达到6000亿元左右,锂电池行业市场仍有较大的上涨空间,未来前景乐观。


燃料电池


燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。但是,它需要电极和电解质以及氧化还原反应才能发电。


而氢是燃料电池中的主要使用元素。狭义上讲我们现在所说的燃料电池一般等同于氢燃料电池。氢燃料作为能源的突出特点是无污染、效率高、可循环利用。而氢是一种无色的气体,燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量,是汽油发热量的3倍。它燃烧的产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境,因此氢作为燃料被认为将会成为21世纪最理想的能源。


近几年,欧美日等地在政府大力扶持下,在氢燃料汽车研发方面均取得了一定成就,包括奔驰、通用、丰田等巨头企业更是纷纷布局。日本政府正在本国内大力推进氢燃料电池车的发展。


根据《新成长战略》规划,日本政府提出以下目标:包括氢燃料电池车在内的下一代环保车市场份额,将从2013年的约23%提升至2030年的50%~70%。同时,为氢燃料电池车提供补贴,2025年使其售价与混动车持平,统一标准与国际接轨以促进其海外销售等举措被列为重点实施项目。


本田的氢燃料电池车Clarity就将在今年晚些时候开始发售。这款车在去年11月份的美国洛杉矶车展亮相。


Clarity的内饰长得挺好,但它的创新之处,还是在引擎盖下。不同于传统的汽车发动机或者全电动系统,Clarity采用的氢燃料电池提供动力。这种先进的动力系统并不是第一次使用——本田在2005年就开始销售氢燃料电池车,在美国、德国和日本已经卖了好几年。简单来说,燃料电池汽车将氢燃料转化为电能,唯一的排放物是水,超级环保。但说起来简单,实际做却挺难的。


本田汽车部门执行副总裁约翰˙孟德尔(JohnMendel)说:“Clarity氢燃料电池汽车是一款颠覆性的产品,它提供不折不扣的零排放用户体验,无论是性能、实用性、里程还是充电速度都可以与今天的汽油汽车媲美。”


但是说老实话对于像这类新能源车,我的第一想法就是“贵”,专门为富豪们服务的车,像我们这种平常老百姓也只能是远观不能亵玩。


而且氢燃料车目前就推广而言与现实还存在较大差距。燃料电池生产成本很高,而加氢站的建设甚至比锂电池电动汽车的充电站更难。除此之外,氢气有爆炸的隐患且氢气来源渠道有限。


目前而言,氢燃料电池汽车(FCV)在与传统的燃料汽车与电动汽车的竞争中优势不大,预计到2027年,FCV在车市中的占有率甚至不到0.1%。对于氢燃料电池汽车,目前的客户只有三种选择:丰田Mirai、现代途胜FCV、本田Clarity,而且这些车仅限于日本、美国加利福尼亚州、韩国和几个其他小型市场。


思迈汽车信息咨询公司预期2027年会有17款FCV上市,包括几家欧洲汽车制造商的产品。但是对FCV的整体预测是年销量仅达7万辆,不足市场份额的0.1%。


“在业界有这么个说法,没有能源站,就没法卖车,”丰田常务董事佐藤康彦说,“丰田完全不想做一个能源公司,所以想联合各家能源公司一起做这场生意。”他说的的确是实话。


铅酸电池


铅酸电池听起来更像一个从远古来的产物,但是有一点你绝对想不到,目前市场上80%以上的新能源汽车使用的是铅酸蓄电池,锂电池使用率普遍较低,一定意义上来讲,新能源汽车的发展更大程度上将拉动铅酸蓄电池的消费。


锂电池使用率普遍较低,原因在于锂电池目前在动力电池方面技术还不够成熟,安全性有待提高;另外目前锂电池高新技术依赖进口,价格相对铅酸蓄电池较为昂贵,难以得到普及。所以目前一定意义上来讲,新能源汽车的发展更大程度上将拉动铅酸蓄电池的消费。


我们目前上市的电动车使用铅酸电池,不是电动车企业蠢,不知道采用新技术,而是在目前能量产能供货的电池中,只有这种是可用靠谱的,其他或者是技术不成熟,或者是产业链无法配套的、或者是成本太高无法商用。


所以说,铅酸电池还没有推出历史舞台,相反却逆势占据主角位置一定程度上来说来说是一种市场向技术妥协的结果。


还有一点值得注意的是,一直以来,电池成本居高不下都成为制约新能源汽车发展的主要问题之一,即使享受着高额的国家补贴,电动汽车动辄20万元以上的售价也仍让很多消费者觉得难以承受。然而,讽刺的是,在三、四线城市的大街上,却充斥着大量的廉价电动汽车。


铅酸电池一般应用在低速和城市短途电动车上,虽然铅酸电池能量密度低,但由于成本不高,售价低廉,在中小城市极为畅销。不过,这些电动汽车的续航里程很难达到100公里以上。此外,而国家对此并未明文禁止,所以对于这类电动汽车的态度,也视各地方政府而定。一、铅蓄电池


(一)铅蓄电池产业地位与发展趋势


中国是全球最大的铅酸蓄电池生产国和铅酸蓄电池消耗国。根据全球铅酸电池产能来看,中国铅酸电池的产量在全球铅酸电池的产量中占比45%,占比最高;美国铅酸电池的产量紧随其后,占比为32%,日本铅酸电池的产量在全球中的占比不到我国铅酸电池占比的三分之一,为13%。


全铅酸电池产能区域分布


我国铅酸电池的产量在全球占比较多的原因是,近年来,我国通过引进欧美日韩等国家在我国投资建厂,并吸纳、消化国外技术,使我国铅酸电池的的制造技术已经接近了国际先进水平。


数据显示,2010-2017年,全球铅酸蓄电池市场规模稳步增长。2013年,全球铅酸蓄电池市场规模首次突破400亿美元,此后均保持在400亿美元以上。2017年,全球铅酸蓄电池市场规模约为429亿美元,同比增长0.70%。


据统计,2015年铅酸蓄电池占电池市场一半以上份额约为54.67%。从全球范围来看,2015年铅酸蓄电池市场规模为422亿美元,这一市场规模仍将保持2%-5%的年增长率,预计2018-2023年,铅酸蓄电池市场规模难有大幅度上涨,但仍将维持在400亿美元水平上。


“十一五”期间,铅蓄电池市场规模迅速扩大,每年产量平均以约20%的增速上升。据SMM统计,截止2018年底,铅蓄电池行业产能已超出4亿KVAh。在未来的几年里,铅酸蓄电池行业仍将在国民经济中占据重要地位。


铅蓄电池销售收入在整个电池行业中所占比例较大,尽管在储能领域被锂离子电池部分替代,但难以动摇铅蓄电池的市场地位。


据统计,铅约占铅蓄电池总成本的70%。市场上60V20AH的铅蓄电池重量一般是在35kg左右,铅酸电池的含铅量一般在65%左右,也就是有22.75kg的铅,即铅蓄电池平均每度电需要消耗18.96kg的铅。结合铅蓄电池的市场占比过半并仍有缓慢增长之势,短暂来看铅蓄电池对于金属铅的需求仍是值得期待的。


(二)铅酸蓄电池发展的重要政策支持


2012年7月1日,《铅蓄电池行业准入条件》正式实施以来,铅酸蓄电池行业在加快淘汰落后产能、提高产业集中度、促进转型升级和绿色发展方面,取得了显著成绩。纵观整个铅酸蓄电池市场,从竞争数量、退出壁垒、同质化程度,以及竞争层次来看,铅酸蓄电池行业处于成熟阶段。


今年上半年,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会正式批准发布国家标准《废铅酸蓄电池回收技术规范》,同时也结束了我国废铅酸蓄电池回收行业多年来无“法”可循的窘境。该标准规定了社会流通领域废铅酸蓄电池的收集、贮存、运输、转移过程的处理方法及管理措施,并将于2019年10月1日起正式实施。


(三)铅蓄电池面临重重挑战


1、电动自行车新国标的冲击:


2018年5月15日,根据国家标准管理程序,工业和信息化部组织修订的《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准(GB17761-2018),由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会《中华人民共和国国家标准公告(2018年第7号)》批准发布,自2019年4月15日正式实施。


新国标严格限定了电动自行车的整车重量,对于铅酸电池来说,电池自重偏大(或者说能量密度过低)无法在现有的技术框架下获得突破,那么如果新国标车型想要沿用铅酸电池,只能以牺牲续航为代价。以48V12Ah铅酸电池为例,通常该规格电池的重量在16Kg以上,这意味着整车不含电池重量要控制在38Kg以下,并且整车的尺寸还不能超过标准,这对于车辆设计提出了极大挑战。


据SMM调研了解,自去年初,电动自行车新国标草案出台,铅蓄电池企业陆续就新国标,开始对铅酸蓄电池开展“轻量化”技改。其中,少数企业已于5-6月完成技改试验,并于7月份随《电动助力车用阀控式铅酸蓄电池》(GB/T22199-2017)实施,正式向市场批量销售“减重”后的电池。另据铅蓄电池生产企业反映,完成电池“减重”技改后,当月原材料中用铅量较技改前下降约5%。


2、新能源汽车崛起令铅蓄电池前路渺茫?


铅酸蓄电池也是目前世界上产量最大、用途最广的一种电池,但自2015年新能源汽车产业爆发之后,铅酸蓄电池的地位就受到了挑战。有报道指出,自2015年以来,国内铅酸蓄电池产出已开始呈现小幅下滑态势。主要因为以传统的铅酸蓄电池为动力的电动自行车行业发展已达到饱和阶段,对国内铅酸蓄电池的应用推动有所放缓。随着新能源汽车电池部分对传统汽车铅酸蓄电池的逐渐替代,尤其是2020年及以后,其替代影响和冲击将进一步攀升。因此国内铅酸蓄电池产销有不断收缩可能,后期整体国内铅酸蓄电池行业的发展或将处于相对被动的格局中。


与此同时,2016年1月1日起对铅蓄电池征收消费税、锂离子电池免征消费税、《促进汽车动力电池产业发展行动方案》、《汽车动力电池行业规范条件》、新能源汽车免征车辆购置税等政策法规也在不断促进新能源汽车发展。


二、锂电池


(一)锂电池产业现状


由于我国对环保事业的重视,从近几年我国的新能源汽车销量情况来看,市场对新能源汽车的需求上升较快。其中,2018年新能源汽车产销分别完成127万辆和126万辆,同比增长59.9%和61.7%。其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆,同比增长48%和50.9%;插电式混合动力汽车产销分别完成28.4万辆和27.2万辆,同比增长121.9%和117.6%。


目前,国内新能源汽车仍然在采用磷酸铁锂和三元锂电池,车型续航里程基本上都能够达到300公里,我国动力电池产业快速发展,推动各环节技术水平快速提升。电芯有望实现三元NCM811电池的量产应用,产品单体能量密度达到260Wh/kg,系统能量密度达到180Wh/kg。从全球各个国家来看,主要车企厂商配备的还是日韩动力电池,以三元锂电池为主续航里程基本可以达到350公里。


目前我国锂电池行业存在部分中小企业,规模小,技术水平低,生产的锂电池产品较为低端。企业生产锂电池购买原料成本过高,给企业带来的生产经营成本相对较高。


锂电池在某些特定情况下会发生燃烧、爆炸等情况,比如使用不当,极端环境中都有可能发生危险,考虑到技术方面的不足,有些时候也成了限制锂电池发展的缺点。


锂电池成为汽车的动力存储来源,在中国不断加码环保事业之后,中国的新能源车的发展进程将不断加快,对于锂电池的发展也是会有巨大的推动左右。


(二)锂矿供应现状


锂电池的生产原料主要来自于锂矿,锂矿的供应制约着锂电池的发展,同时决定了锂电池的未来。中国已探明锂资源量为450万吨。中国锂矿资源的分布集中在四川、江西、青海和西藏。2018年海外锂矿产量中,67%是来自于锂辉石矿山,而这些锂辉石矿几乎全部来源于澳大利亚。而剩下的盐湖产量均来自于南美。


(三)锂电池政策扶持逐渐退坡


2019年3月26日,财政部、工业和信息化部、科技部和发展改革委四部委联合发布了《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》。重点内容包括:1、国补力度大幅退坡,补贴基数综合下降程度超50%;2、2019年3月26日至2019年6月25日为过渡期,期间按2018年补贴的0.1倍和0.6倍进行补贴;3、过渡期后地补取消,转为支持充电等配套设施;4、电池技术要求更高,但补贴系数下修。


随着补贴退坡幅度加大,动力电池环节面或临进一步降价压力。


(四)锂电池的机遇与挑战


机遇一:低碳环保,全球汽车电气化浪潮不可遏制和逆转


在低碳环保、能源安全及产业扶植等因素的驱动下,全球电动汽车市场发展迅速,截止2017年底保有量超过340万,市场份额突破1%,年均复合增长率达58%。汽车电动化趋势不可逆转,产业格局加速形成;预计2025年新能源汽车全球销量将突破1800万辆;中国新能源汽车销量将突破700万。


机遇二:政策持续明确,发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路


新能源汽车已上升为国家战略;产业政策双积分将代替补贴成为行业长期发展的管理基础;2025年新能源整体市场占比将达到20%。


机遇三:产业和价值重构,将催生新的汽车业态和伟大企业


技术重构:关键核心技术将逐渐从整车延展到关键子系统和零部件。


服务重构:从产品提供者演变为产品+服务+出行方案提供者,用户接口成为关键。


价值重构:核心价值点将由整车向关键系统、部件以及上下游转移。


竞争重构:产业竞争将由产品竞争演变为产业平台竞争。一大批造型新势力涌入新能源汽车产业,截止2017年底,中国新能源汽车企业数量已达到314家,超过200家造车新势力入局。


挑战一:使用新能源汽车的信心,影响着新能源汽车的市场


对于电池技术、充电不便、价格及续驶里程的焦虑,仍然是制约大部分消费者选择新能源汽车的主要因素。


挑战二:充电体系建设还不能满足消费者需求,分布还不均衡


快充体系建设不够,分布不均衡;中国城市居民多为公寓式住宅,小区停车位配置比例低于1:1,老旧小区缺乏停车位配置;充电桩安装需城建、电力、物业等多部门交叉管理,自行安装困难。


挑战三:商业模式创新不断涌现,但仍不成熟


新的商业模式仍处于探索期,需要较长时间的实践,最终找到可持续发展的盈利模式。短期内会对企业经营造成一定的干扰;如网约车领域亏损期超过三年,分时租赁领域亏损期超过四年。


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