动力电池是电动汽车的心脏,是新能源汽车产业发展的关键。近几年我国动力电池的技术研发、产业规模快速增长,但与国际先进水平相比,在动力电池产品制造装备、工艺水平、检测验证能力、产品可靠性和一致性方面都有较大差距,亟待加速发展。
目前在动力电池开发上,中国和日本、韩国相比,续航里程和能量都低30%40%,电池制造成本偏高。其中,比能量的差距影响了电动汽车的重量,直接影响了电动汽车的推广。
对此,北京有色金属研究院副院长、国联汽车动力电池研究院公司(以下简称“国联研究院”)董事长熊柏青表示,如果一辆1.5吨级的车一次充电续航里程达到400公里的话,它的电池重量就接近600公斤,这远远超过电池系统应该占的份额。电池一般占整车重量20%比较合理,就是1.5吨车搭载300公斤的电池,对电池技术来说,电池能量密度必须提高一倍。
这也反映出我国动力电池产业的综合竞争力不强。在乘用车应用领域,我国磷酸铁锂动力电池产品比能量、高低温特性、经济性明显低于国外采用三元材料动力电池的水平。
7月5日至7日,国务院副总理马凯在陕西深入新能源汽车整车、电池、关键零部件和充电设施等企业调研,并主持召开新能源汽车产业发展座谈会。马凯指出,近年来我国新能源汽车产业发展取得喜人成绩,产业体系基本建立,技术水平明显提升,推广应用取得成效,至今年5月底新能源汽车累计生产62.8万辆,成为全球保有量最大的国家。但也面临着充电设施短板突出、行业秩序有待规范、动力电池亟待突破、扶持政策需要完善等问题,必须引起高度重视。
马凯指出,要下大气力解决突出矛盾问题,破解关键瓶颈制约,推动我国新能源汽车发展再上新台阶。在动力电池创新方面,马凯强调要大力加强技术研发。扎实推进国家动力电池创新中心建设,强化技术研发前瞻布局,实施锂电升级工程,加快实现动力电池革命性突破。
国家动力电池创新中心成立
当前制造业创新体系和创新模式正发生三项深刻变革:创新载体从单个企业向跨领域多主体的协同创新网络转变,创新流程从线性链式向协同并行转变,创新模式也由单一的技术创新向技术创新与商业模式创新相结合转变。
今年的《政府工作报告》提出“建设若干国家级制造业创新平台”。6月30日,国家动力电池创新中心(以下简称“创新中心”)在京成立。作为《中国制造2025》五大工程之首,制造业创新中心建设将第一站选在了动力电池领域,足见动力电池创新的重要性非同寻常。
动力电池是新能源汽车的核心部件,说明国家对作为新经济典型代表产业的新能源汽车产业寄予厚望,希望在传统的汽车产业下滑后能培育新的经济动能。
资料显示,我国已形成了较为完善的新能源汽车研发体系和产业体系,2015年我国新能源汽车产量达37.9万辆,居世界第一位。根据北京有色金属研究院的预测,2020年,我国新能源汽车产能将达到200万辆,动力电池需求量将达到1000亿Wh,新增建设投资达到1000亿元以上;2025年新能源汽车产能将达到300万辆;未来的5~10年,动力电池产业将保持高速增长态势。
工信部部长苗圩说,“我们建设制造业创新中心,就是要弥补创新链条的断裂环节,特别是要解决从实验室产品到产业化之间所谓的‘死亡之谷’,将分散的创新资源和创新力量凝聚在一起,完成将珍珠穿成项链的‘关键一步’。”
苗圩强调,制造业创新中心要解决的是面向行业的共性技术而不是单个企业可以解决的关键技术。要不断完善制造业创新生态系统,形成高水平有特色的制造业协同创新网络和平台,塑造我国制造业国际竞争新优势。
苗圩指出,国家动力电池创新中心面向行业共性需求,通过协同技术、装备、人才、资金等各类资源,打通前沿技术和共性技术研发供给、转移扩散和首次商业化的链条,从而为我国实现动力电池技术突破,提升动力电池产业竞争力,支撑新能源汽车产业发展提供战略支撑。同时,希望通过探索形成有效的发展模式和路径,为其他创新中心的建设提供示范和借鉴。
对于下一步制造业创新中心的建设,苗圩提出要加快制造业创新中心试点建设,注重探索创新中心内部组织机制、运营管理模式等,总结经验,逐步推广,同时要引导推进省级制造业创新中心建设。
工信部副部长怀进鹏表示,创新中心将以汽车动力电池作为关键领域,聚焦国内主要的汽车厂商,将一汽、东风、北汽等聚合在一起,再把研究电池主要的研发单位汇聚进来,共同解决新能源汽车动力装备这一行业共性问题。
目前,我国动力电池的技术创新的协同机制没有形成。基础研究集中在高校、科研机构,工程开发和产品开发以企业为主体,没有形成技术创新的协同机制。这说明创新中心成立非常必要。此前成立的研究载体,大都是单体技术或者一个主体单位,其他只是外围参与。
中国工程院原副院长、国家制造业创新中心专家组组长干勇表示,这次创新中心建设,就是要集中创新能力、高端研发团队,形成合力,在动力电池核心共性技术上突破。
构建公司+联盟的发展模式
目前,创新中心的建设方案已经明确。创新中心将以国联研究院为基础组建,包括国联研究院和中国汽车动力电池产业创新联盟,构建“公司+联盟”的发展模式。其中,国联研究院围绕产业链吸纳政府、企业、社会资本,完善股权结构和法人治理结构,提高创新中心的可持续发展能力,按市场化机制运行。
国联研究院自上世纪80年代开始从事高比能电池及材料研发,自上世纪90年代开始开展动力电池研发,自2000年开始锂离子动力电池研发,自2010年开始新一代动力电池研发。2014年完成公司注册,建立了现代法人治理结构和市场化机制。
国联研究院现有股东9家,将采取“自愿、开放”原则,吸纳政府投资、电池企业和整车企业投资入股。目前,国联研究院已与宁德时代新能源、合肥国轩、万向集团3家电池企业和华盖鼎盛基金公司达成增资协议,股东单位增加至13家,资本金增加至9.3亿元左右。同时,北京市政府承诺投资2.5亿元入股国联研究院。此外,东软集团、长城汽车等企业也希望加入,预计股东单位将增加至15家左右,资本金12亿元以上。
根据创新中心的建设规划,中国汽车动力电池产业创新联盟是由国内企业、高校、科研机构、行业组织等自愿组成的非独立法人的联合体,构建研发设计、成果转化、商业应用协同能力,按协同创新机制运行。
创新中心的运行采用市场化和产学研协同创新相结合的机制,开展技术研发、行业服务、产业孵化。据测算,到2020年,创新中心的研发资金需求30亿元,主要来源于公司自筹(资本金、运营性收入、技术转让、股权融资收益)和政府投入,其中公司自筹资金10亿元、中央政府研发资金10亿元、地方政府10亿元。
根据创新中心提出的目标,我国动力电池要在2020年赶上日韩水平。届时,新能源汽车有望出现革命性变化。干勇介绍,根据目前产业技术攻关趋势,到2020年我国动力电池行业的动力电池系统能量比有望达到350Wh/kg。这意味着在电池体积大幅缩小的情况下,纯电动汽车的续航里程将普遍增加至400到500公里水平,而成本也将大大下降。
全球首款石墨烯电池发布
7月8日晚,东旭光电发布公告,公司与美国凯途能源有限公司(K2 Energy Solutions,Inc.)、青岛乾运高科、合肥中航新能源、伟芝延电子科技、江苏智航新能源和江苏环绿新能源汽车签署了战略合作协议。这为东旭光电石墨烯锂离子电池新产品未来市场化应用打开了广阔的市场空间。
分析人士指出,多家公司如此密集的签署合作协议实属少见,由此也看出东旭光电推出的全球首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”的魅力,及石墨烯基锂离子电池技术的未来产业应用前景。
据了解,东旭光电于当天下午在钓鱼台举办了石墨烯新产品发布会,展示了世界首款石墨烯基锂离子电池产品,并当场签署了产品线落地泰州的协议。该产品所使用的石墨烯基锂离子电池性能十分优良,与普通电池相比不仅可在满足5C条件下,实现15分钟内快速充放电,而且该石墨烯基锂离子电池可在-30~80℃环境下工作,循环寿命更高达3500次左右。通过发布会现场测试,“烯王”充电用时15分钟,是普通充电产品的1/24。
业内人士表示,石墨烯新产品的推出,标志着东旭光电实现了石墨烯产业化落地,下游产业对公司的关注度将更高,产业集聚效应正在逐渐发酵。
目前,新能源汽车行业因为“充的慢、跑不远”而饱受市场诟病,动力电池也成为限制新能源产业发展的关键因素。一旦动力电池的快速充电等几个核心技术得以解决,将迎来新能源汽车产业的爆发式发展。
由于石墨烯锂离子电池技术被业界看好,下游新能源终端企业积极寻求与上游石墨烯电池生产企业加强合作的做法也就不难理解了,随着石墨烯电池产业化的临近这种强化合作更加紧迫。
根据战略合作协议,合作主要集中在石墨烯及应用产品方面,具体合作内容包括技术研发、产业应用和成果转化、生产线投资合作和产业信息交流四个方面。
东旭光电表示,与相关企业合作将有利于公司利用合作方在石墨烯产业应用以及石墨烯在动力电池、动力锂电池、小型动力电池、锂电池正极材料等领域的研发成果、技术经验、生产销售和资源优势,加速石墨烯动力电池的应用和市场推广,进一步加速公司在石墨烯材料市场化应用方面的进程,有利于公司拓展新市场,对公司主营业务产生深远而积极的影响。
东旭光电与下游新能源产业公司合作将产生积极而深远的影响。随着深入合作,东旭光电将与下游新能源企业形成更紧密的产业共同体,推进中国石墨烯产业发展及下游新能源汽车产业的共同成长。
无独有偶,2月4日,国轩高科发布公告称,公司与中国航天万源国际(集团)有限公司(以下简称航天万源)及唐山市路北区人民政府在河北省唐山市投资建设动力电池项目达成合作协议,并于2016 年2 月3 日签署了《战略合作框架协议》。
根据协议,国轩高科将与航天万源在唐山市成立合资公司航天国轩(唐山)新能源科技有限公司。国轩高科持有51%股份,航天万源持有49%股份。
合资公司主要从事动力电池的研发与制造,石墨烯材料的研发与应用,以及储能产品在军事和民用领域的应用与推广。其中,动力电池项目总体产能规划为10亿Ah,总投资30 亿元人民币。 其中一期产能3 亿Ah,预计投资10 亿元。
合肥国轩表示,双方将在风力及光伏发电储能产品的开发与应用方面展开深度合作, 将航天万源在风电机组设备研发与制造、风电场建设和运营方面的优势,与国轩高科在动力锂电池的先进技术和梯次利用的行业经验进行有效结合,将优质产品广泛应用于风光互补储能系统、通讯基站及UPS 等多个领域。
同时,双方将联合发展具有市场潜力的石墨烯材料及应用技术,以市场需求为牵引,聚焦石墨烯在动力电池上的应用,搭建更宽广的全产业链发展和创新平台,拓展新能源汽车市场,为联合共赢打下基础。
依托双方各自在军工领域和新能源动力电池领域的行业优势,合资公司将加强军工储能产品的研发和应用,重点是推动动力电池在军工车辆和舰艇上的应用。
此外,协议还规定,双方先期将重点推进与华晨金杯及长安汽车在新能源汽车整车平台的合作,在纯电动物流车、运输车、出租车及专用车的产品开发、电池配套、市场开拓、资本合作等方面强强联合。
国轩高科称,航天万源作为中国少数拥有顶尖科技研发能力及资源并能成功商业化的高增长的中央企业,与全国主要省份及国内主流汽车企业保持着良好的合作关系,国轩高科通过与其结成战略联盟,实现强强联合,必将对公司的技术进步和可持续发展提供重要战略机遇,并对公司未来业绩产生积极影响。
对于双方成立合资公司,合肥国轩表示,将推动公司在动力电池、石墨烯材料、风电储能产品及军工产品等方面的研发与应用,同时通过与整车企业在产业整合等方面开展战略合作,有利于公司业务向产业链上下游延伸,拓展市场空间,扩充产品种类,增强公司整体竞争力,为实现跨越式发展打下坚定基础。
三元电池迎来重大转折
6月20日,工信部公示了第四批符合《汽车动力蓄电池行业规范条件》的企业目录。该目录是工信部继2015年11月、12月和2016年4月公示三批的共计25家电池企业之后,第四次公布进入目录的企业名单。31家单体企业和1家系统企业入选。日韩企业未进入“第四批”目录,但国产企业进入数量超过预期。
据统计,第四批企业目录中主营业务为三元电池的企业达21家,占比高达68%。业内给出的分析认为,这一信号具有风向标的意义,说明政策层面并没有厚此薄彼,存在压制三元动力电池的意思,这让三元电池企业吃了一颗定心丸。
国内动力电池主要为磷酸铁锂电池和三元理电池。今年年初,工信部表示暂停将三元锂电池客车列入《新能源汽车推广应用推荐车型目录》,此举一度在整个业内引发巨震。受此影响,此前已有不少三元电池企业的运营陷入停滞。
工信部提出暂停的原因在于,虽然三元锂电池被认为是未来锂电池的重要发展方向,但是在与磷酸铁锂电池同样的成组条件下,同样的过冲、过热、过放的不利环境,三元电池更容易发生热失控,反应也更为激烈。
相比较而言,磷酸铁锂电池系统在客车领域积累了更多的经验和教训,更成熟,安全性要高。可是,磷酸铁锂电池在高能量密度、标准电压、电芯占空间、长寿命等方面又远不如三元锂电池。作为电动车的“心脏”,动力电池的续航能力也是非常重要的一点。三元电池的续航里程和储能强于传统锂电池,锂电池每月衰减3%的电量,而三元电池反复使用后每月衰减力度仅为1%至2%。目前,国内外主流车企已经转向三元动力电池领域,国际车企如丰田、大众、福特、宝马、特斯拉,以及国内企业如北汽新能源、东风日产、吉利、江淮、众泰、奇瑞、华晨宝马等,这些企业构成的强大强阵营,正在使三元电池技术路线出现一边倒的局面。尤其是松下、三星SDI、LGC等主流电池企业也都将三元作为其动力领域的技术路线选择,更为其给出了有力的备注。
从工信部新能源汽车产销数据来看,我国电动汽车产业已进入快速增长通道。而作为电动车必备的动力电池需求量也已水涨船高。目前,三元材料较多应用在乘用车领域,作为三元电池的主要需求端,多款车型在政策支持力度不断提升的同时,对国内三元材料的需求也在快速增长。
此前,科技部发布的《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案》明确表示,轿车动力电池到2020年单体电池指标达到350Wh,系统达到250Wh以上。中泰证券研报预计,到2020年,车用三元材料将达20万吨,年均增速将达到54%。工信部预测,2018年三元电池的出货量有望首超锂电池,成为续航电池的主流材料。三元电池产业有望迎来加速增长,进一步占领动力电池的市场份额。
作为国内新能源汽车老大的比亚迪,拥有全球最大动力电池生产基地,2015年在全球电池业市场份额排名仅次于日本松下,但是比亚迪一直是磷酸铁锂电池的“守护者”。某种程度上可以说,比亚迪能稳坐国内新能源车销量冠军宝座,与其能够掌握新能源电池生产的核心技术和主动权,二者密不可分。然而,未来电池技术风向的转变以及国内政策的倾斜,将会给比亚迪带来非常不利的影响。
不过,国内在三元电池技术上仍然存在诸多攻关难点。全国政协常委、清华大学教授、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高强调,在迈向高比能量锂离子电池的过程中,机遇挑战并存,能量比越高,挑战越大。“中国必须进一步重视安全性,在安全性、耐久性、动力性三个问题中,最核心的是安全性问题”。