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車用鋰電池產業(yè)出現的問題及解決措施

鉅大LARGE  |  點擊量:1118次  |  2018年07月25日  

動力鋰電池作為新能源汽車的核心部件,隨著我國新能源汽車產業(yè)的爆發(fā)而迎來了高速發(fā)展期,在現階段我國車用鋰電池產業(yè)取得了良好的成績,但問題也十分突出。本文首先從行業(yè)產量、出貨量、技術水平、政策法規(guī)等方面梳理了國內車用鋰電池產業(yè)發(fā)展的現狀與背景;其次,全面剖析了車用鋰電池產業(yè)在產能、公告管理、技術路線與技術水平、電池安全以及回收等方面存在的各種問題;最后,給出了提升我國車用鋰電池產業(yè)競爭力的相關建議。

在全球經濟相對低迷的形勢下,2015年我國車用鋰電池產業(yè)卻取得了不錯的成績,如出貨量快速增加,產業(yè)投資激增,技術水平明顯提升,政策法規(guī)不斷完善等。但是在市場火熱的背后,還要清晰地認識到我國車用鋰電池產業(yè)的發(fā)展還存在著一些突出問題,與國外相比還存在著一定差距,必須從政策法規(guī)、標準體系、關鍵技術研究等方面不斷培育和提升我國車用鋰電池產業(yè)的競爭力。

我國車用鋰電池產業(yè)發(fā)展現狀

1.鋰電池產量小幅增長,動力型占比快速提升

2015年我國鋰離子電池累計完成產量56.0億自然只,同比增長3%。雖然我國鋰離子電池產量僅實現小幅增長,但鋰電池應用領域卻發(fā)生了根本性變革,動力型鋰電池市場份額首次超過消費型鋰電池,達到52%,較2014年提升了約39個百分點。預計今后動力型鋰電池將繼續(xù)主導鋰電池市場,消費型鋰電池市場還會進一步下滑,另外隨著動力電池梯次利用技術在儲能市場的逐步成熟,儲能型鋰電池市場規(guī)模將會擴大。

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2012-2015年我國鋰離子電池應用領域變化情況

2.動力電池出貨量激增,磷酸鐵鋰依然占主導

2014年以來,隨著新能源汽車產量的快速提升,車用鋰動力電池的需求持續(xù)爆發(fā),據高工鋰電數據顯示,2015年我國動力電池出貨量達到15.7GWh,同比增長3.24倍。從近5年的出貨量趨勢來看,2014年以前動力電池出貨量一直低于1GWh,2014年首次突破了3GWh,市場開始進入爆發(fā)期,這與我國新能源汽車市場的發(fā)展趨勢密切相關。

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2010-2015年我國動力電池出貨量情況

從電池材料類型來看,新能源汽車電池主要以磷酸鐵鋰材料為主,占比69%,其次為三元材料電池占比27%,錳酸鋰、鈦酸鋰、超級電容、鎳氫電池等其他材料電池出貨量僅占比4%。分車型來看,乘用車以三元材料為主,商用車以磷酸鐵鋰為主。

3.技術水平明顯提升,部分指標達到國際水平

應用材料方面,目前國內正極材料磷酸鐵鋰容量達到了160mAh/g,負極材料石墨容量可達到360mAh/g,電解液主要技術指標可達到國際先進水平,室溫電導率≤10ms/cm,水分含量≤110ppm,HF含量≤130ppm。成組技術方面,我國車用鋰電池成組應用技術和儲能電源系統(tǒng)集成關鍵技術研究,也已經取得了重大進展,干燥注液,化成分容,PACK等技術已經達到國際先進水平。產品性能方面,目前產業(yè)化的車用鋰離子電池功率密度已經能夠達到3500W/kg,三元鋰電池能量密度達到180-200Wh/kg,多元復合鋰電池成組壽命達到8000次,能夠滿足車輛整個生命周期使用。規(guī)模化生產方面,我國已經成為全球車用鋰離子動力電池主要生產基地,電池系統(tǒng)價格從2012年的5元/Wh降到目前的2.5元/Wh左右,磷酸鐵鋰產業(yè)成熟度和規(guī)模國際領先,三元、錳酸鋰和鈦酸鋰電池實現大規(guī)模應用。設備和工藝方面,我國鋰電池生產設備自動化程度已有大幅提高,已經開發(fā)出圓柱動力電池自動化生產線,能夠一次性完成匯流盤焊接、包膠、入殼、極耳焊接、合蓋、殼蓋預頂焊、殼蓋密封焊等7大工藝、27道自動化分解步驟,全產線裝卸料和巡視只需配備3人/班次。

4.上游鋰供應高度集中,碳酸鋰價格持續(xù)瘋漲

我國鋰資源豐富,但分布相對集中,重點分布于青海、西藏、四川、江西等省市,國內鋰精礦主要由天齊鋰業(yè)、眾和股份、贛鋒鋰業(yè)等少數企業(yè)提供。受鋰資源供應高度集中、少數企業(yè)主導價格、碳酸鋰需求增加等諸多因素影響,2015年電池級碳酸鋰價格由年初的4.3萬元/噸瘋漲至年底的12.3萬元/噸,上漲近3倍。2016年以來,電池級碳酸鋰價格依舊延續(xù)了去年的上漲態(tài)勢,6月第二周市場電池級碳酸鋰成交主流在15.5-16.5萬元/噸,部分高端成交價格在16.5-17萬元/噸附近,18萬元/噸少量成交。上游鋰資源及碳酸鋰等材料價格的非理性上漲,在一定程度上對鋰電池產業(yè)的發(fā)展會產生一定的不利影響。

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5.政策法規(guī)體系不斷完善,行業(yè)管理得到加強

我國政府高度重視車用鋰電池產業(yè),不斷推動行業(yè)規(guī)范升級。國務院總理李克強在2016年初國務院常務會議上強調:“加快實現動力電池革命性突破。推動大中小企業(yè)、高校、科研院所等組建協同攻關、開放共享的動力電池創(chuàng)新平臺,在關鍵材料、電池系統(tǒng)等共性、基礎技術研發(fā)上集中發(fā)力。中央財政采取以獎代補方式,根據動力電池性能、銷量等指標對企業(yè)給予獎勵。加大對動力電池數字化制造成套裝備的支持”。自2015年以來,我國先后頒發(fā)了數項電池方面的政策文件,旨在加強產業(yè)規(guī)范和引導,促進產業(yè)健康有序發(fā)展,這些政策主要體現在以下方面:

一是加強電池公告管理。2015年3月,工信部發(fā)布《汽車動力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》,通過對動力電池行業(yè)實施公告管理,對企業(yè)產能等指標做出了規(guī)范化要求。2016年4月29日,工信部發(fā)布關于符合《汽車動力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)申報工作的補充通知,明確要求:已列入公告的單體企業(yè),應按照GB/T31484-2015、GB/T31485-2015和GB/T31486-2015三項標準要求,對典型產品進行重新檢測。這意味著我國以前電池檢測推薦性標準已轉換為強制標準,電池管理更加趨于嚴格化、規(guī)范化。

二是重視廢舊電池回收。2016年以來,工信部相繼出臺了《新能源汽車動力蓄電池回收利用技術政策(2015年版)》、《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范條件》和《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范公告管理暫行辦法》3項文件,明確廢舊電池回收責任主體,加強行業(yè)管理與回收監(jiān)管。

三是明確產業(yè)發(fā)展目標。在《中國制造2025》重點領域技術路線圖中,提出了新能源汽車動力電池發(fā)展目標,即到2025年動力電池系統(tǒng)電池單體比能量達到400Wh/kg以上,成本降至0.8元/Wh,系統(tǒng)成本降至1元/Wh。

我國車用鋰電池產業(yè)發(fā)展仍存在著突出問題

1.產能急劇擴張,高端不足低端過剩

動力電池是新能源汽車的核心部件和動力源泉,在新能源汽車產業(yè)鏈上占據著重要的位置,更容易激發(fā)全社會的投資熱情。據不完全統(tǒng)計,2015年動力電池環(huán)節(jié)計劃投資資金近千億元,但更為駭人的是2016年上半年54家企業(yè)發(fā)布了總額1160億元的投資擴產計劃。鋰動力電池投資熱情如此高漲,可能會導致兩方面的后果:其一,產能急劇擴張。根據鋰電大數據統(tǒng)計,2015年底主要動力電池產能超過30GWh,規(guī)劃在建超過70GWh,預計到2018年產能將超過100GWh;其二,高端優(yōu)質產能不足、低端產能過剩,行業(yè)結構性風險上升。從市場集中度來看,2015年我國動力電池出貨量前10家企業(yè)的市場占有率達到75.3%,市場份額集中在少數企業(yè)手中。我國動力電池企業(yè)數量121家,而真正進入整車供應體系的企業(yè)數量不超過20家,市場兩極分化尤為突出。這說明著我國動力電池企業(yè)數量雖多,但規(guī)模普遍較小,低水平重復建設問題嚴重。

2.電池公告管理趨緊,企業(yè)應對不足

2016年4月29日,工信部公布的《汽車動力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)申報工作的補充通知,要求已進入1-3批電池目錄的25家企業(yè)的典型產品,按照新國標重新檢測,并于2016年6月底前提交報告,逾期未提交的撤銷公告資格。此舉雖旨在加強電池的嚴格化和規(guī)范化管理,但電池公告管理的突然轉向和趨緊,卻無疑導致整車和動力電池企業(yè)應對不足,在業(yè)界引起了爭議和不安。電池公告管理政策的突然轉變,會帶來一系列的影響:首先是新能源汽車公告目錄與電池公告目錄直接掛鉤,并要求企業(yè)6月底完成重新檢測,給企業(yè)預留的準備時間不足;其次是對外資電池企業(yè)來說,電池產品無法短時間進入公告目錄,導致國內許多新能源汽車企業(yè)陷入電池困境,短時間更換電池供應商存在困難。

3.電池單體性能不差,成組技術差距明顯

目前,國內開發(fā)的鋰離子電池單體的技術水平與國外基本處于同一水平,但在電池成組技術方面顯著落后于國際先進水平。首先是在電池組系統(tǒng)總體性能,包括能量密度、溫度特性、功率特性、一致性、循環(huán)壽命等方面差距較大;其次,國內的電池組連接、散熱、保護、使用、維護、充電等方面技術水平較低;最后,在動力電池系統(tǒng)數據采集的可靠性、SOE估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面與國外存在明顯差距。

4.技術路線存爭議,部分企業(yè)受挫

我國新能源汽車的推廣,從電池技術路線來看主要以磷酸鐵鋰和三元鋰電池為主,2010至2015年磷酸鐵鋰電池出貨量占比69%,三元鋰電池占比27%。2016年年初,工信部出于對動力電池安全問題的考慮,暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應用推薦車型目錄。雖然只是“暫?!保菍θ姵刂圃旌褪褂闷髽I(yè)造成了潛在的影響,如何平衡續(xù)航和安全兩大問題,成為了業(yè)內關注的焦點性話題。

目前,動力電池安全過于注重材料和單體,對系統(tǒng)的安全研究不夠,缺乏相應的安全評價方法。行業(yè)內對電池技術路線的應用基本達成共識,即在承載人員較多、對安全風險較敏感的客車上暫停使用三元材料電池,專用車、物流車等商用車和乘用車暫不限制使用三元電池。但是,由于安全評價方法并未出臺,三元電池在客車上的應用受到一定的影響。

5.動力電池自動化裝備水平低

制造工藝和生產設備是決定電池性能的重要因素。當前,我國電芯的一致性差,這與國內的鋰電池制造工藝、質量監(jiān)控及設備自動化水平不高有著重要關系。日韓等在上料、合漿、極片和電芯生產、電池化成和篩選、電池組和模塊組裝、物流和在線質量檢測等工藝上均采用了較高的自動化裝備,自動化水平在80%以上。而國內動力電池制造工藝自動化水平相對較低,一線企業(yè)自動化比例約50%,二線企業(yè)僅在20%左右,自動化水平較低是導致我國電芯一致性差的直接原因。

6.安全事故頻發(fā),電池安全亟需重視

伴隨著我國新能源汽車產業(yè)的快速發(fā)展,新能源汽車安全事故時有發(fā)生,安全問題已成為新能源汽車產業(yè)發(fā)展的命脈,關系著整個產業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。據不完全統(tǒng)計,自2010年以來,我國新能源汽車安全事故共49例,其中2015年發(fā)生14例,2016年1-7月已發(fā)生15例,事故頻率明顯提高,尤其是電動客車安全問題十分突出。工信部數據顯示,截止2015年底,事故率達到了0.17‰,高出世界平均水平一倍多。而隨著老舊車輛的增多,安全形勢將更加嚴峻。分析49例事故,充電、電池故障、碰撞、涉水等是引起安全事故的主要誘因,其中因電池故障導致的事故超過總量的50%。

7.回收利用存技術障礙,政策落實執(zhí)行難度大

2016年工信部發(fā)布了《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策》,明確了汽車廠商將成為電動汽車廢舊動力蓄電池回收利用的主體,但需要平衡整車企業(yè)、電池企業(yè)及消費者之間的利益,回收執(zhí)行難度比較大,具體表現在以下兩方面。

一是電池非標準化導致拆解不便和安全隱患。不同車型所用電池模組的內外部結構設計、模組連接方式、工藝技術存在差異,在電池拆解時,需要柔性化配置,在完全實現自動化之前,需要人工參與,電池短路、漏液等可能導致起火或者爆炸,對人身和財產有潛在安全隱患。

二是回收體系不成熟,回收經濟性欠佳。目前,動力電池回收產業(yè)還未形成規(guī)模效應,國內還未建立成熟的回收體系,一些企業(yè)雖然涉及了動力電池回收業(yè)務,但是由于投入超出電池價值,且回收點較少,缺乏一定的盈利點。

提升我國車用鋰電池產業(yè)競爭力的建議

1.防范低水平重復建設,培育競爭力強的龍頭企業(yè)

在新能源汽車市場火爆的帶動下,動力電池產業(yè)的投資規(guī)模之大、產能擴張之快、投資熱情之高可謂前所未有,但由于國內動力電池企業(yè)水平參差不齊,需防范低水平重復建設,首先要嚴格執(zhí)行動力電池企業(yè)的準入條件;其次,加強新建動力電池項目的審批,對于不符合條件的堅決不予通過。

做大做強我國動力電池產業(yè),需要培育有競爭力的龍頭企業(yè)。一方面,加大對創(chuàng)新型動力電池企業(yè)的支持力度,研發(fā)資金和資源向重點企業(yè)傾斜;另一面,引導重點企業(yè)通過兼并、重組、收購、控股等方式做大,逐漸形成有國際競爭力的龍頭企業(yè)。

2.政策制定應有預期,產業(yè)調整應有緩沖期

政府出臺政策的目的是為了更好地規(guī)范和服務產業(yè)發(fā)展,因此政策應當具有一定的穩(wěn)定性和連續(xù)性,以給產業(yè)一個穩(wěn)定的預期和調整的余地。建議有關產業(yè)調整的政策出臺之前要對政策的影響進行深度評估,預先征求包括企業(yè)在內的多方意見,杜絕倉促出臺的發(fā)生;調整需要給予企業(yè)足夠的緩沖期,以電池公告為例,更換符合公告要求的動力電池,整車廠需要大量的整車開發(fā)和調試驗證工作,否則倉促地更換電池可能會降低汽車的安全性,因此必須給整車廠留出有足夠的時間更換動力電池。

3.加大研發(fā)投入,加快關鍵技術攻關

中央財政盡快采取以獎代補的支持方式,根據動力電池性能、銷量等指標對企業(yè)給予獎勵,并積極引導資金用于研發(fā)投入。繼續(xù)開展重大科技專項,從國家層面加大對動力電池方面的資金投入,重點支持共性、關鍵技術研究與攻關。

加強上游電池材料、中游電芯和電池組制造以及下游新能源汽車企業(yè)的聯動,發(fā)揮龍頭企業(yè)市場主體作用,鼓勵骨干企業(yè)開展電池系統(tǒng)、單體電池、關鍵材料等關鍵技術攻關,加強電池環(huán)境耐用性、電池內部極化分布、性能衰減機制等共性技術研究,力爭掌握動力電池核心技術,提升我國動力電池產業(yè)的核心競爭力。

4.注重電池安全研究,完善安全標準體系

重視電池安全技術的創(chuàng)新。加大力度研發(fā)高安全、高性能電池。系統(tǒng)深入地研究電池單體安全、電池系統(tǒng)安全、整車防護安全、充電安全和消防安全等問題。

完善電池系統(tǒng)安全檢測和認證體系。增加電池單體熱失控和接插件、電纜等高壓電氣部件測試、電氣系統(tǒng)失效檢測和消防安全措施,重視系統(tǒng)級別測試和認證。以現行標準體系為基礎,以提升安全性為目標,進行試驗驗證,提出列入強制檢測的項目,進一步完善標準。建立不同類型電池多樣化的檢測評估體系,對電池熱失控、電池包、電池系統(tǒng)及碰撞等電池安全相關檢測方法進行研究和驗證。

5.著力提升鋰電池裝備技術創(chuàng)新水平

減少關鍵裝備進口,加速自主創(chuàng)新。鋰電裝備企業(yè)應加大研發(fā)資金投入,推進電池成套自動化生產設備研制,努力提升自動化解決方案的能力和整線設備供貨能力。鋰電裝備自動化水平的提高,需要鋰電供應商、鋰電池企業(yè)、新能源車企之間開展深度合作,共同參與設計、開發(fā)。

加大回收再利用設備及工藝等關鍵技術的研發(fā)力度。對干、濕法冶金及生物冶金技術等進行攻關,增加有價值金屬的回收效率并減少成本。對廢舊電池檢測方法、評估設備進行創(chuàng)新,提升電池可靠度及壽命預測的準確度。

加快完善鋰電池裝備行業(yè)標準以及制造、回收和再利用技術體系。

6.改進行業(yè)管理方式,加強事中事后監(jiān)管

動力電池的安全關系使用者的生命和財產安全,因此不能僅僅采用企業(yè)和產品準入來規(guī)范產業(yè)發(fā)展,還應當加強對企業(yè)和產品的事中和事后監(jiān)管,及時發(fā)現其中存在的問題,如標準執(zhí)行不到位、關鍵指標不達標等,建立企業(yè)產品質量檔案,嚴肅處理電池安全事故,對企業(yè)進行包括行政和經濟處罰在內的必要手段,直至取消其生產資質,調查過程透明,保證整個行業(yè)的健康發(fā)展。

7.重視電池回收,完善政策法規(guī)體系建設

重視動力電池的回收,加快可追溯性體系建設。進一步落實《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策(2015年版)》中要求的動力電池編碼制度及可追溯體系,盡快制定動力電池編碼強制標準,將可追溯系統(tǒng)與新能源汽車產品公告管理掛鉤。盡快開展電池內外部結構設計、模組連接方式、集成安裝等方面的標準化工作,保證電池回收的便利性、安全性和一致性。

制定和實施動力電池回收激勵政策。建立明確的賞罰機制,可以對電池回收企業(yè)按照電池套數、容量等方式進行補貼,對未履行責任的企業(yè)進行必要的懲罰;對消費者可以采用押金和獎勵并行的方法,引導消費者主動上交廢舊電池,退回押金并增加額外獎勵。

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