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        動力電池:中國目標是全世界

        日期:2018-04-16 點擊次數:1840

        動力電池:中國目標是全世界

        2018-04-16 石墨盟

        可以說,鋰電池一直以來基本都是中日韓三國之間的競爭,基本沒歐美諸國什么事,更別提其他國家了。


        世界上**個將鋰電池實現商業化生產的公司是日本索尼,1991年商業化生產鋰離子電池用于消費電子產品。當年,日本的隨身聽、收音機等產品風靡整個世界。


        其實,鋰電池的發展歷程跟面板產業發展非常相近。也就是歐美發明這項技術,然后在日本首先開始商業化,實現暴利,然后韓國跟進,變成兩國爭霸,*后中國加入,形成了中日韓三國演義。


        據說,20世紀90年代手機電池可以賣到七八百塊甚至上千塊錢人民幣,一塊電池頂中國人幾個月的工資。


        不過,在2000年以后,隨著中國的比亞迪的崛起,迅速改變了這個局面,到目前我們手機電池大概也就是幾十塊錢一塊了。


        大家說,不管是什么產業,只要中國人進入,都可以把原來的黃金價變成白菜價。面板是這樣,鋰電池也是這樣。這是因為中國有世界上*龐大的市場,*大規模的生產,比較廉價的勞動力,以及難以真正壟斷的市場環境。


        當然,也可以進一步說,只要一個產業連中國都發展起來了,形成了技術、產業優勢,其他國家基本已經沒有什么機會了。只有一個例外,那就是少數幾個廠商具備非常強的技術壁壘,可以走高端路線。比如說,蘋果、三星手機,中低端是完全競爭不過中國廠商的,只能在四千塊以上保持競爭優勢。


        也許*近博世公司宣布放棄自制動力電池單元非常具有代表性。博世指出放棄的原因是:


        市場層面:全球動力電池市場由亞洲5大公司(寧德時代、日本松下、韓國三星、韓國LG、深圳BYD)霸占,并且這幾家已成了氣候,博世若此時投產電池單元,不僅占不到什么便宜,還要冒很大的市場風險。


        技術層面:動力電池新技術層出不窮,更新換代迫在眉睫。目前的以液態電解液為主的鋰電池的能量密度還不能充分滿足電動汽車需求,博世更看好固態電池以及下一代鋰電池技術,但預計到2025年才能走向成熟。


        成本層面:一個電池單元的成本有75%來自于鋰等原材料,加上加工、包裝、運輸等費用后,利潤空間十分有限,價格戰一旦打起來,可以說賺不到幾個錢。


        投資層面:到2030年,全球動力電池產能將達1000GkWh,如果博世的市場占有率要達到20%的話,那么至少要投入200億歐元來購買電池單元的生產、檢測、回收等設備。這筆錢對于任何一家零部件企業都不是小數目。何況一旦技術上出現革命性創新,那么前期投資極有可能打水漂了。


        博世指出,放棄自制新能源車動力電池單體,轉而通過外購電池單體結合博世自有的電池管理系統技術與系統集成能力來為客戶提供完整的電池系統。


        可以說,像博世一樣來自歐美的電池廠商在多方面都難以跟亞洲廠商競爭的。


        三國殺:規模


        2016年,全球十強鋰電池公司,日本有兩家:松下和索尼,韓國有兩家:三星和LG,剩下的全是中國企業。按照國家來分,中國廠商占了全球60%的銷售額,日本占了全球17%,韓國占23%左右。



        在中日韓大戰中,雙方的企業也是此消彼長。2016年松下增長15%,LG增長18%,三星SDI增長11.4%;而來自中國的比亞迪增長28%,寧德時代增長145.6%,沃特瑪增長199.5%;當然,來自中國的主要用于消費類電子的ATL增長也不算太快,僅有13.4%。



        據中商產業研究院數據,2017年全球動力電池企業銷量排行中,前十中國占了7席,寧德時代高居榜首。其他的只有日本的松下電器、LG化學、三星SDI上榜。



        過去一年,松下增長38.39%,LG化學增長77.87%,161.68%,均保持了爆發性的增長。寧德時代增長76.47%,比亞迪幾乎不增長,沃特瑪增長71.88%,國軒高科增長33.33%。


        總的來說,中國廠商似乎增長不如日韓三巨頭。那是因為2017年政府補貼退坡嚴重,導致一二季度增長不及預期。不過,這樣顯示了中國廠家過于依賴補貼的弊端。


        不管怎么,全球銷量榜前十,依然還是中日韓的天下。


        三國殺:技術


        可以說,動力電池是否能夠長足發展,一個關鍵性因素是是否可以提升能力密度。


        根據《中國制造2025》明確了動力電池的發展規劃:2020年,電池能量密度達到300Wh/kg;2025年,電池能量密度達到400Wh/kg;2030年,電池能量密度達到500Wh/kg。目前,我國各電池動力鋰電池能量密度達到什么水平了呢?


        據OFweek鋰電網2017年8月報道:


        比亞迪


        目前,比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh,而接下來比亞迪計劃將能量密度繼續提升到160Wh。除了磷酸鐵鋰電池,比亞迪也在同步開發三元鋰電池,而如果將三元鋰電池的技術結合到磷酸鐵鋰電池上,對原有用石墨作為負極材料的做法進行一些調整,那么在2020年左右,比亞迪計劃將磷酸鐵鋰電池的單體能量密度提升到200Wh。


        另外,在跟進的三元電池方面,比亞迪的三元電池已經具備量產條件,目前能量密度也達到了200Wh/kg。比亞迪三元電池的目標是2018年電池比能量達到240Wh/kg,2020年達到300Wh/kg。


        沃特瑪


        生產的32650圓柱型動力磷酸鐵鋰電池,單體能量密度已經達到145Wh/kg,下一步目標是實現160Wh/kg;三元電池目前能量密度為200Wh/kg,預計到2020年達到300Wh/kg的水平。


        國能電池


        早在2013年,國能磷酸鐵鋰和三元電池單體能量密度就達到了160Wh/kg和200Wh/kg。預計2017年年底,磷酸鐵鋰電池單體能量密度將達到180Wh/kg、PACK達到134Wh/kg,三元電池能量密度將突破240Wh/kg。


        捷威動力


        在能量密度方面,公司目前已經量產的三元軟包電池單體比能量達210Wh/kg。在提高電池安全性的基礎上,預計2020年公司軟包電池單體能量密度可達300Wh/kg,Pack成組后可達220Wh/kg;鈦酸鋰電池單體能量密度達到110Wh/kg以上。


        智慧能源


        公司量產的動力電池單體能量密度可達220Wh/Kg,PACK成組后能量密度達到140Wh/Kg。同時,公司BMS系統可做到5級防護,電池包采用輕量化材料,并進行了結構優化。


        比克電池


        2016年,比克三元材料動力電池行業占比30%以上,位列**。目前比克單體電芯能量密度近220Wh/kg,后續還將進一步提升至300Wh/kg。


        卡耐新能源


        卡耐新能源已經可以批量供應能量密度220Wh/kg電芯,系統比能量大于130Wh/kg電芯,同時工藝和技術層面已經分別實現250Wh/kg、技術300Wh/kg產品儲備。


        另外,根據官方數據,寧德時代現階段方殼電芯的能量密度已經到達了240Wh/kg,技術規劃是在2020年之前將電芯能量密度提升到300Wh/kg。知情人士向**電動網透露,2017年寧德時代大批量供貨的方殼電芯能量密度在190~210Wh/kg之間,2018年很可能提升至了210~230Wh/kg。


        綜上所述,中國廠商目前動力電池單體能量密度200Wh/kg-240Wh/kg之間。(不同的報道,數據會有不小差距。)


        三星SDI


        2017年三星SDI株式會社副社長鄭世雄曾公開表示,三星SDI動力電池能量密度目前為250Wh/kg,并預計在2023年達到350Wh/kg的目標。也許在2017年三星真的已經實現了250Wh/kg方殼電芯的大規模量產,但據測可能用的是NCA三元正極材料。


        松下


        按照2017年特斯拉公布的信息來看,松下量產的NCA 18650圓柱動力電池單體能量密度在250Wh/k左右。而21700單體能量密度則已經到達了300Wh/kg,價格170$/kWh,以6.8的匯率計算,折合人民幣約1.15元/Wh,基本已經實現了國家*初設定的目標——到2020年,動力電芯比能量達到300瓦時/公斤以上,成本降至1.5元/瓦時以下。


        LG


        LG在美國DOE支持的下,進行“EV用高能量電池和模組的開發”,該電池以富錳NCM做正極材料,Si基材料做負極。該項目中通過大面積ALD包覆來提高富錳正極材料的循環壽命,并開發高填料密度電極來提高能量密度,以實現可用能量密度640Wh/L, 循環壽命1000次,電芯成本$100/kWh的技術目標。該項目將于2018年1月結束。這意味著,LG化學可能2018年就能實現中國政府的2020年動力電池發展目標。


        可見,中國廠商跟日韓廠商還存在一定差距,約落后一兩年。中國目前按照《中國制造2025》發展規劃,都把到2020年實現300Wh/kg當做一個奮斗的目標。


        三國殺:日韓三巨頭


        松下:長期積淀,圓柱形電池領導者

         

        松下電器產業株式會社創建于1918年,于1994年開始研發可充電鋰離子電池。1998年松下開始量產筆記本電腦專用的圓柱形鋰離子電池,并建成了業內**的鋰離子電池生產線。


        2008年11月,松下宣布與三洋電機合并,一躍成為全球*大的鋰電池供應商。


        隨著新能源汽車的興起,松下動力電池業務營業收入快速增長,2016年達18億美元,同比增速約為50%,2016年動力電池出貨量約為9.8GWh,同比增速56%。

         

        2008年,松下與特斯拉首次展開合作,18650鈷酸鋰電池被特斯拉首款車型Roadster采納。自此,松下與特斯拉一直保持良好的合作關系,成為特斯拉*主要的動力電池供應商。2014年,松下宣布與特斯拉合資共建超級電池工廠Gigafactory,兩者關系更進一步。


        除了特斯拉,松下與大眾、福特等諸多廠商也存在合作關系,其客戶分布在歐美,集中在美國。

         

        松下動力電池正極使用的是高鎳三元材料,電芯封裝以圓柱形為主。圓柱的優點包括生產工藝成熟,產品良率高,有如18650、21700等統一規格型號,整體成本有優勢。同時,其缺點也比較明顯,圓柱形電池一般采用鋼殼或鋁殼封裝,會比較重,比能量相對較低。


        目前,松下絕大部分動力電池供給特斯拉。ModelS和ModelX使用的是18650圓柱形電池,*新一代18650電池正極采用NCA材料,負極使用硅碳復合材料,單體能量密度可達250Wh/kg。Model3使用的21700圓柱形電池,單體能量密度提高到340Wh/kg,是目前市面上單體能量密度*高的電池。

          

        松下動力電池工廠主要分布在日本、美國、中國。目前,Model3和ModelX的電池均在日本工廠生產。


        2014年6月松下與特斯拉合資建造的超級工廠Gigafactory破土動工。Gigafactory工廠生產的是圓柱形21700電芯,該電芯將會用在特斯拉能源存儲產品和Model3轎車中。2017年1月5日,特斯拉表示,Gigafactory工廠已經開始批量生產鋰離子電池。


        此外,松下在中國大連和蘇州各建立了一個工廠,大連工廠生產方形電池,計劃完全建成后電池產能可供20萬輛電動車使用,目前一期工程已投產。蘇州工廠為松下與蘇州捷新的合資工廠,生產18650圓柱形電池,2017年下半年投產,2017年產能可達1億支。

         

        LG化學:揚長避短,打造軟包龍頭企業

         

        LG化學隸屬于韓國三大集團之—LG集團,自1947年成立以來在半個世紀的時間里,LG化學通過不斷的革新和研究開發活動,成長為領導韓國化學工業的韓國*大的綜合化學公司。


        1998年,LG化學正式開始研發鋰離子電池,憑借自身數十年材料生產研發經驗,LG化學在開發鋰電池的時候有產業鏈協同的優勢,可以將正負極材料,隔離膜等方面都有獨到的技術,**時間導入到它的產品設計中,直接反映到電芯研發環節擁有獨特的技術。


        目前,LG化學可以從Cell、模塊、BMS、Pack開發到技術支持,提供與動力電池相關的全部產品組合。過去幾年,LG化學動力電池業務營業收入逐年增長,2016年動力電池出貨量達到7.3GWh。

         

        2009年,LG化學正式進入動力電池市場,與韓國現代起亞合作,首次將鋰電池產品應用于商用混合動力車。此后,LG化學先后和通用、雷諾、福特、沃爾沃等國際定將廠商展開合作,成為動力電池主流三大供應廠商之一。

         

        在技術上,LG化學正極采用的主要是三元NCM材料,在電池包裝方面,LG化學大部分采用疊片式軟包設計,是海內外公認的軟包龍頭企業。軟包鋰電池所用的關鍵材料——正極材料、負極材料及隔膜——與傳統的鋼殼、鋁殼鋰電池之間的區別不大,*大的不同之處在于軟包裝材料(鋁塑復合膜),這是軟包鋰電池中*關鍵、技術難度*高的材料。

         

        軟包電池的包裝材料和結構使其擁有一系列優勢。

         

        (1)安全性能好,軟包電池在結構上采用鋁塑膜包裝,發生安全問題時,軟包電池一般會鼓氣裂開,不會爆炸。

         

        (2)重量輕,軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%,較鋁殼鋰電池輕20%。

         

        (3)內阻小,軟包電池的內阻較鋰電池小,可以極大的降低電池的自耗電。

         

        (4)循環性能好,軟包電池的循環壽命更長,100次循環衰減比鋁殼少4%~7%。

         

        (5)設計靈活,外形可變任意形狀,可以更薄,可根據客戶的需求定制,開發新的電芯型號。


        軟包電池的不足之處是一致性較差,成本較高,容易發生漏液,技術門檻高。

         

        LG化學在韓國、美國、歐洲和中國均設有動力電池工廠。四個動力電池生產基地分別位于中國南京,韓國吳倉,美國霍蘭德,波蘭弗羅茨瓦夫。


        LG化學南京工廠是其繼韓國梧倉工廠、美國霍蘭德工廠之后的全球第三個汽車動力電池生產基地,也將是LG化學全球*重要的動力電池生產基地。LG化學計劃將汽車動力電池的產能,從2016年滿足全球5萬輛電動汽車,增加到2020年滿足20萬輛電動汽車,即增長到原來4倍。而這個計劃的核心,就是南京新能源汽車電池基地。

         

        三星SDI:后發制人,躋身方形電池龍頭

         

        三星SDI(中國)是指中國三星的顯像管生產部門,由于顯示技術液晶化,目前轉行生產鋰電池包(batterypack),主要應用于筆記本等移動設備。2000年,三星SDI開始進軍動力電池領域。


        2015年5月,三星SDI100%收購MagnaSteyr從事電池業務的子公司MSBS(MagnaSteyrBatterySystemsGmbH&CoOG),從此三星SDI構建立起從電池單元、模塊到電池組完整的電動汽車電池業務體系。


        在全球小型消費鋰電池市場中,三星SDI獨占鰲頭。但在動力電池領域,相比松下和LG化學,三星SDI無論營業收入還是動力電池出貨量都顯得稍遜一籌。

         

        2008年,三星SDI和博世合資成立了動力電池公司SBLimotive。2009年,寶馬推出了純電動汽車Megacity,SBLimotive成為Megacity動力電池供貨商,為三星SDI打開了動力電池市場。


        2014年7月,三星SDI與寶馬簽訂電動汽車電池擴大供貨及共同開發新一代電池材料的諒解備忘錄,進一步鞏固了三星SDI與寶馬在動力電池上的伙伴關系。


        目前,三星SDI已被選為30多個汽車電氣化項目的核心的電池供應商,并且項目數量在不斷增加。首次安裝三星SDI電池的汽車有Fiat500e(純電動汽車),寶馬i3(純電動汽車),寶馬i8(插電式混合動力車)以及許多OEM廠商的其他車型。

         

        與松下、LG化學不同,三星SDI動力電池封裝形式以方形為主,同時積極跟進21700電池的生產,正極材料主要采用三元NCM和NCA材料。


        方形硬殼電池能夠生產大容量單體電池。此外,方形電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料,內部采用卷繞式或疊片式工藝,對電芯的保護作用**于鋁塑膜電池(即軟包電池),電芯安全性相對圓柱型電池也有了較大改善。


        方形電池的不足之處在與型號太多,工藝難以統一。

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