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刘兴江:中国锂电池技术与产业发展20年(二)

新闻报道  News reportage

刘兴江:中国锂电池技术与产业发展20年(二)

来源:
《电源技术》编辑部
发布时间:
2019/01/09
浏览量

接 2019-1-8 刘兴江:中国锂电池技术与产业发展20年(一)

中国锂电池产业发展与现状

中国的锂离子电池产业技术是从跟踪研仿逐步走向自主创新的,产品应用从最初的手机和笔记本电脑逐步走向动力和储能应用。经过20年的发展,中国已经成为锂离子电池的制造大国和消费大国,从最初的数家发展为数百家,拥有最完整的产业链,全球市场占有率已经达到52%。图2为近几年中国锂离子电池产量的统计图,2017年总产量已经达到1 009亿瓦时,销售收入达到1 589亿元。3为中国动力电池20强清单其中,CATL已经发展为全球最大锂离子电池制造商。在电动汽车补贴政策牵引下,动力用锂离子电池迅速发展,电池类型圆柱、方形、聚合物共存,但方形最多达到54%,圆柱占26%,聚合物占20%。材料体系从2016年的70%磷酸铁锂体系发展到2017年的磷酸铁锂和三元体系共存状态(分别占49%45%)。电池的电性能也不断提高,大容量方形磷酸铁锂单体电池比能量已经超过170 Wh/kg,高镍材料21700电池比能量已经达到240~280 Wh/kg。但进入2018年,人们从频发的电动车起火事故中认识到安全的重要性,磷酸盐体系系统比能量和安全性具有一定优势,或将影响动力电池中磷酸盐和高镍体系的布局。

而上游的材料生产也迅速膨胀。其中,三元正极材料排名依次为湖南杉杉、厦门钨业、宁波金和、深圳振华、新乡天力、北京当升等,单月产量已经超过万吨;负极材料排名依次为贝特瑞、杉杉、江西紫宸、凯金等。电解液和隔膜的国产配套率提高较快,已出现产能过剩的趋势。

关于锂原电池,由于它的整体市场规模较小,仅有30余亿元市场,年增长在15%左右。同时,其化学体系如表3所示,变化较少。国内只有亿纬锂能、国营752厂、武汉力兴等公司少数单位研发生产。中国电科十八所率先开发出了比能量最高的锂氟化碳等新体系原电池,比能量达到700 Wh/kg,填补了国内空白。

 

 

未来发展预测

4.1 市场发展

    未来锂电池的市场主要还是三大方面,包括消费电子(拓展为信息及物联网)、储能和新能源汽车(拓展为动力)。如图4所示,市场最大牵引仍然以新能源汽车为主,而且纯电动、混合动力以及48 V起停应用市场并重。同时在物联网节点、机器人等方面的新应用有可能实现爆发式增长。

4.2 技术发展

针对锂电池的技术发展,国家工信部、科技部出台了各自的发展规划,同时《中国制造2025》也确定了锂电池发展的技术路线。图5显示了锂电池技术发展规划,该计划与日、韩、美有异曲同工之处。技术发展趋势是高安全、高比能、高比功率、长寿命、低成本。追求比能量的提高是锂电池技术发展的主旋律,锂离子电池发展史基本可以概括为:金属Li电池锂离子电池金属Li电池。当年由于安全问题从金属Li电池转向了锂离子电池体系,今天我们为追求更高的电池能量密度又开始转向了金属Li体系。未来应用必须关注安全性、快充特性和成本可接受性,同时,电池梯次利用及回收技术发展也迫在眉睫。

    总而言之,技术创新将加快,创新同样是锂电池技术发展的最主要驱动力。以高镍正极和含硅负极的300 Wh/kg锂离子电池体系将在2020年后实现产业化;固态电池技术将取得重大突破;锂硫电池、锂空气电池与阴离子活性锂电池体系将竞争500 Wh/kg级电池体系的宝座。此外、相对廉价的钠、钾、镁、Zn体系电池或将取得突破。此外,从材料到单体再到全系统的安全技术、智能电池技术、复合电源技术将成为技术开发的另一热点。

4.3 产业发展

中国锂电池的产业链将更为完善,包括原材料、材料、器件(单体)、模组及系统、应用等(图6),智能制造及智能工厂将成为主流。虽然锂电池未来市场空间非常大,但截至20184月,我国动力电池产能已达200 GWh,而平均产能利用率不足30%,重复建设的低端产能过剩,行业泡沫较大。随着补贴退坡到期,预计产业将迎来大规模的重组,倒逼产业升级、提高参与国际竞争的能力。产业发展将是规模联盟化、细分专业化、智能无人化。同时,电池绿色回收产业必须布局,形成可持续发展态势。

 

结束语

    过去20年,中国锂电池产业获得爆发式增长,发展成为世界第一制造大国,但如何在今后全面市场化和贸易保护的复杂背景下打造具有全球竞争力的制造强国是行业面临的主要课题。首先是政府引导,真正做好顶层谋划、形成政产学研用合力。其次是加强自主创新,掌握核心技术。最后是完善产业链,把产业命脉掌握在自己手里。从应用端看动力仍将是主流,但储能及物联网应用也将快速发展;未来技术进步将加快,固态电池、燃料电池等技术逐步产业化,但多种体系长期并存。我们坚信通过能力提升,砥砺前行,一定能够取得建设自主创新锂电池强国的伟大胜利。

 

参考文献:略