小型内燃机与车辆技术

新能源车核心部件锂电池的技术图谱 

来源:小型内燃机与车辆技术 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-06-23

来源:微信公众号放大灯

作者:陈闷雷

编辑:一萌 普通酱

过去几个月,新能源汽车概念反复席卷资本市场,不仅消费者关注,资本也跃跃欲试。连特斯拉和一众造车新势力也成为市场焦点,引得各行业巨头纷纷跨界入场。

你以为新能源的油门踩到底了吗?不,还没加满。

随着“碳达峰、碳中和”的提出,新能源车已不仅是一种新概念交通工具,更是国家顶层设计的一部分。

国务院办公厅2020年11月2日发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》显示,预计到2025年,国内新能源汽车新车销售量将达到汽车新车销售总量的20%左右,而当前这一数据约为4%~5%之间——这意味着市场至少有三倍的成长空间。

所谓新能源车,其实也包括混合动力电动汽车(HEV),燃料电池电动汽车(FCEV)等其它技术路线。不过当前的语境下,这个词被提起时一般仅指纯电动车路线,即我们熟悉的特斯拉,以及一众造车新势力。

而纯电动车的核心部件则是:锂电池。

纯电动车人人都懂,但是了解锂电池的人就不多了。

锂电池是一个上下游链条长,专业性很强的复杂产品,不可能用一篇文章讲清所有细节。本文将聚焦于核心的几个环节,旨在为读者勾勒基本的锂电池技术图谱,让大家了解其核心原材料、关键技术与未来趋势。

电动车驱动的千亿市场

作为一种充电电池,锂电池的工作原理是:通过锂离子(Li?)在正负极之间定向移动来实现充放电功能。它广泛应用于电动车、消费电子及储能三个领域。其中电动车用锂电池,通常称为动力电池,是目前增长较快,未来预期最为乐观的应用领域。

数据来源:东莞证券

据沙利文数据统计,我国锂电池市场规模从2014年645.3亿元增长至2018年的1494.7亿元人民币,年复合增长率达23.4%。若以此做参考,则动力锂电池行业产值约在698亿左右。

随着电子产品迭代、新能源汽车强势发展以及政府对于提高节能环保要求,锂电池的市场规模有望进一步扩大,预计2023年市场规模有望达到3294.8亿元,相应的动力电池将实现1600亿以上的规模。

数据来源:正略钧策

产业链方面,锂电池上游为锂、石墨以及稀有金属矿等原材料;中游为电池正负极、电解液、隔膜等关键材料供应商,中游末端为电池制造商,它们将上游原材料制成不同规格产品;下游为产品应用终端,依照应用领域可大致分为动力电池、消费电子及储能三大类。

信息来源:公开资料整理

锂电池的四种关键材料

锂电池是如何发电的?

在锂电池工作时,锂离子参与氧化还原反应,将化学能转化为电能。一款锂电池产品的评价指标包括能量密度、循环寿命、倍率性能(不同电流下的放电性能)、安全性能以及适用温度等。

从锂电池的成本构成看,正极、负极、电解液和隔膜为四大关键原材料,在成本中的占比远高于束线、连接器以及导电剂等其它材料——这与锂电池基本工作原理一致。

数据来源:正略钧策

正极材料

当前,正极材料是锂电池的核心材料,是决定电池性能的关键因素,对产品最终的能量密度、电压、使用寿命以及安全性等有着直接影响,也是锂电池中成本最高的部分。正因此,锂电池往往用正极材料命名,如三元电池,就是使用三元材料做正极的锂电池。

锂电池能量密度,就是指电池的平均单位体积或质量能释放出的电能,能量密度越高一般意味着电池续航公里数越高。该指标是一款锂电池能否享受政府补贴的重要依据之一。

不同正极材料差距明显,适用领域也不一样。常见的正极材料可以分为钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(NCM)。

钴酸锂是最早实现商业化的正极材料,其能量密度高于镍氢及铅酸等充电电池,最早体现出锂电池的发展潜力,但十分昂贵且循环寿命低,仅适用于3C电子产品。锰酸锂虽成本低,但能量密度不佳,在早期的慢速电动车,如电瓶车等领域有一定用量,如今主要用于电动工具以及储能领域,少见于动力电池。

电池标准循环寿命是指在特定的充放电流程下,电池容量衰减到某一规定值之前,电池能经受的充电与放电循环次数。根据GB/T -2015 《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》,要求汽车动力电池经过500次充放电后,放电容量不低于初始容量的90%,或1000次充放电不低于80%。

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