新能源汽車“平民化”應從電池入手


鋰電世界 《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》指出,當前重點推進純電動汽車和插電式混合動力車產業化,大幅提高動力電池安全性與可靠性,降低成本,動力電池能否擔負起這項重任關鍵則要看電池相關材料的發展情況。據了解,新能源動力電池主要有鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池。其中,鉛酸電池存在環保問題;鎳氫電池主要用于混合動力車,成本較高;鋰離子電池未來將扮演新能源汽車電池的主角。
電池材料:為動力裝置降本延壽
目前鋰電池能量密度低。首先,E6電動汽車的鐵鋰電池組的重量為400公斤,插電式普銳斯的電池為220公斤。能量密度低,車重了,空間也小了,需要發現電池新材料。其次,電池續航能力差,聲稱續航達到100公里以上的都是指理想狀態,實際路面續航都是60公里左右,如果在北京這樣的擁堵大城市,60公里不夠。第三個是安全性較差,這個問題尚存爭議,因為做電池的材料都不穩定,的確容易爆炸。
鋰電池負極材料把握動力電池安全性命脈,在鋰離子電池負極材料中,除石墨化中間相碳微球(MCMB)、無定形碳、硅或錫類占據小部分市場份額外,天然石墨和人造石墨占據著90%以上的負極材料市場份額。在2011年的負極材料市場統計中顯示:負極材料的全球總產量應用達到32000噸,相比去年同期增長28%,其中天然石墨和人造石墨負極材料兩者占據了89%的市場份額,而隨著這幾年由于電子產品的增速,特別是手機平板電腦領域里鋰離子電池應用的增加,導致相應的電池正負極材料這幾年產能迅猛上升,石墨負極材料從2009年到2011年連續三年的增速都達到25%以上。
2013年全球隔膜需求量可達5.63億平方米,為2011年市場容量的1.41倍,產值約17億美元。國內隔離膜市場需求2011年約1.28億平方米。我國鋰電產品已經占到全球約30%的市場份額。國內隔離膜市場需求與鋰電市場同步增長。
目前國內隔離膜用量80%依靠進口,對國產隔離膜的需求還有很大的空間。國產隔離膜在國內市場的占比將快速上升,2013年國產隔離膜在國內市場的份額預計將超過30%,2015年將超過40%。
綜合來看,鋰離子電池正極材料的發展方向是磷酸鐵鋰。雖然國內磷酸鐵鋰正極材料的研發如火如荼,但缺乏原始創新技術。鋰離子電池負極材料未來有兩個發展方向——鈦酸鋰材料和硅基材料。國內近年來開發的硅基材料基本能達到高比容量、高功率特性和長循環壽命的要求,但產業化還須突破工藝、成本和環境方面的制約。我國在鋰離子電池隔膜國產化方面已取得一定成績,但要實現高端產品的大規模生產仍有較長的路要走。六氟磷酸鋰在鋰離子電池電解質中占有絕對的市場優勢,但我國基本上受制于日本技術,自主研發實力薄弱。
復合材料:讓汽車輕裝安全上路
汽車輕量化技術對于化工行業來說早已不陌生,在當今節能至上的年代,將樹脂、橡膠、碳維纖復合材料等應用于車身或零部件中為汽車瘦身已成為業內共識,而對于新能源汽車來說,這點更為重要,因為動力電池將會增加車身質量。
已上路行駛的電動汽車面臨的一大難題就是電池續行里程短。國內新能源汽車龍頭企業比亞迪推出的E6電動汽車以續航里程長達300千米作為賣點,但這只是在綜合工況測試條件下得到的最佳值,與傳統的燃油汽車相比仍有較大差距。因此,在提高電池性能的同時,減輕車身質量,降低每千米能量消耗很關鍵。
《規劃》提出,要突破產業化過程中的車身材料及結構輕量化等共性技術和工藝技術,這必將推動車用復合材料的發展。隨著化工新材料的不斷涌現以及生產工藝的升級,越來越多的汽車零部件可以使用輕質材料制備。除了積極布局中國市場的跨國公司外,國內企業紛紛將目光投向這一領域。讓替代材料在減輕車身質量的同時,保障新能源汽車行駛的安全性,化工相關材料將迎來新的機遇。
目前國產動力電池的平均循環壽命在500次左右,意味著一兩年就要更換電池,從而大幅提高了使用成本。因此,在推廣新能源汽車的道路上,國產電池材料的研發和生產還需加把勁。