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三元电池大趋势

文章出处:合一能源人气:-发表时间:2016-11-23 00:00:00【
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在遭遇2016年年初“暂停补贴”的当头一棒之后,三元电池将随着新能源汽车补贴政策的出台迎来爆发性增长。

在2016年1月14日工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中,基于安全性的考虑,采用三元电池的电动客车未能进入目录,从而无法享受政府补贴及免购置税的政策优惠。

电动客车是三元锂电池与磷酸铁锂电池之间争夺的重要阵地。新能源汽车电池为王,作为占新能源汽车成本40%的动力电池,其产品性能、可靠性、续航里程、寿命等决定了新能源汽车的成败。三元锂电池与磷酸铁锂电池各有优劣,前者产品性能、续航里程优势突出,而后者在安全可靠性和长循环性上优势突出。

2015年,电动客车的电池搭载量为9.63GWh(千兆瓦时),占所有新能源汽车的比重达到61%。失去了电动客车阵地的三元电池,在与磷酸铁锂电池之争中暂落下风。

而随着清查骗补、政策堵漏以及准入门槛提高,新能源汽车补贴政策即将出炉。据悉,作为骗补重灾区的新能源客车板块,将首当其冲被削减补贴额度,新能源乘用车、燃料电池车的补贴则相对稳定,对新能源专用车、新能源货车的扶持迹象明显。

政策转向之下,新能源汽车市场结构即将生变——在新能源客车的市场比例下降的同时,新能源乘用车、新能源专用车、新能源货车的比例将乘势提升。由于后三者主要搭载三元电池,预计三元电池的需求将大幅增长。

事实上,三元电池的政策转向在6月份已经发生。6月20日,工信部发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录(第四批)名单,在入选的31家单体企业和1家系统企业中,主营业务为三元电池的企业达21家,占比高达68%,较之前三批目录名单明显增多。

更重要的是,三元电池是解决“里程焦虑”这一困扰新能源汽车发展主要瓶颈的技术发展路线。由于磷酸铁锂电池能量密度低、低温性能较差,导致新能源汽车续航能力差,而续驶里程是消费者的首要参考因素,故厂商需要更高能量密度的电池,这正是三元电池优于磷酸铁锂电池之处。作为汽车行业的颠覆者,特斯拉使用的就是NCA高性能三元材料锂电池,引领了行业发展趋势。

同时,国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中也提及,EKG(单体电池能量密度)至2020年动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg(对应的单体电池能量密度至少达到330Wh/kg以上),这使得越来越多的动力电池企业和整车企业将目光转向三元锂电池。

在技术发展和政策扶持双重风口之下,三元电池面临爆发式增长的窗口,市场渗透率提升空间巨大。从短期而言,三元电池有望翻番,机构预测,2016年三元电池需求量有望从2015年的4.4GWh翻番至9.5GWh;从长期而言,三元电池存在10倍增长空间,2020年三元电池需求量可达55.4GWh(含客车)或50.5GWh(不含客车),对比2015年增长11.6倍或10.5倍。

2016年“两会”期间,工信部部长苗圩强调,新能源汽车有两大瓶颈,其中之一便是产品端,要集中攻克以动力电池为代表的产品性能、可靠性、续航里程、寿命等难题。这几大难题中,三元锂电池与磷酸铁锂电池各有优劣,前者产品性能、续航里程优势突出,而后者在可靠性和长循环性上优势突出。

事实上,“里程焦虑”正是困扰新能源汽车发展的主要瓶颈,充电设施的不完善以及充电速度慢等问题使得人们对于新能源汽车的“里程焦虑”十分突出。

据统计,对家庭第一辆车来讲,续航里程要达到320公里才能满足日常的使用需求。在当前的锂电池性能条件下,达到这个续航里程的电动车的成本会非常高,是难以大规模推广的。

为了兼顾性价比的问题,当前主流的新能源汽车续航里程都在200公里上下,随着推广的逐步深入,不断满足大部分消费者的需求,续航里程的不断提高就成为新能源汽车发展的必然要求。

提高续航里程无外乎加装更多电池和提高单位电池能量密度两种路径,显然提高单位电池的能量密度是更加可持续性的道路,这其中正极材料是决定锂电池能量密度最为主要的因素。

按照正极材料的不同,锂离子电池可分为钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)、三元材料四种电池路线,而三元电池的全称应该是三元材料锂电池,正式名称应为镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)。

从技术发展来看,第一代正极材料为钴酸锂,由于含有钴元素,成本高不适合用做动力电池,因此主要用于消费电子,而且其能量密度开发已接近极限。

包括LMO、NCA和NCM以及LFP等在内的为第二代正极材料,均可作为动力电池正极材料,从发展趋势上看,NCM材料和LFP材料的能量密度较高,前者则更胜一筹。

其中,NCM三元材料中的镍、钴、锰三种材料的比例并不是固定,而是可以进行调节的。NCM三种元素中,镍元素是活性元素,镍元素的占比越高,电池的能量密度越大,而稳定性相对会下降,对电池工艺提出更多的要求。

动力电池的评价需要综合考虑安全、成本、寿命、功率性能、低温性能、倍率性能等多个因素,三元材料的动力电池由于兼具镍、钴、锰(或铝)三种元素的特性,具有比容量高、循环性能好、成本低等优点,在四大正极材料体系中综合性能表现最好。

首先,能量密度高,振实密度高。三元电池能量密度超过200Wh/kg,而磷酸铁锂电池的能量密度仅有130-150Wh/g,三元电池的能量密度相对其他体系有较大优势,而且还有进一步提高的空间。不过,三元材料电池在继承高能量密度优势的同时,也预示着它更容易发生爆炸。

而振实密度高保证了三元电池的体积能量密度上有更好的表现,相对于磷酸铁锂提高了接近1倍,可大幅节约乘用车宝贵的空间。

其次,成本较低。三元电池的成本、售价与磷酸铁锂电池基本相当。

再次,减少了钴的使用量。钴资源的储量较少,未来可能成为锂电池的资源瓶颈,相对于钴酸锂电池,三元电池的钴元素用量减少了很多,高镍三元电池的钴用量更加减少。 

中国国内三元电池市场占有率远低于全球水准,除了技术原因外,政策之手的扰动也是重要因素。

在新能源汽车的发展历程中,各国政府的政策鼓励起到了至关重要的作用,中国自2009年起发布《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》,到2015年共发布76批,对符合标准的新能源汽车给予各种优惠政策及补贴,极大地刺激了新能源汽车的生产与销售。

中国汽车工业协会数据显示, 2015年,中国新能源汽车生产34.05万辆,销售33.11万辆,同比分别增长3.3倍和3.4倍。其中,新能源客车以61%的市场份额占据着下游电动汽车市场主导需求,而新能源乘用车和新能源专用车分别占据着27%、12%的市场份额。

新能源汽车发展得如火如荼,产销数据一次次被刷新,上市公司的股价也屡创新高,给冷若冰霜的下行经济注入了新鲜血液,带来了新的亮点与朝气。同时,国内新能源汽车产业的快速发展,造就了锂电池巨大的市场需求,动力锂电池行业正在成为新的风口。

但新能源汽车产业突飞猛进的背后诸多问题值得深思,例如,在政策不完善的背景下,劣币逐良币,众多次品进入市场引发安全隐患;同时政策漏洞下的“骗补”让人瞠目结舌,如,部分骗补的车“卖出去”后便不见踪影,拿完补贴便闲置起来,甚至拆下电池重新组装后再申请新一轮补贴。

因此,清查“骗补”成为2016年新能源汽车产业政策的主旋律,而由于“骗补”事件的复杂性,在相关部门清查骗补的同时,各地原定于7月出炉的2016年新能源补贴政策纷纷延后。而根据已出台补贴政策的省市来看,虽然各地补贴政策各异,但总体方向是下调补贴比例、限制补贴额度。在对骗补重灾区的新能源客车的补贴上,尤其如此。

在此背景下,2016年1月至10月,中国新能源汽车累计销量约33.7万辆,同比增长82.2%,虽然整体销量呈同比上升趋势,但近几月的单月销量数据同比增幅持续走低,其中8-10月销量同比增幅分别为92.2%、43.8%、8.1%。

在清查“骗补”的同时,安全性也成为政策的另一个重要考量因素,而这直接对三元电池形成冲击。

截至2015年年底,随着中国新能源汽车销量突破30万辆,保有量已经达到50万辆,市场逐渐由导入期进入到成长期,进一步提升动力电池安全、稳定性成为产业共识。

一个未经官方证实,但却被广泛引用的数据称,从2011年至今,国内发生了至少22起新能源汽车火灾事故,而这其中,由于动力电池温度过高而引发起火的占比较大。因此,安全性存在争议的三元电池被推到风口浪尖。

2016年年初,有企业向工信部递交了“关于暂缓在电动商用车上使用三元材料动力锂离子电池建议的函”,认为:三元材料动力锂离子电池与磷酸铁锂动力锂离子电池相比,安全风险较大,而商用车(尤其是商用客车)乘员较多,一旦发生事故可能带来严重后果。因此,建议工信部暂缓在电动商用车上使用三元材料动力锂离子电池。

为此,工信部发布《关于对“暂缓在商用车上使用三元材料动力锂离子电池建议的函”征求企业意见的通知》,征求各方意见,引起市场普遍关注。同时,工信部领导在出席行业会议时表示:“工信部将组织开展对三元锂电池的风险评估,在评估完成之前,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。”

果然,在2016年1月14日工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中,三元系电动商用客车从中消失。

工信部给出的解释是,三元锂电池比磷酸铁锂电池能量高,循环性能好,是未来锂电池一个重要的发展方向,但在这个领域中国起步晚,用于客车的安全性开发和验证还不够,工信部正在考虑进一步提高新能源汽车产品安全技术门槛,组织开展对三元锂电池客车等车型在现行安全标准体系下的风险评估。

由于新能源客车的动力电池用量占到所有新能源汽车61%的比重,失去了这块重要阵地,对于三元电池相关产业链不啻于当头一棒,下游市场随之出现明显下滑,直接影响到三元电池企业的发展。

数据显示,2016年上半年,三元电池出货量占比较2015年进一步下降。上半年,磷酸铁锂电池出货量达4.9GWh,占比74%;三元电池出货量1.53GWh,占比23%。

但政策对于三元电池“暂停补贴”的意图并非一棒子打死,主要还在于约束规范行业和市场,毕竟在能量密度、低温特性、功率特性以及高温储存性等方面都全面优于其他材料的三元材料,是锂电池正极材料一股不可忽视的力量。

很快,三元电池就迎来了政策的春天。6月20日,工信部公示《汽车动力蓄电池行业规范条件》目录(第四批),共32家企业入选,其中主营业务为三元电池的企业达21家,占比高达68%。

《汽车动力蓄电池行业规范条件》是工信部发布的,旨在引导规范汽车动力蓄电池行业健康发展,建立产品生产规范和质量保障体系的电池行业准入规范,此前已经公布了三批目录,共计25家电池单体企业入选。第四批电池目录公布,单体企业覆盖范围已基本覆盖国内动力电池行业主要厂商,电池业务不确定性消除。另外,与前三批目录名单所不同的是,第四批目录中涉及三元电池的企业占比明显增多。

时,三元电池也在后来者居上的新能源乘用车开辟了新的阵地。

据中国电池网统计,受新能源汽车销量高增长拉动,国内动力电池出货量持续提升,2015年出货量15.7GWh,同比增长3.2倍,2016年上半年出货量6.67GWh,同比增长1.5倍。

从下游需求来看,新能源乘用车领域增速较快,2015年占总出货量比例不足30%,2016年上半年出货3.16GWh,占比提升到了47%;新能源客车占比有所下滑,2015年占比超过60%,2016年上半年出货量3.22GWh,占比48%;纯电动专用车受新能源汽车推荐目录进度影响,2016年上半年出货量0.29GWh,占比仅5%。

受此影响,三元电池在不同领域的搭载量较之2015年全年数据也呈现较大变化。2016年上半年,三元电池的产出基本完全覆盖于新能源乘用车车型上,达1.15GWh,在新能源客车和专用车领域只有少量搭载,分别为38.55MWh和74.12MWh。而三元电池在2015年客车领域搭载量达1.19GWh,与专用车、乘用车动力电池搭载量保持小幅差距。

根据业内人士透露,即将公布的修订后的新能源补贴政策很可能不再把三元电池排除在外,而且其补贴标准十分有利于三元电池产业链。

首先,在后续补贴政策内引入“电池系统质量占比”、“Ekg”和“吨百公里能耗”等指标,客观上在引导行业使用高能量密度的电池体系。

此前公布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020)》要求,能量型电池的能量密度与系统成本要求分别从300Wh/kg和1.5元/Wh更新至350Wh/kg和1.0元/Wh。而磷酸铁锂体系的理论能量密度仅为200Wh/kg,完全不可能实现此目标,要实现上述目标只有依靠三元电池。

据悉,按照新的补贴标准,新能源客车补贴标准将发生重大变化,纯电动客车将按能量密度补贴,注重电池高质量。

按照流传出的版本,此次补贴标准按照能量密度进行划分,高于120Wh/kg的给予1.2倍补贴系数,低于110Wh/kg给予0.8倍补贴系数,110-120Wh/kg则是标准补贴系数,对应的为1800元/kWh。

与磷酸铁锂相比,三元锂电池具备高能量密度和高电压的特点,使得电动汽车有良好续航能力和电池轻量化优势,叠加国家技术标准对电池系统质量占比和电耗指标提出严格要求,三元电池在各类车型上占比将持续保持上升趋势。

2015年,三元电池在客车、乘用车和专用车的市场渗透率分别达到11%、44%和59%。随着2016年乘用车市场加速放量以及专用车市场迎来放量元年,兴业证券预计,三元电池在乘用车和专用车市场的渗透率将达到65%和75%。同时,随着三元电池工艺不断提升确保其安全性,客车领域有望迎来放开,预计在客车市场的三元电池渗透率达2%左右。


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责任编辑:合一能源

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