动力电池

为工具提供动力来源的电源
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结构

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1、电池盖 [2]
动力电池-镍氢电池
2、正极—— 活性物质 氧化钴
3、隔膜——一种特殊的 复合膜
4、负极——活性物质为碳
5、有机 电解液
6、电池壳

产品特点

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  1. 1.
    高能量和高功率;
  2. 2.
    高能量密度;
  3. 3.
    高倍率部分荷电状态下(HRPSOC)的循环使用;
  4. 4.
    工作温度范围宽(-30 ~65℃);
  5. 5.
    使用寿命长,要求5—10年;
  6. 6.
    安全可靠。

应用

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  1. 1.
    汽车和摩托车行业。主要是为发动机的起动点火和车载电子设备的使用提供电能;
  2. 2.
    工业电力系统。用于输变电站、为动力机组提供合闸电流,为公共设施提供备用电源以及通讯用电源;
  3. 3.
    电动汽车和电动自行车行业。取代汽油和柴油,作为电动汽车或电动自行车的行驶动力电源。
锂铁电池 是2000年后由美国永备公司所推出来并得到成功市场化的新型绿色高能 化学电源 ,在应用于需要的高能量高功率电源的 电子设备 电动玩具 方面,显示了非常优越的性能。在中等 放电电流 以上时,锂铁电池的放电时间可达 碱锰电池 的6倍左右;而与 镍氢电池 相比,其 放电电压 平稳, 储存时间 具有 显著优势
总的来说,锂铁电池具有以下突出优点:
1、与碱锰电池的可 互换性 ,在任何用途上都可以和 碱性锌锰电池 相互换;
2、具有更长的 工作时间 和更高更平的 工作电压 ,尤其是在中等电流以上放电;
3、环保绿色电源,不使用任何汞、铬、铅等 有毒物质
4、储存性能好,放置期可以长达10年。
电池型号:LFB14505(AA)
放电容量 :大于2700mAh(在1000mA放电电流下)
放电电压:~1.45V(在200mA的放电电流下)
储存寿命 :10年
由于 镍镉电池 (Ni-Cd)中的镉有毒,使 废电池 处理复杂,环境受到污染,因此它将逐渐被用 储氢合金 做成的 镍氢充电电池 (Ni-MH)所替代。从电池电量来讲,相同大小的镍氢充电电池电量比镍镉电池高约1.5~2倍,且无镉的污染,现已经广泛地用于移动通讯、笔记本计算机等各种小型便携式的电子设备。镍氢电池是有 氢离子 金属镍 合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染。更大容量的镍氢电池已经开始用于汽油/电动 混合动力汽车 上,利用镍氢电池可快速充放电过程,当汽车高速行驶时,发电机所发的电可储存在车载的镍氢电池中,当车低速行驶时,通常会比高速行驶状态消耗大量的汽油,因此为了节省汽油,此时可以利用车载的镍氢电池驱动电动机来代替内燃机工作,这样既保证了汽车正常行驶,又节省了大量的汽油。 [3]

分类

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  1. 1.
    铅酸蓄电池
  2. 2.
    镍镉蓄电池
  3. 3.
    镍氢蓄电池
  4. 4.
    铁镍蓄电池
  5. 5.
    钠氯化镍蓄电池
  6. 6.
    银锌蓄电池
  7. 7.
    钠硫蓄电池
  8. 8.
    锂蓄电池
  9. 9.
    空气蓄电池(锌空气蓄电池、铝空气电池)
  10. 10.
    燃料电池 燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置,他的正极是氧电极,负极是氢或碳氢化合物或乙醇等燃料电极。催化剂在正极催化氧的还原反应,从外电路向氧电极反应部位传导电子;在负极催化燃料的氧化反应,从反应部位向外电路传导电子;电解液输送燃料电极和氧电极反应产生的离子,并且阻止电子的传递。电子通过外电路作功,并形成电的回路。只要燃料和氧不断地从装置外部供给电池,就有放电产物不断地从装置向外排出(氢氧燃料电池)。
  11. 11.
    太阳能蓄电池
  12. 12.
    超容量电容器
  13. 13.
    飞轮电池
  14. 14.
    钠硫电池。钠硫电池的理论比容量可达760 W?h/kg,实际已达到300 W?h/kg,且充电持续里程长,循环寿命长。
负极的反应物质是熔融的钠在负极腔内,正极的反应物质是熔融的硫在正极腔内。正极和负极之间用α―Al2O3电 绝缘体 密封。正极腔和负极腔之间有β―NaAl11O17陶瓷管 电解质 。电解质只能自由传导离子,而对电子是绝缘体。当 外电路 接通时,负极不断产生 钠离子 并放出电子,电子通过外电路移向正极,而钠离子通过β―NaAl11O17电解质和正极的反应物质生成钠的 硫化物

推广瓶颈

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新能源汽车

新能源汽车因其节能和环保的特性被看好,但是其产业化面临最大问题是居高不下的销售价格。从国外 混合动力汽车 看,同类型的 混合动力 和燃油型丰田 凯美瑞 差价达到8-10万元,而国内 比亚迪 纯电动车型E6与同类型的 燃油车 的差价更是高达20多万。虽然新能源汽车后期的运营和维护成本低廉可以逐步填平一次购置的差价,但是高额购置价格无疑成为阻碍新能源汽车产业化的重要障碍。
新能源汽车价格之高源于动力锂电池
新能源汽车主要由电池 驱动系统 、电机系统和电控系统及组装等部分组成。其中电机、电控及组装和传统汽车基本相同,差价的原因在于电池驱动系统。从新能源汽车的成本构成看,电池驱动系统占据了新能源汽车成本的30-45%,而动力锂电池又占据电池驱动系统约75-85%的成本构成。
解决新能源汽车高价格的核心是降低动力锂电池一次 采购成本 。市场上已经商业化的动力锂电池主要包括 磷酸铁锂电池 锰酸锂电池 三元材料 电池等,中国市场以 磷酸铁锂 为主,日韩大多选择 锰酸锂 和三元材料的 混合电池 体系。赛迪经智 统计 数据显示 国内的磷酸铁锂电池售价约在3-4元/Wh,锰酸锂和三元材料电池约在4-5元/Wh。考虑不同类型新能源汽车的 电池容量 插电式混合动力汽车 的电池容量是10-16kWh, 纯电动汽车 的电池容量24-60kWh,纯电动大巴的电池容量一般是200-400kWh,对应电池售价在3-5万元、7-18万元和60-120万元水平,如此高昂的电池价格是新能源汽车价格居高不下的主要原因。
电池成本降低之路:规模化和回收资源化先行
降低电池成本,一直都是产业内重要的解决方向。除了电池体系改善和使用寿命提升带来成本降低外,当前主要的降成本方案是规模化和回收资源化。以全球新能源汽车最为成功的企业 特斯拉 来看,其使用18650 圆柱电池 (电池型号:直径18mm,长度65mm)因规模扩大从2007年到2012年成本约下降了40%左右。未来随着新能源汽车的普及动力电池的规模化生产,电池成本会进一步降低到2元/Wh以下,从而达到《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中2015年的规划目标。
在资源化利用上,动力锂电池还存在回收体系不完善,回收价值偏弱的问题。虽然国内也涌现出了像 格林美 和湖南邦普等大型回收企业,但是动力锂电池回收存在回收成本高、回收产业链不完善的问题。动力锂电池的回收资源化需要充分借鉴 铅酸电池 回收利用的经验。铅酸电池建立了完备的回收网点和回收产业链,一般铅酸电池在回收时具备30%的回收价值。
动力锂电池再利用:电池成本降低的新路径
动力锂电池再利用是指介于新能源汽车和动力锂电池资源化的中间环节,通过对汽车使用后的动力电池进行拆解、检测和分类后的二次使用,实现动力电池梯级,从而实现动力电池30-60%的成本降低目的。一般来说,新能源汽车对动力锂电池报废的标准是电池容量低于80%,如果 剩余容量 还在70-80%电池直接进行资源化回收是极大的浪费,做好动力锂电池再利用对电池成本的降低尤为重要。
国家政策 支持动力锂电池在利用的产业化探索。2012年7月出台的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》明确提出“制定动力 电池回收 利用 管理办法 ,建立动力电池梯级利用和回收 管理体系 ,明确各 相关方 的责任、权利和义务。引导动力电池生产企业加强对废旧电池的回收利用,鼓励发展专业化的电池回收利用企业。”国家从规划层面给动力电池再利用提供了方向。
新能源汽车动力锂电池再利用领域主要瞄准ICT领域、家庭以及 可再生能源发电 储能等领域。虽然动力锂电池再利用实践在国内还未开展,但是在日本、美国已经有多年的示范经验。日韩从新能源汽车发展伊始就开始着力动力电池再利用的研究,这些前期研究工作给我国开展电池再利用研究提供了很好的借鉴。
多方合作建立新型的动力锂电池再利用 商业模式
动力锂电池再利用商业模式需要建立多方面的合作机制。首先是动力锂电池的回收需要遵循“谁制造谁回收”责任体制,通过推行回收 责任制 建立回收利用网络,保证再利用电池来源。再利用核心主要包括电池回收、电池评价和二次再装配利用等环节,由于再回收和新能源汽车运营中的电池运营商密切相关,建议由运营商、汽车厂和电池企业合资建立电池服务模块,承担动力锂电池的再利用业务,对再装配电池可以考虑通过电池租赁或者零售等方式应用在 终端客户 上。
动力锂电池再利用商业模式
动力锂电池再利用终端主要瞄准家庭储能、店铺、新能源 分布式发电 防灾据点 以及通讯基站应用等领域。储能领域应用对能量密度的要求不高,但是对循环寿命和价格要求相对较为苛刻,考虑电池回收、转换及运输等多重成本,车用废旧电池实际的回收价值将不到新电池成本的10%,在价格上可以满足储能的要求,但是循环寿命的验证还需要在电池设计时予以考虑, 保证在 储能利用环节的寿命要求。
动力锂电池再利用的 基础研究 是电池再利用 产业发展 的关键,需要政府部门整合资源推进再回收示范工程实践。由于我国 新能源汽车产业 链条中各自为战的态势,车企、电池企业或者运营商主动牵头从事电池再利用的研究具有较大的难度,通过 政府组织 示范工程推进我国动力电池再利用的标准建立和应用实践尤为重要。此外,我国从 奥运会 世博会 以及各地最早运营的示范项目的新能源汽车电池逐渐进入淘汰期,如何结合这些淘汰电池进行再利用应用实践也更为迫切。
研究机构EVTank预计到2030年,随着大量的汽车动力电池进入到回收利用环节,中国锂离子电池回收量将达到602.8万吨,其市场规模将突破千亿元。 [10]
动力电池再利用业务的风险所在
动力电池再利用和回收都是我国的新能源汽车产业链考虑较少的环节,而渐行渐近的新能源汽车产业化带来的巨量动力锂电池处理已经成为急迫解决的问题。据赛迪经智研究结果,预计2015年,动力锂电池累计报废量约在2-4万吨左右,到2020年前后,我国新能源汽车动力锂电池累计报废量将达到12-17万吨的规模。如此巨大的电池回收量需要提前进行动力锂电池再利用业务的研究和商业模式的摸索。
动力锂电池再利用获益空间的不确定。虽然从动力锂电池企业提供的电池数据显示,新能源汽车淘汰的电池还将保留70-80%的 有效能量 ,而且在成本上具备较强的优势,但是电池在利用领域主要集中储能领域还面临诸多挑战。我国的储能电池还是集中在通讯基站储能和大型数据中心、银行等 UPS 储能,而且主流储能方式还是铅酸电池,这些领域动力锂电池再利用的替代还存在 不确定性 。此外针对新能源储能,还受限于国家在新能源分布式发电领域的支持力度。 [2]

电池隔膜

在全球重点发展电动车、储能电池等 新能源产业 的环境下,锂电池做为公认的理想 储能元件 ,得到了更高的关注。我国也在动力电池领域投入了巨大的资金和政策支持,已经涌现了 比亚迪 、比克、力神、 中航锂电 等全球电池行业引人注目的骨干企业。正极材料、 负极材料 电池隔膜 电解液 是锂电池最重要的四项原材料, 锂电池隔膜 由于 投资风险 大、技术门槛高,一直未能实现国内 大规模生产 ,成为制约我国锂电池行业发展的瓶颈,特别是在对安全性、一致性要求更高的动力 锂离子电池 领域,更是我国从锂电池生产大国到锂电池生产强国难以逾越的障碍。
锂电隔膜 的主要 生产工艺 可分为干法和湿法两大类。车用动力电池容量大,安全性要求高,这也要求隔膜具有更高的强度、保液能力及安全温度。干法工艺可以采用多层复合的形式,该种隔膜具有结构安全、孔隙均匀、透气性好、 耐高温性 好等诸多优势,完全满足于动力锂电池的严格要求,国内外众多的动力电池厂商均认可该种工艺的隔膜是动力锂电池的应用方向。
全球锂电池产能急速扩张,做为主要材料的锂电池隔膜产能 增长速度 呈现滞后的局面,已经有众多的电池厂家不同程度的表示了隔膜紧缺,隔膜材料产能的提高不仅对我国锂电池乃至世界锂电池产业的发展都是一个迫切的要求。因而,在国内尽快的涌现出更多的星源材质一样的 民族企业 是完善我国锂电池行业产业链,提升我国锂电池生产企业竞争和可持续发展能力的重要举措,也是关乎我国新能源汽车产业快速发展的关键环节。 [4]

优势

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  1. 1.
    超长寿命,长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右,最高也就500次,而生产的磷酸铁锂动力电池,最好的电池循环寿命可达到2000次以上,标准充电(5小时率)使用,可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”,最多也就1~1.5年时间,而磷酸铁锂电池在同样条件下使用,将达到7-8年。综合考虑,性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。 [5]
  2. 2.
    使用安全, 磷酸铁锂 完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题,钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁,而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。
  3. 3.
    可大电流2C快速充放电,在专用充电器下,1.5C充电40分钟内即可使电池充满,起动电流可达2C,而铅酸电池无此性能。
  4. 4.
    耐高温,磷酸铁锂电热峰值可达350℃~500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
  5. 5.
    大容量。
  6. 6.
    无记忆效应。
  7. 7.
    体积小、重量轻。

相关政策

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2015年3月27日,工信部发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》。《汽车动力蓄电池行业规范条件》是在 新能源汽车 快速增长、动力蓄电池行业能力、水平制约突出的背景下制定发布的,将着力解决动力电池企业良莠不齐, 企业规模 偏小,低水平重复建设等问题,进一步引导和规范行业发展。《汽车动力蓄电池行业规范条件》按照企业自愿申请、政府 服务行业 的思路,以动态公告的方式,实施对汽车动力蓄电池企业的监督管理。
据悉,《汽车动力蓄电池行业规范条件》对汽车动力蓄电池生产企业提出具体要求,规定 锂离子 动力蓄电池单体企业年产能力不得低于2亿瓦时,系统企业年产能力不得低于1万套或2亿瓦时。 [6]
2016年1月底,工信部、发改委、环保部、商务部、 质检总局 五部委在2015年9月出台的 征求意见稿 基础上,正式联合下发《电动汽车动力电池回收利用技术政策(2015年版)》。尽管这一政策并非强制性政策,但还是足以说明政府对于这一问题的重视程度。 [7]
2017年3月,国家工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部联合印发《 促进汽车动力电池产业发展行动方案 》,提出加快提升我国汽车动力电池产业 发展能力 和水平,推动 新能源汽车产业 健康可持续发展。到2020年,动力电池行业总产能超过1000亿瓦时,形成产销规模在400亿瓦时以上、具有 国际竞争力 的企业。 [8]
2018年7月31日,新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台在北京启动运行。 [1]
2025年1月8日消息,国家发展改革委、财政部发布关于2025年加力扩围实施大规模设备更新和消费品以旧换新政策的通知。通知提出,提高新能源城市公交车及动力电池更新补贴标准。加力推进城市公交车电动化替代,更新车龄8年及以上的城市公交车和超出质保期的动力电池,平均每辆车补贴额由6万元提高至8万元。各地可保持动力电池更新补贴标准基本稳定,并自主确定车辆更新补贴标准。交通运输部指导各地区做好优惠政策衔接和平稳有序过渡。 [17]
2025年4月14日,记者从工业和信息化部了解到,我国将于2026年7月1日起开始实施电动汽车用动力蓄电池新的国家标准。《 电动汽车用动力蓄电池安全要求 》的新标准中包括7项单体测试,17项电池包或系统测试等内容。这次修订主要新增电池底部撞击测试、快充循环后安全测试等试验项目,加强热扩散等安全要求,将动力电池起火、爆炸前5分钟报警提升至不起火、不爆炸,从产品设计端降低动力电池自燃事故发生率,进一步保障消费者生命财产安全。 [18]

销量

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2024年7月10日,中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示,2024上半年中国动力和其他电池累计销量402.6GWh,同比增长40.3%。其中,动力电池累计销量为318.1GWh,同比增长26.6%;其他电池累计销量为84.5GWh,同比增长137.3%。 [11] 2024年上半年我国动力电池累计装车量203.3GWh,同比增长33.7%。 [12]

应用成果

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截至2022年6月底,我国动力电池装机量累计达531.9吉瓦时,保持全球领先。在车用动力电池方面,2022年上半年我国动力电池装车量110.1吉瓦时, 同比增长 109.8%。其中三元电池装车量占比41.4%,同比增长51.2%; 磷酸铁锂电池 装车量占比58.5%,同比增长189.7%。我国已形成涵盖基础材料、 电芯 单体、电池系统、制造装备的完整产业链, 负极材料 全球 市场占有率 达到90%, 隔膜材料 自主供给率超过90%。三元电池、磷酸铁锂电池的系统 能量密度 处于国际领先水平。我国动力电池标准出台数量占全球比重超过40%。 [9]

相关数据

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2024年8月11日,新京报贝壳财经记者从中国汽车动力电池产业创新联盟官方获悉,2024年7月我国动力电池装车量41.6GWh(吉瓦时),环比下降2.9%,同比增长29%;1-7月,我国动力电池累计装车量244.9GWh, 累计同比增长32.8%。 [13] 10月8日,记者从研究机构SNE Research发布的最新数据中获悉,2024年前8个月,全球登记的电动汽车(EV、PHEV、HEV)电池总装机量约为510.1GWh(吉瓦时),较2023年同期增长21.7% [14]
2024年11月11日,中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示,2024年10月,我国动力和其他电池销量110.3GWh,环比增长6.2%,同比增长47.4%。其中,动力电池销量79.1GWh,占总销量的71.7%,环比增长3.3%,同比增长30.6%。2024年前10个月,我国动力和其他电池累计销量796GWh,同比增长43.2%。其中,动力电池累计销量604.5GWh,占总销量的75.9%,同比增长26.7%。 [15]
2024年12月11日,中国汽车动力电池产业创新联盟发布数据显示,11月,国内动力电池装车量67.2 GWh,同比增长49.7%。 [16]
中国市场监管部门2025年10月17日在北京召开的新闻发布会上披露,2024年中国国内动力电池回收量突破30万吨,对应市场规模超480亿元(人民币,下同),预计到2030年国内市场规模将突破千亿元。 [19]