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鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑研究

2019-03-06 09:26 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:電池中國 來源:電池中國
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2 國內(nèi)方面

2.1 產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境


為促進動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展,我國出臺了相應(yīng)的政策體系,體系內(nèi)容包括產(chǎn)業(yè)支持政策、發(fā)展指導(dǎo)意見、管理規(guī)范等內(nèi)容。相關(guān)政策又分為宏觀管理政策、行業(yè)發(fā)展政策、行政管理法規(guī)體系和可研專項支持等。在宏觀層面,發(fā)展指導(dǎo)意見明確了動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要任務(wù),包括基礎(chǔ)和前瞻科研部署、技術(shù)創(chuàng)新目標、關(guān)鍵共性技術(shù)突破、動力電池梯級利用回收等。在產(chǎn)業(yè)管理方面,為維護市場秩序、合理配置資源、促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展,國家發(fā)改委、工信部出臺了對相關(guān)企業(yè)經(jīng)營活動實施規(guī)范化管理的政策。動力電池在這政策體系的支持下,技術(shù)水平快速進步,產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大,市場集中度持續(xù)提升。在這產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢下,動力電池產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了階段性、結(jié)構(gòu)性的產(chǎn)能過?,F(xiàn)象,政策環(huán)境也相應(yīng)由扶優(yōu)扶強轉(zhuǎn)向優(yōu)勝劣汰。

2.2 行業(yè)特點


我國動力電池行業(yè)特點是單位投資投入高(1GWh產(chǎn)能建設(shè)一般需要5億人民幣)、技術(shù)門檻高、研發(fā)創(chuàng)新快、人才要求高、升級換代快、生產(chǎn)自動化要求高等特點。


動力電池產(chǎn)業(yè)屬于典型資本密集型高科技產(chǎn)業(yè),具體體現(xiàn)在資金投入規(guī)模大、人員從業(yè)素質(zhì)高、技術(shù)體系門檻高、產(chǎn)品研發(fā)迭代快、生產(chǎn)設(shè)備自動化、質(zhì)量管理精益化等特點。目前動力電池企業(yè)建設(shè)規(guī)模都在10GWh左右,僅項目建設(shè)投入至少5億元人民幣。動力電池技術(shù)研發(fā)與工藝工程包括納米級基礎(chǔ)材料性質(zhì)研發(fā)、四大主材工藝(正極、負極、隔膜、電解液)、電芯制造、電池系統(tǒng)集成等,生產(chǎn)過程復(fù)雜、環(huán)境要求苛刻、設(shè)備精度要求極高,因此行業(yè)門檻非常高。

2.3 主流技術(shù)類型分析


我國動力電池技術(shù)路線與全球主流應(yīng)用基本一致。全球車用動力電池產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)路線以鎳鈷錳三元材料電池為主,錳酸鋰、磷酸鐵鋰技術(shù)路線發(fā)展逐漸放緩,固態(tài)電池等先進產(chǎn)品技術(shù)路線尚未形成規(guī)模化工程應(yīng)用。從產(chǎn)品規(guī)格與標準來看,動力電池系統(tǒng)已經(jīng)逐漸由燃油車基礎(chǔ)開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向為新能源汽車平臺正向開發(fā),動力電池系統(tǒng)與汽車底盤一體化設(shè)計,從而逐漸形成電芯、模組和系統(tǒng)規(guī)格尺寸標準統(tǒng)一的趨勢。在全球競爭中,我國動力電池單體產(chǎn)品的核心技術(shù)指標、規(guī)格標準方面,已經(jīng)與全球先進產(chǎn)品差距不大。

2.4 地區(qū)性產(chǎn)業(yè)集群分析


我國動力電池產(chǎn)業(yè)主要分布在京津地區(qū)、華東地區(qū)、中原地區(qū)和華南地區(qū)。京津地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早,以中信國安盟固利、天津力神、北京國能、天津捷威、天津比克等企業(yè)為主;中原地區(qū)具備傳統(tǒng)的電化學產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),形成了以上游材料和動力電池整個產(chǎn)業(yè)鏈的為主的企業(yè)集群,主要企業(yè)包括中航鋰電、多氟多、鄭州比克、河南鋰動、新太行、環(huán)宇等。華東地區(qū)是我國動力電池研發(fā)實力、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、上下游產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)最發(fā)達的地區(qū),以大規(guī)模市場需求拉動了動力電池產(chǎn)業(yè)投資和發(fā)展,包括寧德時代、國軒高科、萬向、天能超威、雙登等知名企業(yè),該地區(qū)知名車企集團車用動力電池需求帶動了市場和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。華南地區(qū)具有一批數(shù)碼產(chǎn)品電池企業(yè),在此產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上形成了以比亞迪、沃特瑪、雄韜電源、天勁、深圳比克、億緯鋰能、欣旺達、振華新能源、卓能新能源等一批動力電池企業(yè)。

2.5 市場分析


我國動力電池市場發(fā)展呈現(xiàn)出乘用車電池配套量增長、高能量密度電池配套增加,行業(yè)聚集度進一步提升的特點。根據(jù)中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應(yīng)用分會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,2018年度我國新能源汽車動力電池配套量超過56.89GWh,同比2017年增長56.88%,前20強企業(yè)裝機量52.23GWh,占全年裝機量的91.8%。其中,三元電池30.1GWh,占比58.17%,同比2017年增長103.71%;磷酸鐵鋰電池22.2GWh,占比39%,同比2017年增長23.51%;錳酸鋰電池1.08GWh,占比1.9%,同比2017年減少26.7%;鈦酸鋰電池0.52GWh,占比0.91%,同比2017年減少8.99%。從各動力類型來看,純電動汽車配套的動力電池裝機量累計約53.01GWh,同比增長55.64%;插電式混合動力汽車配套的動力電池裝機量累計約3.82GWh,同比增長75.34%。


我國動力電池產(chǎn)業(yè)企業(yè)優(yōu)勝劣汰快速,雙雄+多強的市場格局初步形成。2018年前十家單體企業(yè)累計配套量約470億瓦時,市場占比約82.72%。其中寧德時代和比亞迪配套量大幅領(lǐng)先,分別達234億瓦時和114億瓦時,寧德時代市場占比由2017年的29.0%提升至2018年的41%,比亞迪市場占比則由2017年的15.5%提升至2018年的20.1%。根據(jù)產(chǎn)業(yè)政策引領(lǐng)方向和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,我國動力電池產(chǎn)業(yè)集中度有望進一步提升。


2.6 重點企業(yè)分析

從動力電池配套特征來看,動力電池行業(yè)傳統(tǒng)領(lǐng)先企業(yè)寧德時代、比亞迪、力神、國軒、孚能等產(chǎn)品類型基本可以代表國內(nèi)產(chǎn)品主流類型,一是材料體系主要為三元和磷酸鐵鋰;二是高能量密度的三元電池主要配裝乘用車,高安全性低成本的磷酸鐵鋰電池主要應(yīng)用于客車和專用車;三是除寧德時代外,國內(nèi)動力電池企業(yè)配套仍以國內(nèi)整車企業(yè)為主,與日韓電池配裝國際知名品牌汽車的規(guī)模和影響力相比仍有差距。



動力電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的路徑


隨著不同技術(shù)路線動力電池產(chǎn)品工程化、商業(yè)化發(fā)展,鋰離子動力電池技術(shù)正朝著更高的能量密度、循環(huán)壽命等指標逐漸進步。其中,正極材料采用高鎳三元材料,負極加入納米硅形成硅碳負極材料,電解質(zhì)逐漸由液態(tài)發(fā)展為固態(tài),以實現(xiàn)更高的鋰電池能量密度產(chǎn)品與相關(guān)市場領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化。

1 高鎳三元正極材料

1.1 技術(shù)原理、優(yōu)缺點


三元材料目前是高能量密度動力電池最優(yōu)選擇。高鎳三元短期內(nèi)正在成為動力電池應(yīng)用主流。三元材料結(jié)合了鎳(提升電池容量)、鈷(提高離子導(dǎo)電性)、錳(穩(wěn)定結(jié)構(gòu))的性能優(yōu)勢,是近階段高能量密度、高性能和低成本的主流產(chǎn)品。到2020年,我國高鎳三元鋰電池產(chǎn)業(yè)化能量密度指標是300Wh/kg,力爭實現(xiàn)350Wh/kg。


高鎳三元材料在技術(shù)方面仍存在一定的缺點。一是高鎳三元材料的鎳比例提升,加劇鎳鋰離子混排,降低了放電比容量;二是鎳在脫嵌鋰過程中相變導(dǎo)致體積變化,降低了材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,進而導(dǎo)致循環(huán)壽命下降;三是碳酸鋰等雜質(zhì)在高鎳正極材料上更易形成,高溫環(huán)境會導(dǎo)致脹氣,雜質(zhì)與電解液發(fā)生副反應(yīng),最終導(dǎo)致循環(huán)壽命下降,;四是鎳含量的增加產(chǎn)生熱量,使得正極材料熱穩(wěn)定性下降;五是高鎳三元材料表面雜質(zhì)增加,電解液配方優(yōu)化方案目前仍屬難題。

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