一文看懂全球電動(dòng)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)布局與規(guī)劃

1.1 美國動(dòng)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(dòng)汽車無處不在大挑戰(zhàn)”（圖1），重點(diǎn)支持應(yīng)用于插電式混合動(dòng)力汽車的“鋰離子電池”技術(shù)研發(fā)。

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

1.2 日本動(dòng)力電池國家規(guī)定

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的報(bào)告中提出了車用動(dòng)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(jì)產(chǎn)業(yè)省設(shè)置的動(dòng)力電池系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)目標(biāo)值

緊接著，日本經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(dòng)力電池的主要技術(shù)指標(biāo)

1.3 德國動(dòng)力電池國家規(guī)定

德國制定了國家電驅(qū)動(dòng)平臺(tái)計(jì)劃，通過電池?zé)羲邪l(fā)項(xiàng)目推動(dòng)在動(dòng)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(dòng)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(dòng)平臺(tái)設(shè)置的動(dòng)力電池系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

1.4 韓國動(dòng)力電池國家規(guī)定

韓國知識(shí)經(jīng)濟(jì)部支持的世界首要材料項(xiàng)目涉及純電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能兩大應(yīng)用領(lǐng)域。引導(dǎo)綠色社會(huì)的二次電池技術(shù)研發(fā)項(xiàng)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(chǔ)能及純電動(dòng)汽車領(lǐng)域）、評價(jià)與測試基礎(chǔ)設(shè)施、下一代電池研究-2020電池計(jì)劃4個(gè)子項(xiàng)目，以期在韓國打造完善的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈。

1.5 中國動(dòng)力電池國家規(guī)定

科技部發(fā)布了第十二個(gè)五年計(jì)劃電動(dòng)汽車重大項(xiàng)目（2011—2015）（圖4）。

圖4 中國科技部電動(dòng)汽車重大項(xiàng)目動(dòng)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(diǎn)支持動(dòng)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(gè)五年計(jì)劃中設(shè)立了新能源汽車重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)（2016—2020），支持高性能動(dòng)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(dòng)力電池模塊相關(guān)參數(shù)指標(biāo)

目前世界范圍內(nèi)形成了動(dòng)力電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的三個(gè)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(dòng)力電池產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)大，動(dòng)力電池價(jià)格將呈現(xiàn)快速下降的趨勢（圖6）。

圖6 全球動(dòng)力電池系統(tǒng)價(jià)格的變化趨勢

國際主流電池公司量產(chǎn)的動(dòng)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(dòng)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(dòng)車輛領(lǐng)域看，國外動(dòng)力電池公司量產(chǎn)配套的大容量動(dòng)力電池產(chǎn)品的能量密度大多為110~180（W·h）/kg；小容量動(dòng)力電池產(chǎn)品的能量密度可達(dá)

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

通過3個(gè)五年計(jì)劃的大力支持，動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈體系，掌握了動(dòng)力電池的配方設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)，生產(chǎn)線逐步從半自動(dòng)中試向全自動(dòng)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?yàn)橹鞯乃拇髣?dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化聚集區(qū)域。中國主流動(dòng)力電池公司產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 中國主流動(dòng)力電池公司產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)

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(shí)間產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用的重點(diǎn)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(shí)發(fā)展對隔膜材料表面進(jìn)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(shí)，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(dòng)力電池2020年預(yù)期實(shí)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(dòng)力電池預(yù)期實(shí)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）

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(jìn)口。

2）動(dòng)力電池系統(tǒng)集成技術(shù)與實(shí)用化的差距。缺乏機(jī)械、電與熱融為一體的鋰離子電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)力電池系統(tǒng)評價(jià)力度及深度不夠?？己肆Χ燃巴暾赃€有很大欠缺，示范運(yùn)營代替了部分動(dòng)力電池系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)和整車考核試驗(yàn)。

4）動(dòng)力電池市場競爭加劇。

動(dòng)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(dòng)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(jìn)步并實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。動(dòng)力電池將隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，迎來爆發(fā)增長的黃金期。