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锂电池发展亮点纷呈:硅碳负极、全固态、钛酸锂、软包、超级电容……

北极星储能网  来源:分析师  作者:徐智翔 郑丹丹  2017/5/19 9:06:43  我要投稿  

北极星储能网讯:新能源汽车产业的发展,需要科技创新提供动力。每一种锂电技术流派都有其适用的应用领域,未来将在产业化实践中逐步改进。

根据工信部公布的数据,2016年,我国新能源汽车产量为51.7万辆,仅占汽车行业总产量(2,811.9万辆)的1.84%左右。相对于传统燃油汽车,新能源汽车还处于发展初期,目前仍存在某些问题,比如续航里程短、充电时间长、安全性不够等。在电动汽车的结构中,电池的地位举足轻重。我们判断,未来电池将更加注重高比能、轻量化、快充、安全等性能,业界也在尝试各种材料,针对表15中的不同应用研制合适的电池。

关于未来几年动力锂电池的发展趋势,我们做了一些研究,分享如下,欢迎读者与我们互动探讨。

趋势一:负极将是能量密度提升的关键

2017年4月6日,工信部、发改委、科技部联合印发《汽车产业中长期发展规划》。近年来我国新能源汽车技术水平大幅提升,产业规模快速扩大,产业链日趋完善,有望成为抢占先机、赶超发展的突破口。我们认为,《规划》的出台对于规范引导新能源汽车产业发展具有重要意义。对于动力锂电池,该《规划》提出,到2020年,新能源汽车年产销达到200万辆,动力电池单体比能量达到300瓦时/公斤以上,力争实现350瓦时/公斤,系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下。到2025年,新能源汽车占汽车产销20%以上,动力电池系统比能量达到350瓦时/公斤。我们认为,上述目标将促使产业界通过新材料应用、工艺改进等方式提升动力电池性能。

目前锂离子电池负极材料主要包括石墨碳、硅的复合物、锡与碳的复合物、钛氧化物、金属锂等,主要的性能指标比较如表16所示,其中,硅/锡/碳、金属锂的比容量相对于石墨实现了质的提升,将是未来高比能锂电的新选择,而钛氧化物(钛酸锂材料)主要提高循环及快充性能。

国外许多电池公司早就开始尝试新的负极材料,例如松下、ENEVATE、amprius等已开始生产以硅碳复合物为负极的锂离子电池,ionic、OXis、SionPower等开始生产锂硫电池,SolidEnegy等开始探索以锂金属为负极的高镍三元电池,能量密度已经达到400~500Wh/kg,如图15所示。

趋势二:软包电池将是电池轻量化趋势

目前锂离子电池主要方形、圆柱、软包三大类,其中方形和圆柱的外壳主要采用铝合金、不锈钢等硬壳,而软包的外壳则采用铝塑膜,这是他们的本质区别,如表17所示,性能方面软包锂电池的主要优势包括:

(1)安全性能好:软包电池电解液较少漏液,且在发生安全隐患的情况下软包电池会鼓气裂开,而不像硬壳电池那样内压过大会发生爆炸;

(2)重量轻:软包电池重量较同等容量的钢壳方形电池轻40%,较铝壳方形电池轻20%;

(3)电池容量大:软包节约体积20%,较同等规格尺寸的钢壳电池容量高50%,较铝壳电池高20~30%;

(4)循环性能好:软包电池的循环寿命更长,100次循环衰减比铝壳少4%~7%;

(5)内阻小:软包电池的内阻较锂电池小,国内最小可做到35mΩ以下,极大地降低电池的自耗电;

(6)设计灵活:可根据客户需求定制外形,可以做更薄,普通铝壳只能做到4mm,软包可以做到0.5mm。

我们认为,在性能方面软包电池更具综合优势,未来应用前景广阔:

1)软包电池更轻更薄,适合便携式、对空间或厚度要求高的应用领域,例如3C消费类电子产品;

2)虽然方形电池的单体容量高,但又重又大,而软包电池在能量密度方面优势明显,而且目前单体电芯也在往大容量、高倍率方向发展,将更符合新能源汽车等领域对移动电源的要求;

3)虽然圆柱电池的生产工艺成熟、能量密度优势明显,但由于单体电芯的容量很小,故相同容量大小的电池Pack需要更多的电芯,例如特斯拉ModelS的电池Pack容量为85kWh,大约有7000多颗18650型圆柱电芯,这对电池管理系统BMS要求非常高,且电芯一致性较难控制,所以系统能量密度相对单体电芯下降比较明显,而软包电池的单体容

量大,对BMS的要求较低,介于国内甚至全球大多数BMS配套能力有限,大容量的电池Pack不会过多采用圆柱电池,另外,圆柱电池因能量密度太高导致安全性较差,且硬壳导致内压大,常发生爆炸事件,则软包电池则具有明显优势。

全球动力电池厂商中有超过6成采用了方形电池结构,代表车型包括三菱iMiEV,宝马i3,丰田Pruis等;而特斯拉ModelS采用的松下18650型电池则是圆柱动力电池的代表;软包电池的占比高于圆柱,代表车型则是日产Leaf、通用雪佛兰Volt、宝马等,如表18所示,主要供应商有日本AESC、LG化学、A123等。

这些年国内如东风、众泰、北汽新能源、比亚迪等主流电动车企也纷纷开始尝试软包动力电池,主要供应商有ATL、微宏动力、多氟多、中航锂电、卡耐新能源等,近期亿纬锂能、山东恒宇、苏州宇量等也开始大力投建软包动力电池生产线。我们认为,随着电池路线的发展,软包的渗透率将不断提升,未来市场份额有望达到40%~50%。布局软包电池的相关标的包括(但不限于):多氟多、亿纬锂能等。

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