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动力电池

作者:凯发k8客户端    发布时间:2020-07-14 08:11    

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  动力电池即为工具提供动力来源的电源,多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。

  其主要区别于用于汽车发动机起动的起动电池。 多采用阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池。

  2018年7月31日,新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台在北京启动运行。

  汽车和摩托车行业。主要是为发动机的起动点火和车载电子设备的使用提供电能;

  工业电力系统。用于输变电站、为动力机组提供合闸电流,为公共设施提供备用电源以及通讯用电源;

  电动汽车和电动自行车行业。取代汽油和柴油,作为电动汽车或电动自行车的行驶动力电源。

  锂铁电池是2000年后由美国永备公司所推出来并得到成功市场化的新型绿色高能化学电源,在应用于需要的高能量高功率电源的电子设备和电动玩具方面,显示了非常优越的性能.在中等放电电流以上时,锂铁电池的放电时间可达碱锰电池的6倍左右;而与镍氢电池相比,其放电电压平稳,储存时间具有显著优势。

  2、具有更长的工作时间和更高更平的工作电压,尤其是在中等电流以上放电;

  由于镍镉电池(Ni-Cd)中的镉有毒,使废电池处理复杂,环境受到污染,因此它将逐渐被用储氢合金做成的镍氢充电电池(Ni-MH)所替代。从电池电量来讲,相同大小的镍氢充电电池电量比镍镉电池高约1.5~2倍,且无镉的污染,现已经广泛地用于移动通讯、笔记本计算机等各种小型便携式的电子设备。 镍氢电池是有氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染。 更大容量的镍氢电池已经开始用于汽油/电动混合动力汽车上,利用镍氢电池可快速充放电过程,当汽车高速行驶时,发电机所发的电可储存在车载的镍氢电池中,当车低速行驶时,通常会比高速行驶状态消耗大量的汽油,因此为了节省汽油,此时可以利用车载的镍氢电池驱动电动机来代替内燃机工作,这样既保证了汽车正常行驶,又节省了大量的汽油。

  燃料电池 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置,他的正极是氧电极,负极是氢或碳氢化合物或乙醇等燃料电极。催化剂在正极催化氧的还原反应,从外电路向氧电极反应部位传导电子;在负极催化燃料的氧化反应,从反应部位向外电路传导电子;电解液输送燃料电极和氧电极反应产生的离子,并且阻止电子的传递。电子通过外电路作功,并形成电的回路。只要燃料和氧不断地从装置外部供给电池,就有放电产物不断地从装置向外排出(氢氧燃料电池)。

  钠硫电池。钠硫电池的理论比容量可达760 W?h/kg,实际已达到300 W?h/kg,且充电持续里程长,循环寿命长。

  负极的反应物质是熔融的钠在负极腔内,正极的反应物质是熔融的硫在正极腔内。正极和负极之间用α―Al2O3电绝缘体密封。正极腔和负极腔之间有β―NaAl11O17陶瓷管电解质。电解质只能自由传导离子,而对电子是绝缘体。当外电路接通时,负极不断产生钠离子并放出电子,电子通过外电路移向正极,而钠离子通过β―NaAl11O17电解质和正极的反应物质生成钠的硫化物。

  新能源汽车因其节能和环保的特性被看好,但是其产业化面临最大问题是居高不下的销售价格。从国外混合动力汽车看,同类型的混合动力和燃油型丰田凯美瑞差价达到8-10万元,而国内比亚迪纯电动车型E6与同类型的燃油车的差价更是高达20多万。虽然新能源汽车后期的运营和维护成本低廉可以逐步填平一次购置的差价,但是高额购置价格无疑成为阻碍新能源汽车产业化的重要障碍。

  新能源汽车主要由电池驱动系统、电机系统和电控系统及组装等部分组成。其中电机、电控及组装和传统汽车基本相同,差价的原因在于电池驱动系统。从新能源汽车的成本构成看,电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30-45%,而动力锂电池又占据电池驱动系统约75-85%的成本构成。

  解决新能源汽车高价格的核心是降低动力锂电池一次采购成本。市场上已经商业化的动力锂电池主要包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和三元材料电池等,中国市场以磷酸铁锂为主,日韩大多选择锰酸锂和三元材料的混合电池体系。赛迪经智统计数据显示国内的磷酸铁锂电池售价约在3-4元/Wh,锰酸锂和三元材料电池约在4-5元/Wh。考虑不同类型新能源汽车的电池容量,插电式混合动力汽车的电池容量是10-16KWh,纯电动汽车的电池容量24-60KWh,纯电动大巴的电池容量一般是200-400Kwh,对应电池售价在3-5万元、7-18万元和60-120万元水平,如此高昂的电池价格是新能源汽车价格居高不下的主要原因。

  降低电池成本,一直都是产业内重要的解决方向。除了电池体系改善和使用寿命提升带来成本降低外,当前主要的降成本方案是规模化和回收资源化。以全球新能源汽车最为成功的企业特斯拉来看,其使用18650圆柱电池(电池型号:直径18mm,长度65mm)因规模扩大从2007年到2012年成本约下降了40%左右。未来随着新能源汽车的普及动力电池的规模化生产,电池成本会进一步降低到2元/Wh以下,从而达到《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中2015年的规划目标。

  在资源化利用上,动力锂电池还存在回收体系不完善,回收价值偏弱的问题。虽然国内也涌现出了像格林美和湖南邦普等大型回收企业,但是动力锂电池回收存在回收成本高、回收产业链不完善的问题。动力锂电池的回收资源化需要充分借鉴铅酸电池回收利用的经验。铅酸电池建立了完备的回收网点和回收产业链,一般铅酸电池在回收时具备30%的回收价值。

  动力锂电池再利用是指介于新能源汽车和动力锂电池资源化的中间环节,通过对汽车使用后的动力电池进行拆解、检测和分类后的二次使用,实现动力电池梯级,从而实现动力电池30-60%的成本降低目的。一般来说,新能源汽车对动力锂电池报废的标准是电池容量低于80%,如果剩余容量还在70-80%电池直接进行资源化回收是极大的浪费,做好动力锂电池再利用对电池成本的降低尤为重要。

  国家政策支持动力锂电池在利用的产业化探索。2012年7月出台的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》明确提出“制定动力电池回收利用管理办法,建立动力电池梯级利用和回收管理体系,明确各相关方的责任、权利和义务。引导动力电池生产企业加强对废旧电池的回收利用,鼓励发展专业化的电池回收利用企业。”国家从规划层面给动力电池再利用提供了方向。

  新能源汽车动力锂电池再利用领域主要瞄准ICT领域、家庭以及可再生能源发电储能等领域。虽然动力锂电池再利用实践在国内还未开展,但是在日本、美国已经有多年的示范经验。日韩从新能源汽车发展伊始就开始着力动力电池再利用的研究,这些前期研究工作给我国开展电池再利用研究提供了很好的借鉴。

  动力锂电池再利用商业模式需要建立多方面的合作机制。首先是动力锂电池的回收需要遵循“谁制造谁回收”责任体制,通过推行回收责任制建立回收利用网络,保证再利用电池来源。再利用核心主要包括电池回收、电池评价和二次再装配利用等环节,由于再回收和新能源汽车运营中的电池运营商密切相关,建议由运营商、汽车厂和电池企业合资建立电池服务模块,承担动力锂电池的再利用业务,对再装配电池可以考虑通过电池租赁或者零售等方式应用在终端客户上。

  动力锂电池再利用终端主要瞄准家庭储能、店铺、新能源分布式发电、防灾据点以及通讯基站应用等领域。储能领域应用对能量密度的要求不高,但是对循环寿命和价格要求相对较为苛刻,考虑电池回收、转换及运输等多重成本,车用废旧电池实际的回收价值将不到新电池成本的10%,在价格上可以满足储能的要求,但是循环寿命的验证还需要在电池设计时予以考虑,保证在储能利用环节的寿命要求。

  动力锂电池再利用的基础研究是电池再利用产业发展的关键,需要政府部门整合资源推进再回收示范工程实践。由于我国新能源汽车产业链条中各自为战的态势,车企、电池企业或者运营商主动牵头从事电池再利用的研究具有较大的难度,通过政府组织示范工程推进我国动力电池再利用的标准建立和应用实践尤为重要。此外,我国从奥运会、世博会以及各地最早运营的示范项目的新能源汽车电池逐渐进入淘汰期,如何结合这些淘汰电池进行再利用应用实践也更为迫切。

  动力电池再利用和回收都是我国的新能源汽车产业链考虑较少的环节,而渐行渐近的新能源汽车产业化带来的巨量动力锂电池处理已经成为急迫解决的问题。据赛迪经智研究结果,预计2015年,动力锂电池累计报废量约在2-4万吨左右,到2020年前后,我国新能源汽车动力锂电池累计报废量将达到12-17万吨的规模。如此巨大的电池回收量需要提前进行动力锂电池再利用业务的研究和商业模式的摸索。

  动力锂电池再利用获益空间的不确定。虽然从动力锂电池企业提供的电池数据显示,新能源汽车淘汰的电池还将保留70-80%的有效能量,而且在成本上具备较强的优势,但是电池在利用领域主要集中储能领域还面临诸多挑战。我国的储能电池还是集中在通讯基站储能和大型数据中心、银行等UPS储能,而且主流储能方式还是铅酸电池,这些领域动力锂电池再利用的替代还存在不确定性。此外针对新能源储能,还受限于国家在新能源分布式发电领域的支持力度。

  在全球重点发展电动车、储能电池等新能源产业的今天,锂电池做为公认的理想储能元件,得到了更高的关注。我国也在动力电池领域投入了巨大的资金和政策支持,已经涌现了比亚迪、比克、力神、中航锂电等全球电池行业引人注目的骨干企业。正极材料、负极材料、电池隔膜、电解液是锂电池最重要的四项原材料,锂电池隔膜由于投资风险大、技术门槛高,一直未能实现国内大规模生产,成为制约我国锂电池行业发展的瓶颈,特别是在对安全性、一致性要求更高的动力锂离子电池领域,更是我国从锂电池生产大国到锂电池生产强国难以逾越的障碍。

  锂电隔膜的主要生产工艺可分为干法和湿法两大类。车用动力电池容量大,安全性要求高,这也要求隔膜具有更高的强度、保液能力及安全温度。干法工艺可以采用多层复合的形式,该种隔膜具有结构安全、孔隙均匀、透气性好、耐高温性好等诸多优势,完全满足于动力锂电池的严格要求,国内外众多的动力电池厂商均认可该种工艺的隔膜是动力锂电池的应用方向。

  全球锂电池产能急速扩张,做为主要材料的锂电池隔膜产能增长速度呈现滞后的局面,已经有众多的电池厂家不同程度的表示了隔膜紧缺,隔膜材料产能的提高不仅对我国锂电池乃至世界锂电池产业的发展都是一个迫切的要求。因而,在国内尽快的涌现出更多的星源材质一样的民族企业是完善我国锂电池行业产业链,提升我国锂电池生产企业竞争和可持续发展能力的重要举措,也是关乎我国新能源汽车产业快速发展的关键环节。

  超长寿命,长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右,最高也就500次,而生产的磷酸铁锂动力电池,最好的电池循环寿命可达到2000次以上,标准充电(5小时率)使用,可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”,最多也就1~1.5年时间,而磷酸铁锂电池在同样条件下使用,将达到7-8年。综合考虑,性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。

  使用安全,磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题,钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁,而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。

  可大电流2C快速充放电,在专用充电器下,1.5C充电40分钟内即可使电池充满,起动电流可达2C,而铅酸电池无此性能。

  耐高温,磷酸铁锂电热峰值可达350℃~500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。

  2015年3月27日,工信部发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》。《汽车动力蓄电池行业规范条件》是在新能源汽车快速增长、动力蓄电池行业能力、水平制约突出的背景下制定发布的,将着力解决动力电池企业良莠不齐,企业规模偏小,低水平重复建设等问题,进一步引导和规范行业发展。《汽车动力蓄电池行业规范条件》按照企业自愿申请、政府服务行业的思路,以动态公告的方式,实施对汽车动力蓄电池企业的监督管理。

  据悉,《汽车动力蓄电池行业规范条件》对汽车动力蓄电池生产企业提出具体要求,规定锂离子动力蓄电池单体企业年产能力不得低于2亿瓦时,系统企业年产能力不得低于1万套或2亿瓦时。

  2016年1月底,工信部、发改委、环保部、商务部、质检总局五部委在2015年9月出台的征求意见稿基础上,正式联合下发《电动汽车动力电池回收利用技术政策(2015年版)》。尽管这一政策并非强制性政策,但还是足以说明政府对于这一问题的重视程度。

  2017年3月,国家工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部联合印发《促进汽车动力电池产业发展行动方案》,提出加快提升我国汽车动力电池产业发展能力和水平,推动新能源汽车产业健康可持续发展。到2020年,动力电池行业总产能超过1000亿瓦时,形成产销规模在400亿瓦时以上、具有国际竞争力的龙头企业。

  2018年7月31日,新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台在北京启动运行。

  尽管商业化发展已超十年,中国动力电池企业面对的仍是一个胜负未决的江湖。与江湖地位相对稳固的宁德时代和比亚迪不同,季军争夺混战格外激烈。


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