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欧阳明高:很快锂离子动力电池成本只需1元/瓦时

来源:中国电动汽车网   作者:综合报道   2017/6/21   浏览18567次   

[摘要]中国动力电池的技术发展经过了前面三个五年计划,电池技术从锰酸锂电池向着高比能量的新一代的锂离子动力电池发展。系统的比能量是在逐年的提升,系统的成本在逐年的下降,预计到2020年中国锂离子动力电池平均成本能达到1元/瓦时。

2017年6月21日,在青海西宁举办“第十八届中国 青海绿色发展投资贸易洽谈会-锂产业国际高峰论坛”中,清华大学学术委员会副主任、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高为大家带来了最新的研究成果,从新进展、新趋势和新挑战这三个方面分析了国内锂电池产业及新能源汽车的发展现状。


电池成本逐年下降 新能源汽车产量世界第一


中国动力电池的技术发展经过了前面三个五年计划,电池技术从锰酸锂电池向着高比能量的新一代的锂离子动力电池发展。系统的比能量是在逐年的提升,系统的成本在逐年的下降,预计到2020年中国锂离子动力电池平均成本能达到1元/瓦时。


中国新能源汽车市场在2011年—2016年这五年间,从不足5000辆发展到51万辆,保有量从1万辆提升到100万辆,5年产量、销量都是100倍,也是占全球的一半。这是我国新能源汽车的发展期,已然需要政府政策上的扶持。


注重家用主流车型 进一步的保障电池安全性


电动化、智能化、轻量化相结合,是新能源汽车的发展趋势。此外,纯电驱动在今后五年我国的主目标就是让家用主流轿车的性价比具备技术竞争力,应该说纯电动汽豪华车和低端车都好做,最难的是家用主流轿车,这需要企业充分的考虑性价比,在这方面是电动汽车跟传统汽车竞争最为激烈、难度最大的一个区域。


至于电池单体的热失控问题,需要在电池设计阶段就预测它的热失控特性,现在已经能够达到这种水平了。并且完全可以避免热失控的扩展,从而避免事故。


从纯电动平台发力 大功率快充是王道


中国的战略是以纯电动为基础平台,在纯电动的基础上发展插电式混合动力、燃料电池混合动力,最后来突破常规的混合动力技术和全功率燃料电池技术,这就是中国特色的纯电驱动的战略路径。大功率直流快充的安全性技术,制定充电技术与基础设施中长期发展规划是我们面临的最新挑战


以下是演讲实录:


各位领导,各位同行,大家上午好!借此机会我给各位介绍一下中国新能源汽车技术创新的新进展、新趋势和新挑战,首先是新进展,我想中国新能源汽车产业化起步于习近平总书记发出号召之后,2014年我们认为是中国新能源汽车产业化的元年,政府推出了一系列的政策,所以促使这个产业经过了初期的培育期。现在最近政府新一轮的政策又刚刚出台了,为新能源汽车从培育期到成长期过渡也奠定了良好的政策基础。


新能源汽车这些年来在技术的角度,应该说取得了一系列进展。我们今天是关于锂产业,所以锂离子动力电池为代表的电动汽车核心技术取得重大突破。中国动力电池的技术发展经过了前面三个五年计划,“十五”是锰酸锂电池,“十一五”是磷酸铁锂电池,“十二五”是三元电池,“十三五”是高比能量的新一代的锂离子动力电池。系统的比能量是在逐年的提升,系统的成本在逐年的下降,我们预计到2020年还会在成本方面到达1元/瓦时这么一个目标。我们动力电池应该说在过去五年间提高了近一倍,成本也下降的一倍以上。我们的产业也取得了重大突破,比如我们2015年全球排名前十名中间有四个企业是中国企业,2016年有六个企业进入前十强。


我们在“纯电驱动”动力系统集成技术方面,我们从2013年开始大中型客车和微小型电动轿车起步,现在已经进入常规的家用主流轿车,我们乘用车平均续驶里程从150公里现在已经提高到300公里以上。纯电动商用车的总体技术水平在全球处于领先地位,并且批量出口。


我们插电式混合动力汽车,也带动了整个混合动力技术的逐步成熟,现在各个大的汽车厂家都有比较成型的混合动力汽车的构型,基本上攻克了这么一个核心技术。


燃料电池也在中国开始起步,我们中国特色的是燃料电池混合动力汽车,包括我们商用车的燃料电池深度混合动力和轿车的增程式燃料电池汽车,今年我想将会是燃料电池商用化的元年,当然这个规模不会像锂电池电动汽车那么大、那么快,它会是一个长期稳步的发展过程。


我们“十二五”以来,中国新能源汽车市场经历了一个快速的增长过程,2011年—2016年五年间,从不足5000辆发展到51万辆,保有量从1万辆提升到100万辆,5年产量、销量都是100倍,也是占全球的一半,处于遥遥领先的地位。应该说我们在今天来看中国新能源汽车产业的话,这个发展是出现了不可逆转的拐点,我们导入期可以说基本结束,现在进入成长期了。我们经历了从奥运示范开始的酝酿期和从2010年开始的“十城千辆”示范的导入期,现在我们认为已经进入了成长期,因为我们新能源汽车的销量已经超过汽车总销量的1.5%,2016年超过1.8%,今年我们预计还会继续成长,从去年的51万辆我们估计还应该在70万辆左右。这是我们现在发展的时期,导入期是政府扶上马的,我想成长期政府还要送一程。


第二方面,新能源汽车技术发展的新趋势。首先,这是“十三五”新能源汽车科技研发重点专项,我们制定的新能源汽车技术升级战略,包括“三化”,电动化、智能化、轻量化相结合,这是新时期三个战略相互关联的。从基础科学、共性核心技术、系统集成、集成开发示范分为四个层次进行全方位的开发,系统集成仍然是三大动力系统,我们在共性核心技术对核心技术的内涵进行了进一步的挖掘,从动力电池的角度讲进一步强调电池管理,在电机驱动的角度讲进一步强调电力电子,在电控的角度讲转型为智能化技术,在基础科学和示范考核方面要继续推进,这叫全创新链一体化推进。


纯电驱动在今后五年我们的主目标就是家用主流轿车的性价比具备技术竞争力,应该说纯电动汽车豪华的不难做,低端的也好做,最难的是家用主流轿车,就是性价比的轿车,在这方面是电动汽车跟传统汽车竞争最为激烈、难度最大的一个区域。怎么办?其实性价比也就是里程成本比,就是在提升里程的前提下不能成本升的过高,这方面我们需要进行电池性能的改进,需要整车电耗的下降和效率的提升,需要充电设施的便利,还需要安全管理。下一步我们技术目标是A级,尤其是A0级电耗降到百公里10度电,希望产业化A0级轿车续驶里程300公里左右,它能跟传统轿车竞争,当然现在我们也提500公里、600公里,但实际上这是跟车型结构相关的。我们A00级一般来说200公里以内是合理的,A0级300公里也就合理了,A级以上400公里,B级以上500公里,这样有一个合理的里程的分布。这中间最重要的是提升电池的性能,首先,电池的比能量要大幅上升,从现在180瓦时/公斤到2020年的300瓦时/公斤,就是体积比能量达到500—600瓦时/升,完全能够满足各类轿车的使用需求。


现在我们在面向300瓦时/公斤比能量电池的研发中,技术路线是完全清晰的,正极材料NCA、NCM,负极材料硅碳,这个是完全明确的,现在正在开发的过程中,尤其改的最多的是负极材料,像国内的贝特瑞这样的企业,他们国际上也是最大的负极材料企业,已经把硅碳材料用在了300瓦时/公斤的电池上。


另外,安全方面,这些年我们在高比能量安全性方面也取得了重大进展,比如电池的安全性,最容易发生事故的还不是一个单体热失控,而是一个单体热失控之后整个系统扩展,那么就造成大事故。在这方面我们国内做的工作在全球也是领先的,比方说这是串联电池的热失控的扩展、测试和建模预测,这是并联热失控的扩展、蔓延,这个都是我们在国际上最早做出来的。而且在此基础上我们进行了大型的机理分析,比如刚才马培华主席谈到的热稳定性的问题,我们用DSC来研究各种材料的热稳定性,通过测试分析找到各种材料的热稳定性的特性,在电池设计阶段就预测它的热失控特性,现在已经能够做到。


同时,对于扩展,我们已经找到防止热扩展的技术,比如左边就是热失控扩展的,就会产生燃烧,但是右边这个根本就不存在热失控扩展。我们也完全可以避免热失控的扩展,从而避免事故,因为真正的事故是在扩展之后。


下一步的重点,我们还有一个目标就是成本,电池的成本,现在是关注最重要的一个问题。如何来降低成本?需要全产业链发力、重点环节突破,首先是原材料,前面马主席讲了,我们现在原材料的成本低的是1.3万/吨,但是我们卖的是15万、17万,他认为合理的价格应该是3万—5万,我想如果能到3万—5万,这个环节基本上就解决了,当然这需要我们共同的努力,今天我们在这里讨论电池的原材料,所以这是非常重要的一个环节,也是目前电池成本增高的一个最重要的环节。第二个,生产制造的良品率和一致性提高的问题。第三个,材料回收和再循环的问题。比方还有钴这些稀有资源基本上都是进口的,必须要回收利用。我们应该说整个电池成本中间材料成本占了一半,所以材料成本的降低还是我们最最重要的一个方面。


什么样的电池成本算是满足了汽车的要求呢?我们可以按照内燃机动力系统等价,就是说内燃机动力系统跟我们新的电池动力系统如果等价来算的话,电池应该是什么价格呢?大概100美元/千瓦时,就可以跟传统内燃机动力完全等价。


我们下一步的趋势是什么呢?全球电池系统每千瓦时平均价格,在2020年大约在1000元人民币、100美元和100欧元之间,就是说我们现在的目标1000元人民币,在全球不算低,实际上是高的,我们理想的价格是100美元,在2020年国外有可能做到100欧元,我们以前的目标是1000人民币,实际我们比他们要高的,这是我们下一步要努力的。


长期看,我们动力系统电动化还需要跟能源低碳化结合,车身轻量化跟制造信息化结合,整车智能化要跟交通网联化结合,这当中最重要的是动力电动化跟能源低碳化的结合,这是我们各类轿车动力油井到车轮能量能耗和碳排放。就是说我们电动车还不能完全说它是高碳还是低碳,关键问题看电动车的电是从哪里来的,电动车要做到低碳必须跟低碳能源相结合,所以是可以做到近零排放,也可以做到最高效率,如果完全从煤电跟内燃机混合动力是基本相当的。


我们必须跟可再生能源结合,电力角度要发展可再生能源,要储能,现在由于没有储能,所以弃风、弃水、弃光是非常严重的,我们2016年有1500亿瓦时是弃风、弃光、弃水。电动汽车的储能功能应该说是解决可再生能源间隙性的根本出路,1500亿度可以供1亿辆电动轿车的用电需求,如果有1亿辆电动轿车用多少电池呢?大概50亿千瓦时的电池,50亿千瓦时的电池如果用功率来算,2倍倍率就是100亿千瓦,100亿千瓦什么概念呢?中国装机容量也就是10几亿千瓦,所以我们习主席说要推动能源生产与消费的革命,我们认为新能源汽车就可以推动能源的变革,美国特斯拉已经在这方面作出了很好的典范,他们跟太阳能SolarCity合作,已经在进行这方面的尝试。我们认为储能最终的出路还是要靠我们的锂离子电池和电动汽车,这是一个根本的出路,虽然有各种各样的储能的手段,从规模、从成本各方面来看,还是主要要靠各种电动汽车和锂离子电池。


为了实现这个目标,我们就要发展V2G技术,就是电动车跟电网双向充电,电网可以给电动车充电,电动车也可以给电网回馈电,也就是说我们电动车在不运行的时候都是挂在电网上的,作为电网的储能装置,这是我们未来的发展目标。所以在这方面,比亚迪公司已经进行了一些探索,应该说取得了很好的成绩,他们的交流快充就具备这个功能。所以我们希望在这方面各位做出更大的贡献,根据中国汽车工程协会《节能与新能源技术路线图》最新的预测,中国2030年新能源汽车的产销量将达到汽车总销量40%,40%大概应该是在1500万辆左右,2025年大概应该在800万辆左右,2020年在200万辆左右,200万辆之后会进入高速的成长期,现在到2020年还不算特别高速,2020年之后应该会进入真正的高速成长期。在2030年全球的平均值大概是30%,我相信中国40%应该是不夸张的,所以这是我们很好的未来前景。


最后我说一下新能源汽车技术路线也有新挑战。我们回顾一下,汽车动力电动化几起几落、多元探索,不同的行业有不同的角度和不同的取向,比如我们特斯拉就是纯电动战略,我们像丰田是发动机优先战略,从燃油车到混合动力车到燃料电池车,中国的战略跟丰田是相反的,丰田是以混合动力为基础平台,来发展燃料电池车,发展插电式混合动力车等等,中国的模式是以纯电动为基础平台,在纯电动的基础上发展插电式混合动力、燃料电池混合动力,最后来突破常规的混合动力技术和全功率燃料电池技术,这就是我们走的一条中国特殊的纯电驱动的战略路径。按照现在来看,我们这条路径应该说全球目前是跟随的,我们中国新能源汽车产业化率先发力,得益于锂离子电池的后来居上技术进步超出预期,2016年是全球纯电驱动技术转型的标志性年份,各个汽车工业的发达国家也进入了这么一个转型期,福特、通用、本田、丰田、大众都在进行转型,2016年应该是最具标志性的,他们也开始跟随我们的路径。


当然他们绝对不会进行简单的跟随,这是他们新的战略,2020年后要全方位与燃油车竞争。怎么竞争?车辆续驶里程到500公里,电池容量到100度电,充电时间10分钟跑500公里,快充功率350千瓦,这个就是一个技术门槛不断提高的过程,尤其是安全性的挑战将会全方位的倍增,这是我们中国新能源汽车面临的新挑战。


我们应对这个挑战中国电动汽车百人会的建议是:


第一,评估大功率直流快充的安全性技术门槛。350千瓦的充电,电动汽车的电压就会提高到1000V,充电电流350安,这会对整车电气安全、电池安全、充电安全、电网安全带来重大技术挑战,所以我们要充分考虑中国国情,制定科学合理的充电技术标准。


第二,制定充电技术与基础设施中长期发展规划。应该说我们现在新能源汽车发展当前最大的短板是在充电,我们现有的充电设施不能满足新能源汽车发展的需求,而新一代的充电技术又在挑战我们的安全风险,所以我们在这方面必须要进行充分的研究。所以今年中国电动汽车百人会在技术角度重点研讨的就是大功率直流快充以及充电基础设施的发展,希望各位一块来加入我们,充分的研讨,给政府的标准制定和政策发布提供良好的参考建议。


谢谢各位!



(责任编辑:王一淅)


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