浅析新能源汽车动力电池研发方向1
电池技术是新能源汽车发展的关键技术，也是影响新能源汽车规模化生产和大范围普及的重要障碍。新能源汽车动力电池包括铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等，众多动力电池技术中锂电池的优势最为明显、应用前景也最为广泛，所以当前锂电池技术在新能源汽车上应用广泛，但锂电池技术也面临着许多技术难度，急需在技术、成本等方面进行突破。从总体上看新能源汽车动力电池呈现出智能化、规模化、合作化的发展趋势，发展势头也比较好。
新能源汽车是以太阳能、电能、风能等非化石能源作为车用燃料的汽车。新能源汽车在车辆动力控制、驱动技术等方面应用了许多先进技术。当前新能源汽车以电动汽车为主要形式，所面临的技术问题表现在电池、电机、电控等方面，其中动力电池技术是新能源汽车技术问题的关键因素，也是社会各界普遍关心的新能源汽车发展问题。
一、新能源汽车动力电池的主要类型
从总体上看，新能源汽车动力电池包括铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等，这些动力电池各有优劣之处，在新能源汽车上应用状况也各不相同。[1]
铅酸电池。铅酸电池是最成熟的电池技术，当前多数人都认为铅酸电池的环境污染程度高、技术水平比较差、使用起来不方便，应当逐步淘汰铅酸电池。事实上铅酸电池仍有着广阔的市场空间，90%以上的低速电动车、电动自行车等都使用铅酸电池。近年来铅酸电池的性能也有了较大改善，放电功率由20Wh/kg上升至40Wh/kg，使用寿命有350次上升至4000多次。同时，铅酸电池可回收技术也有了较大突破，回收利用率达到90%左右，这次促使铅酸电池保持较快发展势头。
镍氢及镍镉电池。镍镉及镍氢电池具有大倍率放电、记忆效应小等特征，被广泛用于电动工具上。当前很少有汽车厂家使用镍镉或镍氢电池，仅有丰田普锐斯采用镍氢电池，但丰田普锐斯高配车型也改用了锂电池。
锂电池。锂电池性能比较优越，比能量和比功率已经达到150Wh/kg左右和1600W/kg，并且随着锂电能技术的发展，锂电池的各项技术参数仍在不断提高。锂电池可分为液体和聚合物两种电解质，当前聚合物锂电池是锂电池发展的主要方向，聚合物电解质锂电池可分为三元锂、锰酸锂等形式，这几类锂电池在性能上不分上下，在新能源汽车上也各有应用。从总体上看锂电池是当前新能源汽车中最主要的能量来源形式。
燃料电池。所谓燃料电池就是将氢、甲醇、甲烷等作为燃料，通过燃料燃烧的方式释放能量，为汽车提供动力。当前美国、欧盟等在燃料电池研究上进行了许多投入，并且将燃料电池技术用于新能源汽车上，但是我国燃料电池技术发展落后，面临着技术难度大、技术配套设施落后等问题。
二、新能源汽車动力电池的应用现状
电池技术是新能源汽车发展的关键技术，也是影响新能源汽车规模化生产和大范围普及的重要障碍。只有在动力电池技术上取得新突破，才能很好地解决新能源汽车行驶里程短、生产成本高、总体性能差等问题。理想的新能源汽车电池应当具有电池体积小、续航里程长、电池性能好、充电时间短、电池安全性好等特征，便于维护或维修。在众多动力电池技术中，锂电池的优势最为明显、应用前景也最为广泛，所以当前锂电池技术在新能源汽车上应用广泛，为此，本节以锂电池技术为主，分析新能源汽车动力电池的应用现状。[2]
进入21世纪以来中国大力发展新能源汽车，以磷酸铁锂为主的锂电池技术逐步占据主导地位，此后三元锂电池技术又逐步占据主导技术。当前三元材料动力电池体系中镍钴锰酸锂占主导，正在低镍向高镍的方向上突破。不过从总体上看锂电池技术的许多技术指标并不理想，仍面临着电芯价格高、电芯寿命短、电芯安全性差、电芯能量密度小等问题，不能很好地满足新能源汽车对动力电池的要求。比如随着新能源汽车补贴的减少，电芯价格较高问题比较严重，需要将电芯价格下探到0.7元/Wh，但是现在的电信价格远远达不到这种要求。当前电芯寿命多为8年左右，如果电池使用过度的话，寿命将难以达到8年，与10年左右的预期寿命之间仍有较大距离。同时电芯安全性、能量密度等都还不够好，与新能源汽车电池技术的要求还有较大距离。
此外，电池比能量对新能源汽车的发展也有较大影响，当前紧凑型轿车的电池能量为40-50kWh，对应的续航里程为350-400千米;跑车和大型suv的电池能量为110-120kWh，对应的续航里程为600千米以上。这些续航里程还远远不能满足新能源汽车的发展要求，然而要增加新能源汽车的续航里程仅仅依靠增加电池数量是不够的，电池数量越多，体积和重量也会越多，这样可能会影响续航里程。[3]当前国内新能源汽车厂家的电池能量密度都在150kWh/kg左右，续航里程也都在400左右，这样的续航里程还不能很好地满足用户需要，许多消费者都将1000千米作为新能源汽车续航里程上的重要要求，如果续航里程过低，往往难以很好地满足消费者需要，并影响新能源汽车产业的快速发展。在固态电池上许多汽车厂商都加大了投入和研发力度，大众汽车公司就宣布投资1亿美元研发固态电池，本田、丰田等日本汽车制造商也都在固态锂电池技术上加大了投入力度。但从总体上看固态锂电池技术在短期内很难有质的突破，新技术在短期内也不可能广泛用于商业领域。
三、新能源汽车动力电池的发展趋势
我国是世界上最大的新能源汽车生产国和消费国，在全球新能源电池市场上也占据重要位置，这些为我国新能源汽车动力电池技术的发展创造了良好条件。从总体上看，我国新能源汽车动力电池呈现出智能化、规模化、合作化的发展趋势，发展势头也比较好。
首先，技术智能化。随着大数据技术和智能技术的发展，各个行业都呈现出智能化的发展趋势，同样汽车动力电池技术也逐步走向智能化，电池研发、测试、生产及销售等都呈现出智能化特点，比如在汽车动力电池制造中可以用机器代替人力，提高工业生产效率，降低企业的人力成本。在汽车动力电池测试、维修、使用等过程中都可以使用智能技术，提高动力电池的智能化程度。
其次，规模化生产。当前许多汽车厂商都面临着电池成本过高的问题，所以有效降低动力电池制造成本成了动力电池发展的重要方向。当前降低电池制造成本的方式有两种：一是以崭新的技术提高电池的质量及寿命，以此降低动力电池成本;二是以规模化生产的方式降低单位产品的成本，从整体上降低电池成本;三是推动电池回收技术发展，建立完整的动力电池回收产业链，提高动力电池回收效率。
此外，合作化发展。从总体上看新能源汽车动力电池是一个涉及原材料生产、技术研发、规模化生产等多方面内容的复杂系统，许多整合生产链、资金链、技术链等，建构合作共同、共同开发的产业发展模式。比如在动力电池生产领域，可以支持中小型企业的发展，让相关中小企业都能够参与到电池生产活动，进而形成完整的动力电池产业链;在技术研发中要充分发挥高校、高科技企业、科研院所的技术优势，建构产学研相结合的技术成果转化体系。
新能源汽车是汽车行业发展的新趋势，大力发展新能源汽车是化解能源短缺、环境污染等问题的重要方式。其中，动力电池是新能源汽车的重要组成部分，也是当前新能源汽车发展的技术短板，所以应当深入研究新能源汽车动力电池所面临的问题，推动新能源汽车动力电池技术发展。
浅析新能源汽车动力电池研发方向2
作为电动汽车动力源，动力电池性能的高低决定着电动汽车技术的先进性。目前国内外开发的各种电动汽本所 使用的动力电池，主要还是以铅酸动力电池为主，用铅酸动力电池为能源的电动汽车最高车速可以达到80～150km/h ，一次充电行驶里税为120～150km/h左右。目前，由于铅酸动力电池的比能量小，充电时间长、寿命短、续驶 里程短、体积和质量大，远远不能满足电动汽车行驶性能的要求：因此，电池的改进是发展电动汽车的关键 。当今世界各国竞相投入巨大的人力、物力和财力，且政策、法规鼓励、优惠、扶植开发和研制各种高性能 的新型电池，人们先后开发了锌电池、镍氢电池、飞轮电池、燃料电池等等：
1、锌电他 美国加州劳伦斯一利费莫尔国立实验室开发的锌电池，是将直径lmm的锌粒置于电池上方的一个 料斗里，借助本身的质量通遏过狭长的通道落入电池中，锌与电解液作用产生电能。该电池提供的电能大约 为铅酸蓄屯池的五倍，且充电方便。
2、镍氢电池 美国通用公司开发的一种简称为“尼姆”的镍氢电池，采用非金届合金作为电极，内含的锆、 铬、钒、钛、镍等原子成无序混杂状态。在相同电荷量下，能充人2倍于普通电他的电能，使用寿命达700— 900次，且充电时间短.只需15min就可冲至额定容量的50%，一次次充电行驶里程达320km。
3、飞轮电池 飞轮电池也称电动机械电池，原是用于卫星等航天器的能源储备装置。美国研制的飞轮电池， 含有一对由高强度碳纤维制成的锥盘形轮，与轮轴相连。电动机的作用使飞轮处于高速旋转状态，且通过发 电机将能量释放出来。
4、燃料电池 源于航天工业的尖端技术。是由燃料、氧化剂、电极、电解液等组成。使用的燃料十分广泛， 如氢、甲醇、液氨、天然气、烃类等。其中氢燃料电他，内于产生的反应物为水蒸气，绝村不污染环境，尤 为人们所关注。其工作原理和普通电池一样，也是通过电极上的“氧化-还原”反应使化学能转化为电能。这种电池能量转化效率高，接近于内燃机效率的2.5倍，且具有装备质量轻、功率高、寿命长、不污染环境 等一系列特点，适宜于汽车使用。
虽然氢燃料电池作为电动汽车动力源非常理想，但氢的制取和储存都很困难，使之进入实用化还有一定距离 。
浅析新能源汽车动力电池研发方向3
作为全球最大的新能源汽车市场，中国汽车市场已经成为众多国内外动力电池企业厮杀的主阵地。在电动汽车技术快速发展的同时，动力电池决定了新能源汽车的发展水平和方向，下面一起看下吧。
动力电池迭代加速
从刀片电池到无钴电池，再到石墨烯电池，中国动力电池的发展路径正愈加务实、多元和具有前瞻性。
动力电池技术之争再起
近来，国内两大动力电池生产商宁德时代与比亚迪的隔空“互怼”成为焦点。
这场争论源起于3月29日。当日，比亚迪正式发布刀片电池技术，并高调声称刀片电池具有安全性能好、循环寿命长、能量密度高等优势。
针对消费者最为关心的电池安全问题，比亚迪祭出了被业内称为最严苛的电池安全针刺试验，并公布了三种动力电池针刺试验的结果：三元锂电池产生了剧烈燃烧，表面温度超过500℃;磷酸铁锂块状电池虽无明火，但却产生了大量的烟，同时表面温度达到200℃至400℃;而刀片电池在针刺测试中既没有产生明火，也没有烟，表面温度只有30℃至60℃。
比亚迪由此声明，这一结果足以证明刀片电池彻底摆脱了传统动力电池可能会发生的“热失控”噩梦，在安全方面具有无可比拟的优势。
显然，比亚迪的言下之意是，刀片电池很安全，三元锂电池很危险。对此，作为国内三元锂电池的主要制造商，宁德时代坐不住了。
5月11日，宁德时代董事长曾毓群表示：“电池的安全和电池的滥用测试是两回事，但有些人却把滥用测试的通过等同于电池的安全。”
需要说明的是，曾毓群所称的“滥用测试”并非字面理解的“随意的、滥用的测试”，而是电池测试环节中的一个专属名词，其中就包含针刺测试和挤压测试。
接下来，宁德时代分别于5月22日和5月23日接连发布两则视频，回应比亚迪“三元锂电池针刺测试不安全”的暗示，并声称自己早已掌握了三元锂电池通过针刺测试的技术。
有意思的是，比亚迪也没有丝毫示弱。5月24日，比亚迪汽车销售公司副总经理李云飞在微博上表示，针刺实验的难度堪比攀登珠峰，其核心目的是为了让电池短路，从而观察电池热失控情况以便制定更完善的安全防护措施，不是为了让电池不短路，而从刀片电池的针刺实验可以看出，它短路了，但它很安全。
5月25日晚间，宁德时代官方发布《关于动力电池标准的一些认识》一文，从三个方面再次给予回击：从观念上说，整车厂对于安全的共识已由单体安全转向系统安全;从技术上说，电池包层面有更优化的安全解决方案，单体电池针刺测试的实际需求已不复存在;目前新国标中已取消单体独立项目针刺测试的要求，仅作为单体热失控的触发条件。也就是说，针刺试验已经“过时了”。
技术之争背后的市场暗战
据了解，宁德时代的CTP(Cell To Pack)技术路线主要基于高镍三元锂架构，其核心在于减少了模组数量，直接由多个大容量电芯组成标准化电池包，再将标准化电池包灵活堆叠组成更大的电池模块，以适应不同车款的储能需要。同时，在充放电倍率不变的情况下，宁德时代的CTP技术，只需要采用简单的串联结构，就可以输出或者是接受更大的电流，动力更强且充电更快。
而比亚迪的刀片电池则基于其所擅长的磷酸铁锂技术，电池单体同样也在向大容量进化，但电芯形状更加扁平、窄小，因此比亚迪将其形象化地取名为“刀片”。据估计，刀片电池的能量密度可达到180Wh/kg左右，处于目前的主流水平。
业界认为，整体来看，宁德时代的三元锂电池和比亚迪的刀片电池可谓各有千秋。不管最后争论的结果如何，技术“互怼”的背后，是宁德时代与比亚迪两大动力电池巨头之间的市场暗战。
目前，宁德时代是中国动力电池领域主要的三元锂电池生产商。数据显示，2019年，磷酸铁锂电池的装机量份额为32%，三元锂电池则为62%。在磷酸铁锂时代，宁德时代的市场份额并未与比亚迪、国轩高科拉开差距，正是凭借三元锂电池技术积累，宁德时代的市场份额于2017年反超比亚迪、国轩高科，成为国内动力电池行业的龙头。2019年中国动力电池装机量中，宁德时代份额为51%，比亚迪为17.3%，国轩高科为5.3%。
不过，随着动力电池业务独立、发布刀片电池并向第三方主机厂供货，比亚迪开始有意挑战宁德时代的市场地位。
有观点认为，在日韩电池企业重新进入国内，以及整车企业基于自主性考量向其他电池企业倾斜(包括控股电池企业)的复杂形势下，宁德时代“一家独大”的风光或将一去不复返。
动力电池市场群雄逐鹿
目前来看，三元锂电池仍是动力电池市场的主流，但这并不意味着，三元锂电池依然可以笑傲未来。事实上，整个动力电池行业一直没有停止对新材料和新技术的挖掘，更高的能量密度和更安全的性能永远是企业试图平衡的两大命题。
5月18日，脱胎于长城汽车的动力电池制造商——蜂巢能源，正式发布了两款新型无钴电池，续航里程达到800公里。
作为动力电池正极材料中的重要元素之一，钴不但可以稳定材料的层状结构，而且还可以提高材料的循环和倍率性能。
虽然优势不少，但钴的成本太高。因此，面对日益增加的成本，全球电池供应商都在想方设法减少钴在动力电池中的含量。
蜂巢能源总经理杨红新说：“蜂巢能源改善了无钴层状材料的锂镍离子混排以及循环寿命问题，并走到了规模化应用的阶段。”
据悉，从明年下半年开始，蜂巢能源的两款无钴电池将会陆续量产和应用到长城汽车旗下的新能源车产品上。
更令人振奋的消息是，来自广汽新能源的消息称，广汽新能源的石墨烯电池终于从实验室走向实车应用，已在广汽新能源的埃安车型上搭载。据悉，该款“超级快充电池”搭载实车后进行的充电测试显示，仅需8分钟就可以将电池充至85%，充电时间与传统燃油车的加油时间相当。不过，广汽新能源并没有公布相关技术细节，这款新电池中的石墨烯究竟是以主材料还是以添加剂的身份出现仍然是个迷。
从刀片电池到无钴电池，再到石墨烯电池，今年以来，动力电池市场可谓群雄逐鹿，但在业界看来，无论电池技术的路线怎么变，根本目的是要让电动汽车充电快、安全高、跑得远。
对此，波士顿电池工程与战略企划副总裁苑文学表示，动力电池是一个系统工程，孤立地谈论技术路线和安全是没有意义的。
浙江吉利研究院新能源总监张剑锋则认为，电池的技术路线最终需要与整车企业、电池企业以及上下游配套企业相结合，进而制定出合理的动力电池发展路线。所以，我们需要理性看待各个技术路线，进而做出合理的市场预判。
显然，和新能源汽车一样，经过多年发展，中国动力电池行业的发展路径正愈加务实、多元化和具有前瞻性，至于动力电池哪种技术最终能够胜出似乎并不那么重要，能否在不久的将来通过一系列的新技术实现突破，迎来一个可预期的转折点，或许才是更让人期待的事情
动力电池行业向头部企业集中
但三元锂电池所存在的成本高、不稳定等问题也一直困扰着新能源汽车的发展。从2019年开始，随着补贴的逐步退出，安全、成本低的磷酸铁锂电池再次被市场所注意。众多汽车和电池企业一直没有放弃磷酸铁锂电池的研发，随着技术的提高，磷酸铁锂电池的能量密集得到大幅提高，成本进一步降低。目前，宁德时代、比亚迪、特斯拉等国内外企业都在加速布局磷酸铁锂电池，并将研发重点放在提高电池能量密度、延长电池寿命、提高安全性能等方面。
随着刀片电池、蜂窝电池、三明治结构电池包等一系列全新磷酸铁锂电池的结构的创新，磷酸铁锂电池逐渐呈现复苏之势。锂电池市场的产品结构也在发生着变化，磷酸铁锂电池开始重新占领车用动力电池市场。
业内专家介绍，采用磷酸铁锂电池是许多车企应对补贴退坡、实现快速降低电动汽车成本的重要手段。虽然我国已将补贴时间延长，但补贴的金额仍会持续降低，车企需要提前做好准备，而采用磷酸铁锂是目前比较行之有效的降本手段之一。
行业集中度不断加剧
随着市场对锂电池低成本和技术性能的要求不断提高，国内动力电池产业的集中度也在不断提升，马太效应显现，几家头部企业占据了大部分市场份额。2017年，国内动力电池企业有150多家，但到了2019年底只剩了40多家，近70%的动力电池企业被淘汰出局。
显然，动力电池产业的竞争已越来越激烈。
据中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示，2019年我国动力电池装车量累计6200多万千瓦时，其中宁德时代的电池装车量就达到3200万千瓦时，市场份额近51%。曾经的“动力电池一哥”比亚迪如今的市场份额仅占20%左右，诸如国轩高科、力神电池、亿纬锂能等其他动力电池企业占据的市场份额则更小，很难与前两者相对抗。
与此同时，作为全球最大的新能源汽车市场，我国已经成为众多国外动力电池企业厮杀的主阵地。以日韩为首的一大批的国外动力电池企业纷纷进军中国市场，如松下、LG化学、三星SDI等占据的市场份额越来越多。
受此影响，5月9日，浙江省湖州市南太湖新区人民法院发布破产清算公告，装机量曾经一度排到全国前三的浙江遨优动力公司被破产清算，成为今年第一个倒下的动力电池企业。
中国化学与物理电源行业协会表示，动力电池市场需求巨大，但行业竞争日趋激烈，行业整合正在持续进行中，已经进入快速洗牌阶段。随着国家政策的深度调整和补贴的快速退坡，动力电池市场会进一步向头部企业集中。
在促汽车消费和“新基建”等政策的推动下，国内动力电池产业显示出逆势上扬的态势，中外企业频频加大在动力电池领域的投资。与此同时，随着市场环境的变化，动力电池行业竞争加剧，产业集中度大幅提升，马太效应渐显。
动力电池成新风口
受补贴大幅退坡等因素影响，去年我国新能源汽车产销量均出现了下滑。2020年一开年，突如其来的新冠肺炎疫情，也让新能源汽车销量颇受影响。不过，作为新能源汽车的上游产业，动力电池产业却呈现逆势上扬的态势。
数据显示，2020年第一季度，动力电池产业链投扩充项目投资金额超1850亿元，其中锂电池领域总产能超100GWh。
据了解，今年以来，已有宁德时代、国轩高科、利天万世、格林美、恩捷股份、德方纳米、丰元股份等十余家动力电池企业进行了投资扩产。其中，电池项目产能规模超5000万千瓦时，正极、负极、隔膜等电池材料项目的投资规模也不小。
分析其原因，一方面，各大车企的复工复产和中央与各级地方政府密集出台的促汽车消费政策，推动汽车市场回暖，上下游产业均对未来国内汽车市场尤其是新能源汽车的发展持乐观态度。另一方面，国家加大新基建投资力度，也大大促进了动力电池产业的发展。
受疫情影响，虽然前4个月动力电池累计产量较上一年有较大幅度下滑，但从4月的数据来看，动力电池总产量已呈现环比上升态势。数据显示，4月份，我国动力电池产量达到4.7GWh，环比上升5.5%。从动力电池使用情况来看，4月份，我国动力电池装车量为3.6GWh，环比上升29.5%，同比降幅持续收窄。
目前，动力电池行业正在逐步进入一个爆发期。全球动力电池出货量从2013年的13.8GWh上升至 2019年的116.6GWh。
有机构预测，未来5年，全球动力电池行业将持续高速增长。2025年全球装机量可达 850GWh，对应市场空间可达6000亿元。
动力电池决定了新能源汽车的发展水平和方向，谁掌握了动力电池，谁就掌握了电动汽车的定价权和产业主动权。在这场最硬核的竞争中，中国汽车产业能否在新能源时代胜出，将是中国汽车产业走上新高度的关键。
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