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正极材料成瓶颈 动力锂电发展“动力不足”

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时间:1900/1/1 0:00:00

美国电动汽车制造商特斯拉发布第一季度财报称,该公司在过去10年中首次实现季度盈利。然而,就整体低迷的电动汽车行业而言,特斯拉只是近年来罕见的一道亮丽风景线,动力锂电池仍然是发展电动汽车的最大问题。那么,从动力锂电池被提出实践到工业化,已经有20多年的时间了。为什么还是“电量不足”?根本原因在哪里?深入分析这些问题,对于促进我国动力锂电池产业和电动汽车产业的快速健康发展具有重要意义。

动力锂电池是制约电动汽车发展的核心因素。

电动汽车的续航里程已从不足100公里增加到目前主流的300公里。

尽管世界各国都非常重视电动汽车产业,并通过税收优惠、汽车补贴、贷款支持等政策大力支持产业发展。然而,消费者市场对此漠不关心。到目前为止,没有一个国家的电动汽车数量能够达到预期目标。以美国为例。2012年,电动汽车的销量约为5.3万辆,与2011年的17.5万辆相比增长迅速。然而,与美国汽车市场1449万辆的总销量相比,电动汽车的比例不到0.5%。2013年电动汽车的数量将超过10万辆,但距离2015年100万辆的目标仍有很大差距。消费市场的疲软直接导致了电动汽车行业的发展缓慢。影响电动汽车销量的三个重要因素都与动力锂电池作为动力源有关。

(A) 续航里程短限制了电动汽车的推广范围。

随着技术的不断成熟,动力锂电池的性能不断提高。以动力锂电池为动力的电动汽车续航里程已从一开始的不足100公里增加到目前主流的300公里左右,个别车型的续航里程已超过400公里。不过,与目前燃油车500公里的主流里程相比,仍有一定差距。此外,电动汽车续航里程的增加,除了技术进步之外,也是一个不可忽视的因素,即动力锂电池数量的增加。在延长续航里程的同时,也增加了大量成本:首先,电动汽车的重量大幅增加;第二,电动汽车的成本增加了;

第三,电动汽车的安全性降低。

(2) 充电速度慢限制了电动汽车的便捷使用。

续航里程短可以通过大规模、密集的充电设施来解决,但动力锂电池充电缓慢是电动汽车发展的更大制约因素。在正常速度下,电动汽车的动力锂电池需要4~8个小时才能充满电。如果加速,可以在1~2小时内充满电,但会影响动力锂电池的性能和寿命。实验证明,如果一直使用快速充电,动力锂电池的寿命将降低到原来的1/3,电池性能将显著降低,发生安全事故的概率将大大增加。燃油车不存在这些问题,加油时间不到5分钟,安全性和稳定性可以得到保证。

(C) 频繁发生的安全事故极大地影响了消费者的购买热情。

自锂离子电池诞生以来,安全问题一直困扰着消费者。从手机、材料,低于180Wh/kg。其次,阴极材料的价格相对较高。在锂离子电池的成本构成中,正极材料的比例高达30%~40%,这也使得动力锂电池的价格居高不下。第三,正极材料本身的特性决定了锂离子电池的充电时间不能太快,否则正极材料的结构很容易发生变化,从而导致电池性能急剧下降。

(B) 电池管理技术需要进一步改进。

单个锂离子电池的容量不大,无法满足电力需求。许多单个锂离子电池通常分为串联和并联,这涉及到电池管理技术。经过多年的发展,对于只有几块或几十块单体锂离子电池的群体来说,电池管理技术已经更加成熟。然而,用于电动汽车的动力锂电池的数量通常超过1000个。例如,特斯拉汽车的动力锂电池数量超过6000个。如此庞大的数量给电池管理技术带来了巨大挑战,也给动力电池组的安全乃至电动汽车的安全带来了隐患。

(3) 产品安全存在结构性缺陷。

就主流的锂离子电池而言,其结构主要包括正极材料、负极材料、隔膜和电解质。电解质的主要成分是有机溶剂和电解质(锂盐),其中目前广泛使用的有机溶剂是碳酸盐系列(包括环状碳酸酯如EC、PC和链碳酸酯如DMC和MC),它们是易燃的。当锂离子电池受到严重冲击或电池温度过高时,电解液容易燃烧,很可能导致电池起火,引发更严重的安全事故。

此外,在锂离子电池生产过程中,尽管自动化程度较高,但仍有许多手工加工环节,这在中国锂离子电池的生产企业中更为明显。这些人为环节虽然不会给单体锂离子电池带来安全隐患,但会在一定程度上造成单体锂电池的不一致,给电池管理带来不确定性,增加电池管理难度,成为动力锂电池的安全隐患。美国电动汽车制造商特斯拉发布第一季度财报称,该公司在过去10年中首次实现季度盈利。然而,就整体低迷的电动汽车行业而言,特斯拉只是近年来罕见的一道亮丽风景线,动力锂电池仍然是发展电动汽车的最大问题。那么,从动力锂电池被提出实践到工业化,已经有20多年的时间了。为什么还是“电量不足”?根本原因在哪里?深入分析这些问题,对于促进我国动力锂电池产业和电动汽车产业的快速健康发展具有重要意义。

动力锂电池是制约电动汽车发展的核心因素。

电动汽车的续航里程已从不足100公里增加到目前主流的300公里。

尽管世界各国都非常重视电动汽车产业,并通过税收优惠、汽车补贴、贷款支持等政策大力支持产业发展。然而,消费者市场对此漠不关心。到目前为止,没有一个国家的电动汽车数量能够达到预期目标。以美国为例。2012年,电动汽车的销量约为5.3万辆,与2011年的17.5万辆相比增长迅速。然而,与美国汽车市场1449万辆的总销量相比,电动汽车的比例不到0.5%。2013年电动汽车的数量将超过10万辆,但距离2015年100万辆的目标仍有很大差距。消费市场的疲软直接导致了电动汽车行业的发展缓慢。影响电动汽车销量的三个重要因素都与动力锂电池作为动力源有关。

(A) 续航里程短限制了电动汽车的推广范围。

随着技术的不断成熟,动力锂电池的性能不断提高。电动汽车的续航里程b……

动力锂电池已经从一开始的不足100公里增加到目前主流的300公里左右,个别车型的续航里程已经超过400公里。不过,与目前燃油车500公里的主流里程相比,仍有一定差距。此外,电动汽车续航里程的增加,除了技术进步之外,也是一个不可忽视的因素,即动力锂电池数量的增加。在延长续航里程的同时,也增加了大量成本:首先,电动汽车的重量大幅增加;第二,电动汽车的成本增加了;

第三,电动汽车的安全性降低。

(2) 充电速度慢限制了电动汽车的便捷使用。

续航里程短可以通过大规模、密集的充电设施来解决,但动力锂电池充电缓慢是电动汽车发展的更大制约因素。在正常速度下,电动汽车的动力锂电池需要4~8个小时才能充满电。如果加速,可以在1~2小时内充满电,但会影响动力锂电池的性能和寿命。实验证明,如果一直使用快速充电,动力锂电池的寿命将降低到原来的1/3,电池性能将显著降低,发生安全事故的概率将大大增加。燃油车不存在这些问题,加油时间不到5分钟,安全性和稳定性可以得到保证。

(C) 频繁发生的安全事故极大地影响了消费者的购买热情。

自锂离子电池诞生以来,安全问题一直困扰着消费者。从手机、材料,低于180Wh/kg。其次,阴极材料的价格相对较高。在锂离子电池的成本构成中,正极材料的比例高达30%~40%,这也使得动力锂电池的价格居高不下。第三,正极材料本身的特性决定了锂离子电池的充电时间不能太快,否则正极材料的结构很容易发生变化,从而导致电池性能急剧下降。

(B) 电池管理技术需要进一步改进。

单个锂离子电池的容量不大,无法满足电力需求。许多单个锂离子电池通常分为串联和并联,这涉及到电池管理技术。经过多年的发展,对于只有几块或几十块单体锂离子电池的群体来说,电池管理技术已经更加成熟。然而,用于电动汽车的动力锂电池的数量通常超过1000个。例如,特斯拉汽车的动力锂电池数量超过6000个。如此庞大的数量给电池管理技术带来了巨大挑战,也给动力电池组的安全乃至电动汽车的安全带来了隐患。

(3) 产品安全存在结构性缺陷。

就主流的锂离子电池而言,其结构主要包括正极材料、负极材料、隔膜和电解质。电解质的主要成分是有机溶剂和电解质(锂盐),其中目前广泛使用的有机溶剂是碳酸盐系列(包括环状碳酸酯如EC、PC和链碳酸酯如DMC和MC),它们是易燃的。当锂离子电池受到严重冲击或电池温度过高时,电解液容易燃烧,很可能导致电池起火,引发更严重的安全事故。

此外,在锂离子电池生产过程中,尽管自动化程度较高,但仍有许多手工加工环节,这在中国锂离子电池的生产企业中更为明显。这些人为环节虽然不会给单体锂离子电池带来安全隐患,但会在一定程度上造成单体锂电池的不一致,给电池管理带来不确定性,增加电池管理难度,成为动力锂电池的安全隐患。

标签:特斯拉比亚迪日产众泰

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