新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的主要部分是新能源整車生產(chǎn)、動力電池和動力電池材料,其中,我們最看好磷酸鐵鋰動力電池正極材料的投資機(jī)會,我們不看好作為過渡產(chǎn)品的輕度混合動力汽車的鎳氫電池。
發(fā)展的關(guān)鍵是動力電池
混合動力汽車和電動汽車的組成大致包括電池、驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)和車體五個部分。
電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是混合動力汽車和電動汽車的核心,是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由電源、驅(qū)動電動機(jī)和電動機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件是動力電池。
動力電池的性能、成本和安全性,將很大程度上決定混合動力汽車和純電動汽車的發(fā)展進(jìn)程,而性能、成本和安全性也決定了動力電池各種技術(shù)路線的前景。
不僅如此,動力電池的技術(shù)突破有可能帶動整個新能源產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,風(fēng)電、核電、太陽能、電網(wǎng)調(diào)峰、新能源汽車都離不開動力電池,動力電池將成為各種新能源的儲能工具,將取代燃油成為移動能源的主要供應(yīng)設(shè)備。
混合動力汽車和電動汽車的動力電池主要包括鉛酸電池、鎳金屬電池、鋰離子電池、高溫鈉電池、金屬空氣電池、超級電容、飛輪電池以及更具遠(yuǎn)景的燃料電池和太陽能電池。當(dāng)前應(yīng)用的主流技術(shù)是鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池。
動力電池的經(jīng)濟(jì)效益取決于壽命,電池循環(huán)壽命如達(dá)不到1000次以上,電動汽車的優(yōu)勢將無法體現(xiàn)。循環(huán)壽命是指電池組,不是單節(jié)電池,因此,電池的一致性,電源管理系統(tǒng)的使用非常重要。成本下降的另一關(guān)鍵因素在電極材料。
鋰離子動力電池性能更優(yōu)
電動汽車對動力電池的基本要求可以歸納為以下幾點(diǎn):(1)高能量密度;(2)高功率密度;(3)較長的循環(huán)壽命;(4)較好的充放電性能;(5)電池一致性好;(6)價格較低;(7)使用維護(hù)方便。
目前鎳氫電池技術(shù)最成熟,購置和使用成本較低,不改變?nèi)藗兊鸟{駛習(xí)慣,是目前HEV市場的主流產(chǎn)品。鎳氫電池的正負(fù)極分別為鎳氫氧化物和儲氫合金材料,不存在重金屬污染問題,且其在工作過程中不會出現(xiàn)電解液增減現(xiàn)象,電池可以實(shí)現(xiàn)密封設(shè)計。
但是,鎳氫電池具有難以克服的缺點(diǎn),記憶效應(yīng)給鎳氫電池的使用帶來不便。記憶效應(yīng)是指在電池充放電過程中,會在電池極板上產(chǎn)生許多小氣泡,時間一久,這些氣泡會減少電池極板的面積,也間接影響電池的容量。鎳氫電池的記憶效應(yīng)和充電發(fā)熱等方面的問題直接影響到該電池的使用。除此以外,鎳氫電池自放電率高、比能量較小,只能用在HEV上,這些缺點(diǎn)的存在使鎳氫電池只能是過渡產(chǎn)品。
鎳氫電池由于技術(shù)成熟度和成本上的優(yōu)勢,在短期內(nèi)仍將是混合動力汽車的首選。
鋰離子電池是90年代發(fā)展起來的高容量可充電電池,能夠比鎳氫電池存儲更多的能量,比能量大,循環(huán)壽命長,自放電率小,無記憶效應(yīng)和環(huán)境污染。鋰離子電池的正極材料是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等,負(fù)極是碳素材料。根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同,鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類,動力鋰電池主要包括鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池等,因?yàn)樵牧镶?、鎳價格高和污染較重,性能活潑易爆炸,目前電池業(yè)界的投入集中在成本低廉的錳酸鋰動力電池與磷酸鐵鋰動力電池上。
由于汽車用鋰離子電池體積大,其散熱性變差,安全性大幅下降,如何解決該問題十分重要。目前最常用的鈷酸鋰離子電池在大型化后,會有過熱著火或爆炸的危險,相對而言,正極材料為錳酸鋰和磷酸鐵鋰的鋰離子電池安全性能更好。另外,液態(tài)鋰離子電池電解液的有機(jī)成分為碳酸酯,閃點(diǎn)很低,沸點(diǎn)也較低,正極為強(qiáng)氧化性化合物,負(fù)極為強(qiáng)還原性化合物,當(dāng)電池內(nèi)部壓力過大或過熱時,會引起爆炸,或外殼破裂后與空氣接觸,因溫度高和鋰負(fù)極的高活潑性引燃起火。聚合物鋰離子電池的安全性較好。
從技術(shù)成熟度來講,錳酸鋰材料更為成熟,但磷酸鐵鋰的安全性和成本更好。磷酸鐵鋰材料目前在美國和加拿大已實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn),國內(nèi)企業(yè)比亞迪、天津斯特蘭、深圳貝特瑞、深圳天驕等有小批量供應(yīng)。
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