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亿纬锂能黄红良:动力电池技术路线何去何从?

作者:  电池再生网   来源:  电动汽车资源网   发布时间:2017-01-08      关注度:1493

随着新能源汽车后补贴时代的到来,技术发展与运营创新成为当前形势下推动新能源汽车行业进步的重中之重。

亿纬锂能黄红良:动力电池技术路线何去何从?

惠州亿纬锂能股份有限公司销售总监黄红良

12月22日下午,在一次以“动力电池技术创新及安全”为主题的业界探讨会上,惠州亿纬锂能股份有限公司销售总监黄红良做题为“关注可靠性,确保动力电池系统运行寿命”的演讲。以下是他演讲的主要内容:

一、动力电池政策与市场

1.1 国内政策-2017年初稿

(1)乘用车

纯电动乘用车,按系统能量密度&里程补贴。

比能量:90~120Wh/kg,100<R<150,补贴2万;150<R<250,补贴3.6万;R>250,补贴4.4万元

比能量:>120Wh/kg, 100<R<150,补贴2.2万;150<R<250,补贴3.96万;R>250,补贴4.84万元

插电式混合动力乘用车(包括增程式),纯电续驶里程>50km,补贴2.4万元。

(2)商用车(客车)

纯电动客车,以快充、系统能量密度、车型长度来进行补贴,先以非快充类纯电动客车为例:

前提条件:Ekg不高于0.24Wh/kg.km,电池系统总质量占整车整备质量比例不高于20%,续驶里程不低于200km等。

电源系统能量密度:85~95Wh/kg,补贴1440元/kWh;95~115Wh/kg,补贴1800元/kWh;>115Wh/kg,补贴2160元/kWh。

车长:6~8m,最高补贴9万元;8~10m,最高补贴20万元;10m以上,最高补贴30万元。

插电式混合动力,以节油率水平来补贴:

节油率在40%~45%,2400元/kWh;45%~60%,3000元/kWh;>60%,3600元/kWh。

(3)商用车(专用车)

电池系统能量密度不低于80Wh/kg,Ekg不高于0.5Wh/km.kg,采用分段超额累退方式给予补贴:

配电<30kWh,以1500元/kWh补贴;

30kWh<配电<50kWh,以1200元/kWh补贴;

配电>50kWh,以1000元/kWh补贴。

1.2 准入与标准

(1)动力电池行业准入(电池与pack)

(2)新国标的实施(单体&模组):GB/T 31484-2015;GB/T 31485-2015;GB/T 31486-2015

(3)新国标的实施(系统):GB/T 31467.1-2015;GB/T 31467.2-2015;GB/T 31467.3-2015

(4)电动客车安全技术条件

1.3动力电池国内市场

2015年:新能源汽车销售35万台,动力电池整体市场17.5GWh;

2016年:新能源汽车销售预计60万台,动力电池整体市场30GWh;

2017年:新能源汽车销售预计80万台,动力电池整体市场40GWh;

2020年:新能源汽车累计推广500万台,2020年预计120万台,动力电池整体市场60GWh;

二、动力电池技术路线分析

2.1 全球新能源汽车产品结构

全球范围内新能源汽车产品结构,国外新能源汽车主要为乘用车,涵盖不同级别,采用多种技术路线;我国新能源汽车涵盖乘用车、客车和专用车。其中,乘用车主要集中在中型及小型车和超小型车,主要为纯电动和插电式混合动力汽车。

2.2 国内外动力电池技术路线

国内:2014年,以方形铝壳+磷酸铁锂为主。2015年开始,方形铝壳+磷酸铁锂和18650+三元并行方式。2017年开始,方形三元会占有一定的市场份额。

国外(日&韩):以三元(或称锰系)体系为主。

2.3 磷酸铁锂和三元优缺点

磷酸铁锂(LFP)的优点是:安全性好、循环寿命长、高温性能好、国内车上应用相对成熟;缺点是比能量低、成本高;适合应用领域:公交车、大巴等。

三元(NCM&NCA)的优点是比能量高、成本低;缺点是发热量大、循环寿命短、国内应用时间较短;适合应用领域:专用车、乘用车(包括微型车)等。

2.4比能量

磷酸铁锂电池(方形铝壳电芯):单体电芯比能量125Wh/kg;系统比能量95Wh/kg。进一步提升,单体电芯比能量145Wh/kg;系统,比能量115Wh/kg。

三元电芯:国内单体电芯比能量200Wh/kg,国内系统比能量120Wh/kg;日韩单体电芯比能量240Wh/kg以上。

18650三元电芯比能量密度提升:从2.2Ah到2.6Ah 到2.9Ah到3.2Ah,比能量密度从180Wh/kg逐步提升240Wh/kg。

2.5循环寿命

(1)磷酸铁锂电芯:技术成熟,循环寿命可达3000次以上

(2)三元电芯(圆柱):0%~100%SOC:800~1200次;10%~90%SOC:1000~1500次。

三元电芯(软包)2000次以上(LG,达到3000次以上)。

成组循环寿命:单体电芯循环寿命的80%。

(3)三元电芯(圆柱)提高循环寿命:a.单体电芯循环寿命:达到2000次以上;b.全自动化生产,保障单体电芯的一致性建议;c.SOC使用范围:10%~90%SOC(即充电至4.15V,放电至3.0V)。

2.6发热量

(1)磷酸铁锂电芯:发热量小;成组技术成熟,一般采用自然冷却或风冷。

(2)三元电芯:发热量大,其中能量型电芯温升更明显;风冷是成熟的方案;液冷技术是未来发展的重点,但成本相应增加。

(3)合理选择冷却方式:根据不同的应用领域,视环境恶劣程度,采用的电芯发热情况,选择合适的冷却方式。

2.7三元电池国内外发展状况

国外:(1)以日本、韩国为主,主要应用于中高端产品,如乘用车;(2)日本:以松下为标杆,18650三元、21700三元,技术水平世界领先;(3)韩国:以三星、LG为标杆,三星以18650三元、方形铝壳(94Ah);LG以18650三元、软包叠片,主要强调性价比;(4)核心材料,如NCA、隔膜,日本处于时间领先的地位。

国内:(1)以软包三元+18650三元为主,主要应用于中低端产品,如专用车、微型车;(2)软包三元:以万向、卡耐、捷威;18650三元:力神、比克;(3)三元动力电池发展较晚,技术水平不高,低成本化战略;(4)目前,还不能做高比能量三元动力电池,如NCA。

2.8 三元电池的技术路线

圆柱钢壳(18650、21700)优点是标准化、规模自动化生产、一致性好、散热效果好、成组简单;缺点是比能量相对较低;生产厂家有松下、LG、三星、力神、比克等。

软包的优点是尺寸可调、比能量高;缺点是一致性较差、成组复杂、散热效果差;生产厂家有LG、NEC等。

方形金属壳的优点是标准化、成组简单、比能量较高;缺点是散热效果差;生产厂家有三星等。

结论:(1)目前,国内三元电芯应用以18650为主;(2)未来2~3年,随着pack技术、散热技术的成熟,三元电芯应用以方形为主。

2.9 18650电池成组方式

18650电池成组方式主要有:镍带连接(电阻焊)、铝丝连接(超声波焊接)以及其他连接方式等。

镍带连接(电阻焊)的优点是标准化模组、连接可靠、便于热量管理,缺点是不便于维修,是主流的18650电芯成组方式。铝丝连接(超声波焊接)的优点是类似特斯拉结构、对每个单体电芯上保险丝、安全性高、成组成本低,缺点是对工艺要求高,目前在国内已有少量应用,未来将成为主流。

2.10动力电池未来发展的方向

铅酸电池被淘汰;镍氢电池处于淘汰的边缘,主要应用于混合动力车;锂离子电池在2016年~2020年是车用动力电源的主力电芯;燃料电池方面,电+电増程燃料电池车有望率先实现应用。

锂离子电池材料的选择:国内,目前会以磷酸铁锂和三元并行模式,未来2~3年,三元会占有更大的比例,且以NCA为主。未来3~5年,高镍、富锂等正极材料会得到应用,硅基负极也会得到应用,进一步提高动力电池的比能量。

圆柱锂离子电池:未来会以21700为主;方形锂离子电池软包叠片和方形铝壳并行模式;

固态电池:未来技术的制高点。

大规模动力电池企业具备的几大要素:技术&人才;资金;先进的生产方式;先进的管理方式。

三、先进的生产方式

先进的制造方式是全过程的自动化和信息化的控制,自动化设备 + 控制系统 + MES制造执行系统 + SAP运营系统,保证信息流的快速、一致。先进的生产方式可以使人均产量提升4倍,用工人数减少70%;可以使制程缩短一半,优率提升到95%;可以使容量一致性提升67%,内阻降到传统模式的30%。



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