2.4國外新能源汽車車載鏗電池廠商及其產(chǎn)品供求現(xiàn)狀
2012年起,各大車企都陸續(xù)上市了PHEV和HEV。PHEV方面,繼豐田2012年1月開始銷售“普銳斯PHEV”之后,2012年秋季至2013年初,本田推出新款雅閣的PHEV款、福特推出C-VIAX Energin和Fusion Energi、沃爾沃上市V60 PHEV等。HEV方面,德國廠商開始逐漸全面推出產(chǎn)品。2012年,寶馬上市ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3戴姆勒上市E400 Hybrid和E300 B1ueTEC Hybrid大眾上市“捷達(dá)混合動力車”。
與此同時(shí),車載鏗離子充電電池市場也開始形成,引領(lǐng)市場發(fā)展的正是EV用鏗電池。這是因?yàn)橐匀债a(chǎn)的聆風(fēng)為首,三菱汽車的i-MiEV、豐田iQ、特斯拉的Model S和寶馬i3等配備鏗電池的EV相繼上市的結(jié)果。

隨著電動汽車全面投放市場,各家汽車廠商所使用的電池廠商陣容也變得豐富與明朗起來(圖2)。在車載鏗離子充電電池領(lǐng)域,除了獨(dú)立廠商韓國LG化學(xué)、三星和日立外,還有AESC,Lithium Energy Japan,Primearth EV Energy(PEVE)和Blue Energy等與汽車廠商合資成立的車載電池公司,并己向多家汽車廠商供貨。如,松下2012年起為福特的Fusion Hybrid和Fusion Energi分別供貨5 Ah單元和20. 5 Ah單元鏗離子充電電池;此外,松下還為特斯拉汽車的EV "Model S”和"Model X”供貨鎳鉆鋁酸鏗18650單體鏗電池。
日本電池廠商東芝的車載鏗離子充電電池負(fù)極材料采用欽酸鏗,具有安全性高、壽命長、低溫特性出色的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是單元的平均電壓只有2. 5 V左右,比以往的鏗離子充電電池低1 V以上。因此,配備200 } 400 V高電壓電池組的EV需要大量串聯(lián)電池單元,電池行業(yè)認(rèn)為“難以采用”。但實(shí)際上,該單元除了己經(jīng)用于三菱汽車的i-VIiEV和MINICAB MiEV的部分車型上,本田的“飛度EV”也己采用,因?yàn)樵撾姵氐腟OC即使在變動較大的范圍內(nèi)使用也很少發(fā)生劣化,低溫特性較高、電池的極限值高等特點(diǎn)也適合EV使用。
在獨(dú)立的日本廠商中,日立車輛能源除了為通用的HEV "Lacrosse”和“Regal”供貨外,還為日產(chǎn)新一代HEV供貨。
美國廠商方面,美國A123Systems(被萬向集團(tuán)收購后更名8456 Systems)的鏗離子充電電池用于寶馬的ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3、美國菲斯克汽車的PHEV "Karma”以及新款EV "Spark EV”上。A123 Systems的鏗離子充電電池的特點(diǎn)是,正極材料采用磷酸鐵鏗( LFP),向?qū)汃R供貨圓筒型單元,向菲斯克和通用供貨層壓型單元。
隨著鏗電池產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用,各公司在電池組設(shè)計(jì)方面的思想逐漸出現(xiàn)差異。豐田、日產(chǎn)和本田等日本廠商的電池組趨于采用空冷式,并盡量簡化構(gòu)造從而降低成本,而歐美廠商大多傾向于采用水冷式,并以特定的小范圍管理單元的充電狀態(tài)和溫度。其中,德國廠商表現(xiàn)出了使單元容量和外形尺寸等標(biāo)準(zhǔn)化,從而實(shí)現(xiàn)各車型通用的想法。而豐田等仍然堅(jiān)持認(rèn)為,不同車輛的配備空間各不相同,應(yīng)該從多種單元中選擇最合適的產(chǎn)品配備,實(shí)現(xiàn)單元的標(biāo)準(zhǔn)化比較難。
3、我國動力電池發(fā)展需克服的問題
我國目前車用動力電池技術(shù)路線選擇的是與美國相同的磷酸鐵鏗路線,但鏗電池技術(shù)整體水平仍落后于美國、日本。例如日本電池平均能量密度要高出中國平均水平的30% } 40%,充電次數(shù)也能達(dá)到中國的幾倍。我國鏗離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚需克服以下問題。
(1)知識產(chǎn)權(quán)問題。磷酸鐵鏗的正極材料專利由美國德州大學(xué)Goodenough團(tuán)隊(duì)在1996年獲得。加拿大H-Q和Phostech則取得其獨(dú)家專利和商業(yè)授權(quán)。目前陸續(xù)發(fā)展出了敷碳、金屬氧化物包覆、納米化等改性和制備技術(shù),藉此提高磷酸鏗鐵粉體的導(dǎo)電性,并派生出更多專利。因此,專利問題是國內(nèi)磷酸鐵鏗制造企業(yè)難以避開的問題。
(2)制造一致性問題。電動汽車所用的鏗電池都是串聯(lián)或并聯(lián)在一起,如果一致性問題得不到有效解決,所生產(chǎn)的鏗電池也就無法大規(guī)模應(yīng)用于電動汽車。
(3)成組后安全性和壽命問題。大功率充放電的大容量鏗離子動力電池組,在苛刻的使用條件下更易誘發(fā)電池某個(gè)部分發(fā)生偏差,從而引發(fā)安全問題。單體磷酸鐵鏗電池壽命可超過2 000次,但由上百塊單體電池串并聯(lián)后,整個(gè)電池組的壽命可能只有500次,必須使用電池管理系統(tǒng)(BMS)對電池組進(jìn)行合理有效的管理和控制。
(4)高能量和高功率兼容問題。鏗離子動力電池雖然具有高能量密度,可使電動汽車勻速行駛更長時(shí)間,但卻存在著起動時(shí)功率不夠,啟動加速較慢的問題。在電化學(xué)體系中只有超級電容器才能獲得非常高的充放電倍率(1 000 C),但其能量密度只有鏗電池的1 /20。若不輔以超級電容,尚無理想的高容量高功率動力電池出現(xiàn)。
(5)原材料篩選問題,F(xiàn)在用于鏗電池生產(chǎn)的原材料不可能全部進(jìn)口,主要還是取自國內(nèi)。但是國內(nèi)的原材料要通過國際認(rèn)證,生產(chǎn)出的鋰電池才能被國際認(rèn)可,所以目前還需要解決在原材料認(rèn)證環(huán)節(jié)上所存在的一些問題。