我国动力电池行业分析.doc
《我国动力电池行业分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《我国动力电池行业分析.doc(35页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、我国汽车(电动车)动力电池行业发展现状概述第一节 动力电池定义及分类一、铅酸蓄电池定义:电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语:Lead-acid battery 荷电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;放电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。我们常用的铅酸蓄电池主要分为三类,分别为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。1)普通蓄电池;普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜;缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。2)干荷蓄电池:它的全称是干式荷电铅酸蓄电池,它的主要
2、特点是负极板有较高的储电能力,在完全干燥状态下,能在两年内保存所得到的电量,使用时,只需加入电解液,等过2030 分钟就可使用。3)免维护蓄电池:免维护蓄电池由于自身结构上的优势,电解液的消耗量非常小,在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种:第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液);另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死,用户根本就不能加补充液.铅酸电池有2.4 伏,4 伏,6 伏,8 伏,12 伏,24 伏系列,容量从200 毫安时到3000 安时。VRLA 电池
3、是基于AGM(吸液玻璃纤维板)技术和钙栅板的可充电电池,具有优越的大电流放电特性和超长的使用寿命。它在使用中不需加水。VRLA 电池用途广泛,可用在电动工具,应急灯,UPS,电动轮椅,计算机和通讯设备等方面。二、镍镉蓄电池正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由镉制成的一种碱性蓄电池。正极为氢氧化镍,负极为镉,电解液是氢氧化钾溶液。其优点是轻便、抗震、寿命长,常用于小型电子设备。三、镍氢蓄电池正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由贮氢合金制成的一种碱性蓄电池。四、铁镍蓄电池正极活性物质主要由镍制成,负极活性物质主要由铁制成的一种碱性蓄电池。铅蓄电池是一种酸性蓄电池,与之不同,铁镍蓄电
4、池的电解液是碱性的氢氧化钾溶液,是一种碱性蓄电池。其正极为氧化镍,负极为铁。充电、放电的化学反应是电动势约为1.31.4 伏。其优点是轻便、寿命长、易保养,缺点是效率不高。五、钠氯化镍蓄电池钠氯化镍电池是1978 年发明的,其正极是固态NiCl2,负极为液态Na,电解质为固态-Al2O2 陶瓷,充放电时钠离子通过陶瓷电解质在正负电极之间漂移。钠氯化镍电池是一种新型高能电池,它具有比能量高(超过100Wh/kg),无自放电效应,耐过充、过放电,可快速充电,安全可靠等优点,但是其工作温度高(250-350),而且内阻与工作温度、电流和充电状态有关,因此需要有加热和冷却管理系统。六、银锌蓄电池正极为
5、氧化银,负极为锌,电解液为氢氧化钾溶液。银锌蓄电池的比能量大,能大电流放电,耐震,用作宇宙航行、人造卫星、火箭等的电源。充、放电次数可达约100150 次循环。其缺点是价格昂贵,使用寿命较短。七、钠硫蓄电池钠硫蓄电池也是普遍看好的电动汽车蓄电池,它已被美国先进电池联合体(USABC)列为中期发展的电动汽车蓄电池,钠硫蓄电池具有高的比能量,但它的峰值功率较低,而且这种电池的工作温度近似300,熔融的钠和硫有潜在的毒性,腐蚀也限制了电池的可靠性和寿命。八、锂蓄电池锂是最轻的金属元素,也是化学性质最活泼的金属元素,金属锂暴露在空气中或遇水时会发生燃烧。该蓄电池的比能量大,比功率高,充电放电效率高,可
6、以快速充电,功率输出密度大,没有记忆效应等。但锂的制取较困难,管理和使用较复杂。九、空气蓄电池1.锌空气蓄电池锌空气蓄电池的正极为锌Zn,负极为氧,电解质为氢氧化钾。在放电时,锌和氧发生化学反应生成氧化锌。其单元电压为1.0-1.2V。锌空气蓄电池的比能量大,性能稳定,安全性好,能够有效地防止因泄露、短路引起的起火或爆炸,自放电率低,回收再生方便。2.铝空气蓄电池铝空气蓄电池以高纯度的铝为正极,以氧为负极,以氢氧化钾和氢氧化钠的水溶液为电解质。铝空气蓄电池的比能量大,质量轻,铝回收再生方便,成本也低,但比功率较低,充电和放电速度比较慢,电压 后,自放功率较大,需防止铝空气蓄电池工作时的过热。十
7、、燃料蓄电池燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池,电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等,像一个蓄电池,但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839 年G.R.Grove 提出的,至今已有大约160年的历史。燃料电池的种类按不同的方法可大致分类如下:1. 按燃料电池的运行机理分。分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。2. 按电解质的种类不同,有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质。因此,燃料电池可分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧
8、化物燃料电池(SOFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。在燃料电池中,磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)可以冷起动和快起动,可以用作为移动电源,适应FCEV 使用的要求,更加具有竞争力。3. 按燃料类型分。有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料,汽油、柴油和天然气等气体燃料,有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后,才能成为燃料电池的燃料。4. 按燃料电池工作温度分。有低温型,温度低于200;中温型,温度为200750;高温型,温度高于750。在常温下工作的燃料电池,例如质子交换膜燃料电池(PEMFC),这类燃料电池需要采用贵金属作为催化剂。
9、燃料的化学能绝大部分都能转化为电能,只产生少量的废热和水,不产生污染大气环境的氮氧化物。不需要废热能量回收装置,体积较小,质量较轻。但催化剂铂(Pt)会与工作介质中的一氧化碳(CO)发生作用后产生中毒现象而失效,使燃料电池效率降低或完全损坏。而且铂(Pt)的价格很高,增加了燃料电池的成本。另一类是在高温(6001000)下工作的燃料电池,例如熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC),这类的燃料电池不需要采用贵金属作为催化剂。但由于工作温度高,需要采用复合废热回收装置来利用废热,体积大,质量重,只适合用于大功率的发电厂中。最实用的燃料电池是以氢或含富氢的气体燃料,但是在自然
10、界是不能直接获得氢的,燃料电池氢的;来源通常是以石油燃料、甲醇、乙醇、沼气、天然气、石脑油和煤气中,经过重整、裂解等化学处理后来制取含富氢的气体燃料。氧化剂则采用氧气或空气,最常见的是用空气作为氧化剂。十一、太阳能蓄电池太阳能蓄电池是直接将太阳能转变成电能的装置。这种电池通常用硅作为原料,目前主要有三种结构:非晶硅、单晶硅、多晶硅。太阳能蓄电池除了光电转换率低以外,还存在成本高的缺点,需要进一步研究。十二、超容量电容器超容量电容器也是高能量密度的储能元件,或者称为电蓄能器。它能存储大量电荷,并且能迅速地充放电。目前已开始应用于电网的负载调配和电动汽车的动力装置以及其它需要不间断电源(UPS)的
11、场合。十三、飞轮电池飞轮电池是利用高速旋转的飞轮来贮存能量的。它主要由飞轮、电动机 发动机、磁轴承和电力电子所组成。当飞轮加速旋转时从外界吸收能量,此为“充电”;而当飞轮减速时释放能量,此为“放电”。为了减少摩擦损耗,飞轮电池采用无接触的电磁轴承支承飞轮转子,而且壳体内被抽成真空,大大地降低了高速旋转时的风损耗。飞轮电池贮存的比能量已超过最好的化学电池所贮存的比能量,而且它比化学电池具有更多的优势,如容易测试飞轮的充电状态、对温度不敏感、充电时间较短、深度放电不会影响其性能、循环使用寿命较长、对环境也不会造成危害。第二节 我国汽车行业发展情况以及动力电池应用情况一、 汽车产业发展路线1、低碳燃
12、料以天然气或者生物燃料替代汽/柴油。天然气二氧化碳排放量减少50%;生物燃料,如生物柴油和生物乙醇,来自绿色植物,其生长过程吸收和使用过程排放的二氧化碳几乎相等,不额外排放的二氧化碳,也可较大程度减少二氧化碳的排放。2、混合动力车通过回收汽车行驶过程中被浪费的能量,以及电池储存的电能辅助汽车行驶,能够部分减少汽/柴油使用量,从而达到减排的目的。3、纯电动汽车汽车以电为能量,使用过程中二氧化碳排放能量为零。4、燃料电池以氢气为燃料,排放物只有水,二氧化碳排放量为零。图表 1 清洁能源汽车发展路线图表 2 汽车产业动力系统发展路径图二、新能源汽车发展混合动力汽车(Hybrid Electric V
13、ehicle, HEV)、纯电动汽车(ElectricVehicle,EV)和燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle,FCEV),也被称为新能源汽车(指采用汽油、柴油之外的动力作为动力源的汽车的总称)。新能源汽车按照电池种类的不同,又可以分为镍氢电池动力汽车、锂电池动力汽车和燃料电池动力汽车。混合动力汽车(HEV)存在两个动力源:内燃机和储能电池。汽车可由电动机或内燃机发动在刹车及下坡时,电动机将动能转成电能为电池充电。按照是否依赖外部充电,混合动力汽车又可分为普通HEV 和插电式混合动力汽车PHEV(Plug-inhybrid)。目前普通HEV 电池主要采用镍
14、氢动力电池,PHEV 电池主要采用锂离子电池或锂聚合物电池。按照驱动系统的配置结构关系,混合动力汽车可分为串联式混合动力汽车(Series HybridElectric Vehicle,SHEV)、并联式混合动力汽车(ParallelHybridElectric Vehicle,PHEV)和混联式混合动力汽车(Split Hybrid ElectricVheicle,PSHEV)三种。图表 3 各式结构的混合动力汽车特点按照对电能的依赖程度,混合动力汽车又可分为三种:弱混合(MildHybrid)、中度混合和强混合(Strong Hybrid 或Full Hybrid),节油率依次提升。图表
15、4 各式混合程度对应的节油率不同纯电动汽车(EV)取消了传统的内燃机,动力来源于自身携带的储能电池。储能电池依靠外界电源充电,在汽车启动时电池向电动机供电,由电动机直接向驱动轴输出扭矩,驱动车辆行驶。图表 5 纯电动汽车结构原理图燃料电池汽车(FCEV)既摒弃了内燃机,也不需要从外界充电,而是通过自身携带的液态氢和氧气在燃料电池中的化学反应发电,为电动机提供能量,进而为汽车驱动轴提供扭矩。图表 6 燃料电池汽车结构原理图图表 7 三种新能源汽车的主要特点三、新能源汽车动力电池动力电池的性能对新能源汽车的发展起着至关重要的作用。新能源车动力电池应具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全
16、性好等特性。目前技术最成熟、应用最广泛、商业化最成功的是镍氢动力电池,各国研发的重点是锂离子电池,燃料电池则因可以做到完全零排放,而被视作远期目标。HEV 因为有汽油作为动力,因而更强调加速性能和爬坡能力,因此更注重电池的比功率(要求高达8001200w/kg)。而EV 完全以电池作为动力,更强调充电后的续航能力,因而更关注电池的比能量(要求达到100160wh/kg)。图表 8 HEV、PHEV 和EV 对电池性能的要求图表 9 各种蓄电池比较目前包括丰田Prius 在内的混合动力汽车都使用镍氢电池,但该电池技术的有效性被认为已经到了极限,而锂离子电池因具备小型轻量、高容量、高输出功率等优点
17、而得到了北美、欧洲和亚洲汽车制造商的青睐,预计在该领域锂离子充电电池也将逐步替代镍氢电池。丰田、福特等汽车制造商则明确表示未来其混合动力车将采用锂离子充电电池。与慢热的新能源汽车整车市场相比,动力电池市场更引人关注。新能源汽车市场发展,上游电池、电控和发电机环节将受益。其中,电池厂商受益最大。首先,如实现2012 年中国新能源汽车销量50 万辆的目标,中国锂电池在未来三年内将保持50%的增长。因为一辆电动汽车平均使用正极材料50 公斤、负极材料40 公斤、电解液40 公斤。按照2010 年中国新能源汽车销量达50 万辆计算,如20%的新能源汽车使用锂电池,则10 万辆新能源汽车将引发5000
18、吨正极、4000 吨负极、4000 吨电解液的消费。按照2009 年中国锂电池年销量计算,未来3 年锂电池业约保持50%的增长。三、中国新能源汽车发展近年来,锂电正极材料在电动汽车、电动自行车、电动工具和储能等领域显现出更为广阔的市场发展前景。新能源汽车不但有显著的环保效应,而且相对于燃油汽车节能50%。国际社会对此高度重视,包括美国、日本、欧盟等发达国家都计划投入大量资金进行新能源汽车的研发和推广。我国于2009 年出台了一系列的政策鼓励节能和新能源汽车行业的发展,并将其提高到国家长期发展战略高度上。2009 年1 月,我国汽车产业振兴计划中提出新能源汽车战略;同年3月,汽车产业调整和振兴规
19、划提出未来形成3 年50 万辆新能源汽车产能,并形成10 亿安时动力电池产能的目标;2010 年3 月两会期间,新能源汽车的支持政策再次地成为市场关注的焦点。据预测,2010 年2013 年是锂电池电动汽车的快速成长期,并于2012 年超过镍氢电池电动汽车。作为动力锂电池行业的上游,动力锂电正极材料相应将进入黄金发展期,预计2009 年-2018 年的年均复合增长率为63.52。新能源汽车作为一个新兴行业,其发展已经势不可挡。四、中国电动车产业化概况2010 年4 月28 日,电动汽车传导式充电接口、电动汽车充电站通用要求、电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议、轻型混合动力电动汽车
20、能量消耗量试验方法4 项国家标准通过有关部门审查。公布的4 项国家标准,对电动车充电接口、充电站标准和功能等情况进行了细化和规范。这意味着日后国内生产的电动车充电接口将统一化,同时将大大减小目前各地充电站的建设难度。可以预见的是,此前一直围绕着电动汽车传导接口的争论偃旗息鼓,但标准细化后引发的明争暗斗却逐渐激化。其中,关于电动汽车传导式充电接口的内容颇为引人注目,该规定适用于交流标称电压最大值为380V,直流标称电压最大值为600V 的电动汽车所用传导式充电接口,将交流充电接口(将交流供电电网连接到车载充电机上进行充电的接口)和直流充电接口(利用充电站大型直流充电机对电动汽车电池直接进行快速充
21、电的接口)的内容部分进行了细化规范,如确定交流充电接口为7 个端口,直流充电接口为8 个端口。据悉,上述有关电动车的细则于2009 年3 月27 日起草,2010 年3 月10 日形成标准意见稿,从起草讨论至通过审查,包括中国电网以及部分车企均有参与,此外讨论组还与美国、日本等国的专家进行了交流。一些自主品牌已有量产电动汽车上市,可每个企业都是按照自己的标准来制定充电接口,没有形成统一的规格标准,这样很难在全国范围内推广。2008 年底全球第一款不依赖专业充电站的双模电动车比亚迪F3 DM 上市,当时这款车体的两侧分别配置了两个充电接口,既可以连接家用电源充电,同时也可到专业充电站充电。到了2
22、010 年3 月F3DM 低碳版上市时,这款车的充电站接口被取消了,目前仅能满足家用电源充电。如果标准早些出台,相应的事件也许可以避免。比亚迪F3DM(配置 图库 口碑)事件的前后反复恰恰印证了国内电动车标准细化的缺失。由于市场化前景屡遭质疑,电动车发展始终不尽如人意,导致自2000 年起便一度无人问津的电动车直到2008 年才重新回归众人视线,但基建、安全、价格等方面的缺失使电动车依然难以形成规模效应,相应规范条例更是少之又少。在规范的空白期,哪个国家制定的细则能被接受,就将在电动车领域占领先机,也会在掌握专利技术的电池厂、电机、电控厂处取得更多的话语权。一旦电动车模式成熟,由于缺少专利,未
23、来汽车制造商将可能沦为电池、电控以及电机制造商的打工仔,为了增加未来的话语权,一些汽车厂商一直苦苦寻找电池制造商作为合作伙伴。目前,通用为了给VOLT 配套,2009 年底与LG 化学在密歇根州建立合资的电池制造厂;日产为了给Leaf 配套,最终敲定了与日本的NEC 合资生产电池;本田的新能源车选择的是三洋电机。新能源车型销量最大的丰田此前都是与松下合资生产电池,最近又开始与三洋合资生产电池。此外,有消息称VOLVO 的新能源车也将使用LG 的化学电池,宝马则选择了三星作为电池供应商,而大众汽车正在三洋、三星、松下和比亚迪之间徘徊。当然,也不能忘记奔驰与比亚迪的联姻。显然,制定标准将对本国经济
24、有利。因此,美国、欧盟、日本都在制定相应的标准,其中数日本的动作最大,与国内政府自上而下的征求意见相反,日本的电动车系由企业自下而上发起。2009 年8 月,东京电力同丰田、日产、三菱汽车、富士重工等就建立统一标准问题达成共识,几大日系厂商加入相关协会。此协会包括160 家日本国内外单位,协会成立的初衷就是希望在日本国内统一充电方式的标准,并致力于将这个快充标准在全球推广,成为未来世界统一的快充标准。2009 年8 月,日本方面的协会刚与几大日本车企达到一致,仅隔了1 个月,9 月份中国电动车标准起草小组就在天津与东京电力进行了技术沟通。2010 年3 月8 日,丰田汽车公司以及其他三大日本汽
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 我国 动力电池 行业 分析
限制150内