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中国电科十八所丁飞:动力电池开展现状及趋势

admin 2019-08-09 339人围观 ,发现0个评论

  “我觉得现在来看,锂离子电池在中国电科十八所丁飞:动力电池开展现状及趋势2020年之前完成1万次能量功率90%、度电本钱4毛/度,这是电池单体不是电站的价格。现在这个方针是没问题的,是能够做到的。”

  ——我国电科十八所化学与物理电源技能要点实验室常务副主任丁飞

  8月7日,由华北电力大学、我国可再生动力学会主办的“第一届我国储能学术论坛暨风景储立异技能大会”在北京举行,会议为大力推行风能、太阳能、储能立异技能,推进风景互补、太阳能+储能、风景储技能以及智能微电网、动力互联网技能在归纳动力服务范畴的运用;建立风能、太阳能与储能工业科学技能、立异运用的沟通与协作渠道,推进风电、太阳能发电无补贴平价上网项目技能展开,推进储能技能进步和立异。

  宗旨陈述环节,我国电科十八所化学与物理电源技能要点实验室常务副主任丁飞作了题为“动力电池展开现状及趋势”的陈述。

  各位教师、同学,咱们下午好!十分高兴有这个时机跟咱们一同沟通报告一下我这儿做的一些作业。咱们我国电科十八所和力神公司都是长时刻从事化学电源作业的单位,今日是储能的论坛,现在动力电池跟储能电池用电系统十分挨近,我想今日把动力电池的作业给咱们报告清楚了,储能电池也根本就明晰了。

  这是我报告的首要内容:首要介绍一下动力电池国内外展开状况,最终再说一下储能电池“十二五”以来的一些展开以及后边“十四五”的一些方针。

  首要来看一下,IEA 2018年对新动力轿车的猜测,方针支撑和动力电池本钱不断下降的状况下,加上咱们现在环境不断改变的压力,有或许到2030年的时分全球一切轿车里边有30%的车要完成电动化。

  上午几位教师都提到了咱们国家新动力轿车,咱们国家新动力轿车应该是在国际上展开最快的,一方面是可再生动力用电来驱动,别的一方面很重要的原因便是,现在咱们的石油有60%都是给车烧掉了,加上其他一些动力系统,80%以上的石油都是给轿车、其他动力在运用。而咱们的石油储藏只需40天,所以实践上从安全视点来讲,展开电动轿车是十分急切的作业。

  现在咱们国家电动轿车、新动力轿车研制系统、工业系统都现已相对比较成熟了,形成了完好的工业链,咱们新动力轿车运用推行是世界第一的,咱们的方针是在2020年的时分,期望能够产销量到达200万辆,2025年的时分新动力轿车站轿车总销量的20%以上。

  咱们来看一下,什么样的电池是一个完美的动力电池,这儿面有一些方针,比方说高的能量密度、高的功率密度、高的安全性、长的循环寿数等等。明显咱们现在还有许多技能和科学上的问题要去持续处理,比方咱们要不断进步现有电池的能量密度,从现在的200多瓦时/公斤,进步到400瓦时/公斤,能够把轿车续航成进步一倍,上午也说了,现在电池还有许多安全性问题,在后边“十四五”里边要点要处理这个,或许进一步进步动力电池的安全性。再一个,“十四五”的时分也没有提出一个方针,期望一切的电动车都能够完成10分钟充电80%的方针。

  根据方才对未来的商场趋势,研讨动力电池首要的国家像日本、美国、德国都在展开这方面的作业以及相应的国家规划。日本锂离子电池除了一方面进步现有的锂离子电池能量密度,也不断的开发下一代电池。美国他们的电池研讨道路原本是相对比较保存的,6年的时分他提出了一个技能,他用5年时刻去收集有没有一种或许性把电池的能量密度进步到500瓦时公斤,已有的锂离子电池能够支撑400瓦时/公斤的能量密度。德国对动力电池研讨,除了对不同的资料和电能系统有它的作业之外,对电池的可靠性,生产中的质量可靠性这方面也做了更多的作业。

  这儿特别提一下,在2018年的时分,日本结合了丰田、本田、日产在内的23家轿车电池资料的企业还有相关的研讨所,总共投入了100亿日元,专门开发下一代的动力电池轿车。后边我会再给咱们介绍一下固态电池相关的状况。

  从上面的剖析来看,由于根据方才所说的未来的需求,实践上动力电池现已成为一个各个当地的像动力电池技能强国争分夺秒的一个战场,咱们期望都能够在这个技能上抢先占据制高点。

  咱们国家在动力电池实践也安置了很详细的国家科技规划,比方节能与新动力轿车的国家规划、“十三五”计划新动力轿车要点方向,“我国制作2025”“轿车工业中长时刻展开规划”,得对电池的技能展开制订了详细的道路图,比方我国制作从2025年到2030年都有详细的道路,总的来看现在咱们动力电池的展开也是依照它的动力电池道路来完成的。

  比方科技部“十三五”关于电动轿车要点研制方向的动力电池安排,包含了电池、电机、电控三大方面,都包含在里边了,在电池里边要点是要打破动力电池的新资料、新系统,高比能锂离子电池、高功率电池、动力电池系统、测验评价等相关的办法。总的方针,工业化的方针,锂离子电池技能要到达300瓦时/公斤,动力电池系统210瓦时/公斤。

  在201中国电科十八所丁飞:动力电池开展现状及趋势8年的时分,咱们对整个“十三五”项目进行了中期的查看或许监督,根本上咱们现在这个项目展开的比较顺利,应该说能够完成方才的方针。一起,像轿车工业协会现已开端安排2035年前的新动力轿车道路图,在9个专项里边其中有4个专项是与动力电池相关的,咱们十八所和中科院物理地址联合牵头做动力电池技能道路。

  下面说一下动力电池详细技能上的一些展开状况。

  在曩昔的三个“五年计划”里边,咱们的动力电池伴跟着整个锂离子电池的工业展开,咱们通过了从最早的钴酸锂动力电池系统,通过中心的磷酸铁锂,现在根本上现已稳定为三元电池为主,统筹磷酸铁锂这么一个电池的主系统。现在咱们这些电池从开端的130瓦时/公斤,现已展开到现在250瓦时/公斤,现在高一点做到220瓦时/公斤,能够说很好的支撑咱们对混合动力、动力电池相关的技能要求。

  现在现已工业化的电池的一些系统,比方磷酸铁锂、石墨的系统,特色便是本钱比较低,能量密度能够做到180瓦时/公斤,现在首要在大巴车上运用。钴酸锂和石墨,它的特色便是本钱比磷酸铁锂略高一点,可是它的一些功能比磷酸铁锂好,它也是用在大巴上,尤其是混合动力上钴酸锂用得更多一点。

  下面几行都是三元的系统,三元电池的系统它的能量密度在250瓦时/公斤或许往上一点,首要用在乘用车里边、平常的私家车里。

  我整理了一下2014—2018年乘用车范畴所运用的动力电池改变的状况,对乘用车混合动力,2014年的时分是磷酸铁锂为主,到现在根本上以三元资料为主。纯电动2014年是磷酸铁锂占70%,第一批的电动车根本都是磷酸铁锂的,现在看纯电动车的车拥车90%以上都是用三元的资料,现在咱们在市面上新出的300公里以上的车,能量密度也从开端的90瓦时、100瓦时,进步到现在的系统渠道技能,大约在120瓦时/公斤左右。

  关于乘用车,前期也是磷酸铁锂为主,现在混合动力根本上选用了钴酸锂这个系统,乘用车也是,前期磷酸铁锂占了很大份额,现在也有一部分钴酸锂系统。

  咱们电池系统能量密度的改变,实践上磷酸铁锂的能量密度跟三元密度是挨近的,大约都在120瓦时/公斤,实践上三元的能量密度比磷酸铁锂高许多,首要由于三元用在小车里边,小车遭到空间和一些要求比较高的限制,三元电池的本钱功率相对要比在大巴车的本钱功率低,所以最终归纳起来能量密度这两个系统,单看能量密度是相同的,120瓦时/公斤左右。

  下面几页说了一下现在动力电池一些详细的技能状况。刚刚说了,现在动力电池单体能量密度能够做到250瓦时/公斤做到200瓦时/公斤之间。2018年推出了,现在市面上300公里以上的电动车,人家能量密度不会到达200瓦时/公斤。

  在快充技能方面,这些年咱们也获得了很大的进步,做的比较好的其中有一个是北京的单位,别的还有浙江的微宏动力,在快充方面,咱们现在现已能够做到一些车辆类型现已能够做到10分钟充电80%,循环在1000次左右,根本上思路仍是资料到电解液的现在规划,尽量操控它的内阻,比方过程中遇到的一些安全性问题要提早做好规划。前期2010年左右的时分,那时分车单体做到100瓦时/公斤,现在单体能中国电科十八所丁飞:动力电池开展现状及趋势够做到180—200瓦时/公斤,这个根底进步首要根据蔡老,资料技能这些年关于资料的低温功能和导电性、治理性不断进步,咱们电池重要的是比之前能量密度简直翻了一番。

  咱们“十三五”现在的一个推进专项的项目展开状况,现在资料方面,咱们正极资料能够做到400安时/克,简直在“十三五”前的方针上涨了挨近反倍的方针。咱们也开发出了300瓦时/公斤工程级的,很快应该能够在车辆上进行测验。

  快充方面,包含电池方面都取得了很好的展开。

  300瓦时/公斤电池是现在动力电池里边职业竞赛的热门,除了宁德年代、立神、国轩、中航之外,一些首要的项孚能、盟固利等等都在里边,也取得了比较好的效果。

  下一步锂离子,区块链是350—400公里/公斤,这儿面提一下,初次开发的资料,到达400毫安时/克以上,不只运用于现在400瓦时/公斤的规划,200左右的也有触及。锂空气电池、锂硫电池、固态电池,这些系统存在的问题循环寿数还不可。

  方才说了固态电中国电科十八所丁飞:动力电池开展现状及趋势池,现在说是国内外研讨的一个要点,这儿面没有可燃的业态电解液,便是用高离子固体电解质代替现在电池里边的可燃性有机电解液的。除了电解液的进步,能量密度、循环寿数都能够有必定的进步。

  国际上像美国、加拿大、欧言、法国、德国、中日韩都在做,美国和欧洲首要的技能道路是以加上一些垫电解质。日本、韩国坚持以无记位改造他们一向坚持用全固态的固态电池,这样能确保电池肯定的安全性。像风电提出的技能,这个技能能大幅度进步固态电池的能量密度,一起这套技能开发成功今后在业态电池里边也能够做一个推行。

  咱们国家现在应该说全世界固态电池研制最炽热的当地,咱们国内的研制技能道路现在选用的是有机无机复合参加业态的电解液,第一步,咱们叫工业复合,在这个根底上咱们再全固态电解质,物理一切一个草创的北京湛蓝公司,清华大学在昆山有一个健康育人,宁波所他们有一个公司赣锋锂业公司协作的。咱们公司从资料开端到电池都有相关的协作专利,咱们前期做的固体电池。咱们还提出过聚合物电解质,咱们这个电解质和其他电解质比较,我在运用上是不需要家我的。现在是有机、无机契合去做,我觉得再过一两年工程扩大的一些问题咱们第一代的固态电池或许影响仍是比较大的。

  说一下咱们国家动力电池工业化的状况。咱们国家动力电池的工业化状况,现在展开的仍是比较敏捷的,母亲来看,根本上形成了四个首要的集合区,比方珠三角、长三角、经济区域,从电池、光间资料、系统集成、收回进步、评价商场都形成了完好的工业链。

  当然咱们现在也能够看到,从2025年今后,实践上相关的电池工业现已开端举重,便是工业的集中度在逐渐进步。现在咱们有90家家企业啪啪声音,实践上咱们现在的规划产能现已超过了2020年预期的产能,后边这段时刻里估量有的企业会从工业链里边出局。

  这些年咱们的工业展开一个特色便是说,整个动力电池的数字化、智能化、信息化每年的十分好,曾经都是公司自己做,他要供给完好的动力电池的计划。

  在数字化智能化的根底上,咱们从操控点Cpk来看2094增长到1.33,总的合理率从曾经的90%进步到现在的99.8%。

  最终提一下资源的问题。前一段也和有一些人提出这个疑问,动力电池这么快的进行扩张之后,重要的矿山够不够,在IEA的计算里边,跟着资料技能的进步,对一些资料的含量是下降的,对锂元素、镍元素2018年的时分需求量也开端往下走了。

  最终快速说一下储能电池“十三五”的展开和“十四五”的方针。

  储能电池方才咱们知道,除了物理电能像抽水蓄能、压缩空气,化学储能里边,除了锂离子电池之外,还有液流电池、铅炭、钠硫电池的系统。

  这是“十三五”期间电网根底支撑的项目,包含锂离子电池、高速飞轮、业态金属、海水储能相关的项目。

  前一段总结的时分,现在能够做到这样,锂离子储能电池循环寿数大于1万次,本钱小于100美元,百兆瓦储能系统现已落地。液流电池方面,大化所完成了200兆瓦、800兆瓦时的验证,能量密度不小于67%,咱们钠离子电池储能系统也开端运转。

  锂离子电池储能产品是现在展开比较快的一个技能道路,它跟动力电池相同也是分两大类,一类是磷酸铁锂的,一类是三元资料的,韩国用的比较多的是三元资料的系统,咱们国内根本上用的磷酸铁锂。

  从电站的视点,从10兆瓦的演示电站现在也在百兆瓦电池开端有一些在建,我觉得电站实践运营中还有许多科学和技能问题进一步去剖析,像韩国前一段储能电站出了问题,后边实践运用中还有许多问题需要去处理。

  这是我对未来储能技能展开趋势的主意,我觉得现在来看,锂离子电池在2020年之前完成1万次能量功率90%、度电本钱4毛/度,这是电池单体,也不是电站。现在这个方针是没问题的,是能够做到的。

  “十四五”的时分,方针是期望要做到1500次循环,能量功率持续坚持大约90%,度电本钱期望降到2毛/度电,现在来看,有必定的或许性,可是技能难度仍然很大,关于锂离子电池来讲。一起我想其他新式的储能技能,比方说储热、储电的协同,压缩空气,纳离子电池储能、相片储能这些,我觉得只需找到适合的相关的地址,这些储能技能仍是很有或许去推翻现在锂离储能技能的。

 

中国电科十八所丁飞:动力电池开展现状及趋势

中国电科十八所丁飞:动力电池开展现状及趋势 (责任编辑:DF378)

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