新能源汽车电池现状与前景

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1、,新能源汽车电池的现状与前景Status and Trends in the xEVs Batteries胡 信 国哈 尔 滨 工 业 大 学 天 赐 高 新 材 料 股 份 公 司 2009.11.14,新能源汽车技术,各种不同的混合电动车,混合电动车、电动车与内燃引擎车的能源效率,各种不同的混合电动车,对功率和能量的要求,各国重点发展的混合电动车,Plug-in Hybrid（PHEV）,插电式混合电动车系统（PHEV）,全球混合电动车的销售状况,2000-2008年全球混合电动车的销售量（辆）,全球混合电动车的销售状况,2008年HEV制造商 的市场份额,混合电动车的市场 （200420

2、10年）,HEV市场：全球每年销售数量,2010年混合电动车的市场份额达到3,2010年全球销售汽车6500万辆，其中HEV超过200万辆占32020年混合动力汽车占全球汽车市场份额的30,全球混合电动车的产量预测,2002-2020年世界各种混合电动车的产量预测,全球混合电动车的市场预测,20102050年全球HEV/PHEV的新车市场份额预测,全球可充电池市场,19942008年 全球可充电池销售额 （百万美元）SOURCE ：THERECHARGEABLEBATTERYMARKET2008 2020 AVICENNE, JUNE2009,全球可充电池市场,2008年 全球可充电池销售份额

3、 （按应用领域分类）,EV/HEV/PHEV电池的分类,xEV市场带动了美国电池市场,Ni-MH电池 2008年占标准HEV市场 100% 2015年占70 2020年降至30Li-ion电池 PHEV/EV应用的需求 2015年在HEV应用30 2020年在HEV应用70,混合电动车电池组的市场 （20002010年）,混合电动车的进程,局部技术展示和商业化进程,混合电动车电池的商业化进程美国能源部发展路径：HEV-PHEVEV,Ni-MH电池- 当前HEV首选（辅助动力性能要求）,7.2 V6.5 Ah X 20 144 V,用Ni-MH电池的本田HEV“Insight“,松下提供 Ni-

4、MH 电池累计超过 2000 万只,Ni-MH 电池 7.2 V 6.5 Ah(1 kg) X 28 201 V 39 kg 20 kw 12V 铅酸电池1只,世界最高水平的输入 输出密度540W/kg 重量轻 寿命长 201V 6.5Ah(C/3),用 Ni-MH 电池的丰田 HEV“Prius“,Toyota THS Hybrid 并联式油电混合动力系统,用Ni-MH电池的丰田混合动力CAMRY,采用丰田THS全混合动力系统（混联式混合动力系统）,车载Ni-MH电池,PHEV插电式混合电动车市场化的问题,PHEV插电式混合电动车 提供60km电驱动要求比现在的Prius 高12倍的电池容量

5、电池创新要求提高电池容量降低电池价格延长电池寿命解决方案锂离子电池取代Ni-MH电池JaycieChitwood Senior Strategic Planner Advanced TechnologiesDepartment Toyota Motor Sales, USA MIT能源大会,奥巴马：美国汽车产业的技术方向是插电式电动车,混合电动车电池是一个复杂系统,电池组包括：模块、动力电子部件、控制系统,电池在EVs /HEVs/PHEVs 中的应用状态,EV/HEV中应用的动力电池比较,EV/HEV中应用的动力电池比较,EV/HEV中应用的动力电池比较,20kWh电动汽车动力电池性能比较,

6、动力铅酸蓄电池技术的最新进展,双极陶瓷隔膜VRLA电池-Effpower Battery(Volvo与Optima合作研发）,铅酸蓄电池技术的最新进展,双极陶瓷隔膜VRLA电池-Effpower Battery(Volvo与Optima合作研发）,铅酸蓄电池技术的最新进展,美国NASA技术开发的泡沫石墨铅酸蓄电池,抛弃铅板栅，保留活性物质，用泡沫石墨代替铅（70Pb）,铅酸蓄电池技术的最新进展,美国Axion动力国际公司开发了电池/超级电容器混合的Pb-C电池技术,铅酸蓄电池技术的最新进展,美国Axion动力国际公司开发了电池/超级电容器混合的Pb-C电池技术,主要优点：1、循环寿命长2、快速

7、充电倍率3、负极没有硫酸盐化问题4、较轻的重量5、较高的动力容量,铅酸蓄电池技术的最新进展,超级电池一种铅酸电池和超级电容器的混合储能装置,HEV用12V8.5Ah超级电池 比现在用电池便宜70,铅酸蓄电池技术的最新进展,HONDA 组装的超级电池组,铅酸蓄电池技术的最新进展,超级电池安装在HONDA Isight 混合电动车替代Ni-MH电池,铅酸蓄电池技术的最新进展,高碳VRLA电池,现在的锂离子电池和 HEVs 的目标比较,现在的锂离子电池与EVs目标的比较,锂离子电池是下一代混合电动车电池技术,锂离子电池是下一代混合电动车电池技术,Ni-MH电池的缺陷：能量密度、 功率密度不足，高温稳

8、定性差,Li-ion电池将进入HEV市场 但必须解决价格和安全性,锂离子电池是下一代混合电动车电池技术,现在的新能源汽车锂离子电池的研发水平,锂离子电池是新能汽车的今后解决方案：必须解决安全和价格问题 有多种技术途径,锂离子电池的安全和价格是关键因素,2008年世界锂离子电池材料市场的分布（降低价格从材料开始）,目前HEV/ PHEV/ EV用的电池,高电压： 180V400V 功 率： 至少30KW 能 量： HEV乘用车 13KWhEV乘用车 1550KWh8090能量转换为里程而燃油车1530能量转换为里程PHEV乘用车 520KWh 1升汽油/柴油相当于8.9/10KWh 电池组：几百

9、几千个单体电池（Cells）,目前HEV /PHEV/ EV用的电池,Ni-MH电池,目前HEV/ PHEV/ EV用的电池,LiMn2O4/钛酸锂电池 10000次循环寿命 可快速充电 能量比磷酸铁锂电池低30,动力锂电池的形状,HEV用锂离子电池和先进铅酸电池的价格比较,车用锂离子电池和NiMH的价格趋势,锂电池价格下降比Ni-MH电池快,PHEV用的锂离子电池电池,锂离子电池的功率密度比较：叠片型是圆柱型的2倍,2010年混合电动车电池的平均价格（美元/Wh）,2010年一辆1800Wh的HEV: Ni-MH电池价格为420美元Li-ion电池价格为1260美元,车用电池组供应商的价格突

10、破瓶颈,现在的动力锂离子电池技术,美国PHEV锂离子电池的现状与目标,EV/HEV Ni-MH电池和锂离子电池市场预测,全球HEV用Ni-MH电池和 锂离子电池20022015年市场预测（百万美元）,EV/HEV Ni-MH电池和锂离子电池市场预测,日本富士经济研究所最新报告：全球HEV/EV车用锂离子电池销售2008年104亿日园（1.14亿美元）2009年250亿日园（2.75亿美元）2014年比2008年增长215倍达到2.25万亿日园罗兰贝格 全球新能源汽车前景最新报告2020年PHEV/EV 西欧销量排第一 300万辆中国销量排第二 158万辆 中国电力驱动总成零部件市场总价100亿

11、欧元，其中电池占份额最大,动力锂离子电池的先进材料,高安全性正极材料LiFePO4 LiVPO4 LiFe(Mg,Nb)PO4LiMn2O4（尖晶石） LiMnO2（层状）LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCA)三元材料高安全性负极材料纳米Li4Ti5O12纳米Si-C复合材料高安全性电解液离子液体基电解液聚合物电解质膜,高功率/快充的钛酸锂电池,xEV电池必须达到的五项要求,能量、功率、安全、价格、寿命提高电池安全性的措施 1、采用新电极材料，特别是取代石墨阳极） 2、扩大电池的安全操作窗口（有效地限制能量密度） 3、降低电池放电倍率（有效地限制功率密度） 4、增加安全保护电路和控

12、制系统,技术评价：新电池材料承诺提高性能,技术评价：LiFePO4 / Graphite 可以降低电池价格,技术评价：LiMn2O4 / Graphite可以降低电池价格,技术评价：Titanate （LiMn2O4 / Li4Ti5O12 ） 可以提高电池寿命和安全性,技术评价：NCA (Li(Ni0.85Co0.1Al0.05)O2 / Graphite) 可以提高电池能量密度,正极材料热稳定性的评价,中国新能源汽车发展前景,发展新能源 实现低碳经济是一场影响生产模式、生活方式和国家利益的全球性革命。决定中国汽车业在全球市场竞争中的地位和作用。 2008年 2020年中国汽车年新车消费量

13、1200万辆 4000万辆中国汽车保有量 6000万辆 1.5亿辆中国汽油消耗量 5100万吨 40年原油耗尽中国碳排放量 4.5亿吨 10亿吨,中国新能源汽车电池工业发展前景,中国汽车产业振兴规划：实施新能源汽车战略主要任务：推动纯电动汽车（EV）、充电式混合电动汽车（PHEV）和关键零部件产业化。形成10亿AH车用高性能电池的生产能力。,中国新能源汽车电池工业发展前景,中国新能源汽车战略目标与市场“十二五”中国新能源汽车发展规划：2012年中国混合动力汽车保有量将达到50万辆中国纯电动汽车保有量达到10万辆2020年中国混合动力汽车保有量达到1800万辆中国纯电动汽车保有量达到400万辆,

14、中国新能源汽车电池工业发展前景,中国新能源汽车战略目标与市场2012年中国汽车产量1000万辆，新能源汽车年产量达到100万辆 每辆混合动力汽车电池成本约6万元，正极材料磷酸铁锂 52Kg负极材料 41Kg电解液 40Kg 100万辆混合动力汽车对电池的需求：正极材料磷酸铁锂 5.2万吨负极材料 4.1万吨电解液 4.0万吨 新能源汽车动力锂离子电池的总产值约600亿,锂离子电池驱动 的新能源汽车,奔驰S400 Hybrid,S400 Hybrid采用串联式的设计右上方是锂电池,计,锂离子电池驱动 的新能源汽车,雪弗兰Volt 混合动力量产版,车载16kWh锂离子电池组所储备的电力来驱动,锂离

15、子电池驱动 的新能源汽车,BMW生产MINI E 插电式电动汽车（PEV）,车载35kW/h锂离子电池组，产自台湾，采用5088块电池，每53块并联为一个单元， 每两个单元串联成一个模块，共48个模块构成最终的电池组,续航里程100-200km.,锂离子电池驱动的新能源汽车,BMW-Mini E插电式纯电动车2009年500辆供洛杉矶 放置于车尾的锂电池的体积相当于60升的传统油箱,额定容量35KW/h. 整车质量为1465千克，极速152 km/h，续航里程达到200公里， 一次充电大约2.5小时。售价5.9万美元,锂离子电池驱动的新能源汽车,戴姆勒公司锂离子电池smart fortwo EV电动车全球销售12.5万辆 今年登陆中国，售价4.99万美元,