1、 新能源汽车电池的现状与前景新能源汽车电池的现状与前景Status and Trends in the xEVs BatteriesStatus and Trends in the xEVs Batteries胡胡 信信 国国哈哈 尔尔 滨滨 工工 业业 大大 学学天天 赐赐 高高 新新 材材 料料 股股 份份 公公 司司2009.11.142009.11.141第1页，共83页。新能源汽车技术新能源汽车技术HEV Hybrid Electric Vehicles（混合电动车）混合电动车）BEV Battery Electric Vehicles（电池电动车）（电池电动车）FCV Fuel C
2、ell Vehicles（燃料电池车）（燃料电池车）FFV Flex Fuel Vehicle（节省燃料车）（节省燃料车）PHEV Plug in Hybrid Electric Vehicle（插电式混合电动车）（插电式混合电动车）FFV Flex Fuel Vehicle（节省燃料车）（节省燃料车）ICE Internal Combustion Engine/Traditional Gasoline（内燃引擎车）（内燃引擎车）2第2页，共83页。各种不同的混合电动车各种不同的混合电动车混合电动车、电动车与内燃引擎车的能源效率混合电动车、电动车与内燃引擎车的能源效率3第3页，共83页。各种不
3、同的混合电动车各种不同的混合电动车对功率和能量的要求对功率和能量的要求4第4页，共83页。各国重点发展的混合电动车各国重点发展的混合电动车Plug-in Hybrid（PHEV）插电式混合电动车系统（插电式混合电动车系统（PHEV）5第5页，共83页。全球混合电动车的销售状况全球混合电动车的销售状况2000-2008年全球混合电动车的销售量（辆）年全球混合电动车的销售量（辆）6第6页，共83页。全球混合电动车的销售状况全球混合电动车的销售状况2008年年HEV制造商制造商的市场份额的市场份额7第7页，共83页。混合电动车的市场混合电动车的市场 （20042010年）年）HEV市场：全球每年销售
4、数量市场：全球每年销售数量8第8页，共83页。2010年混合电动车的市场份额达到年混合电动车的市场份额达到32010年全球销售汽车年全球销售汽车6500万辆，其中万辆，其中HEV超过超过200万辆占万辆占32020年混合动力汽车占全球汽车市场份额的年混合动力汽车占全球汽车市场份额的309第9页，共83页。全球混合电动车的产量预测全球混合电动车的产量预测2002-2020年世界各种混合电动车的产量预测年世界各种混合电动车的产量预测10第10页，共83页。全球混合电动车的市场预测全球混合电动车的市场预测20102050年全球年全球HEV/PHEV的新车市场份额预测的新车市场份额预测11第11页，共
5、83页。全球可充电池市场全球可充电池市场19942008年年全球可充电池销售额全球可充电池销售额（百万美元）（百万美元）SOURCE：THERECHARGEABLEBATTERYMARKET2008 2020 AVICENNE,JUNE200912第12页，共83页。全球可充电池市场全球可充电池市场 2008年年全球可充电池销售份额全球可充电池销售份额（按应用领域分类）（按应用领域分类）13第13页，共83页。EV/HEV/PHEVEV/HEV/PHEV电池的分类电池的分类14第14页，共83页。xEVxEV市场带动了美国电池市场市场带动了美国电池市场Ni-MHNi-MH电池电池2008200
6、8年占标准年占标准HEVHEV市场市场 100%100%20152015年占年占707020202020年降至年降至3030Li-ionLi-ion电池电池PHEV/EVPHEV/EV应用的需求应用的需求20152015年在年在HEVHEV应用应用303020202020年在年在HEVHEV应用应用707015第15页，共83页。混合电动车电池组的市场混合电动车电池组的市场 （20002010年）年）16第16页，共83页。混合电动车的进程混合电动车的进程 局部技术展示和商业化进程局部技术展示和商业化进程17第17页，共83页。混合电动车电池的商业化进程混合电动车电池的商业化进程 美国能源部发
7、展路径：美国能源部发展路径：HEV-PHEVEVCommercialized Phase 1:Materials Development Phase 2:CellDevelopment Phase 3:BatteryDevelopment Phase 4:CostReductionIntermediate termLong-term,exploratoryNear market-ready45671 28 9Commercialization1.Li Metal Polymer2.Li/Sulfur system3.Li alloy/high V TMO system4.Li titanate
8、/Mn spinel -Enerdel5.Graphite/Mn spinel -CPI/LG Chem6.Graphite/Iron phosphate -A123Systems7.Graphite/Nickelate -Johnson Controls-Saft8.Ultracapacitors -Nesscap,Maxwell9.Low cost separators -Celgard,UMT,AMS10.NiMH -Cobasys,Saft,Varta成本目标成本目标3研究目标研究目标100 Wh/kg(by 2010)150 Wh/kg(by 2015)Specific Energy
9、:HEV:PHEV:$20/kW(by 2010)$250/kWh(by 2015)18第18页，共83页。Ni-MHNi-MH电池电池-当前当前HEVHEV首选（辅助动力性能要求）首选（辅助动力性能要求）7.2 V6.5 Ah X 20 144 V用用Ni-MHNi-MH电池的本田电池的本田HEVHEV“InsightInsight19第19页，共83页。松下提供松下提供 Ni-MH Ni-MH 电池累计超过电池累计超过 2000 2000 万只万只Ni-MH Ni-MH 电池电池 7.2 V 6.5 Ah(1 kg)X 28 7.2 V 6.5 Ah(1 kg)X 28 201 V 39
10、kg 20 kw 12V 201 V 39 kg 20 kw 12V 铅酸电池铅酸电池1 1只只世界最高水平的输入世界最高水平的输入 输输出密度出密度540W/kg 540W/kg 重量轻重量轻 寿命长寿命长201V 6.5Ah(C/3)201V 6.5Ah(C/3)用用 Ni-MH Ni-MH 电池的丰田电池的丰田 HEVPriusHEVPriusToyotaToyota THS Hybrid THS Hybrid 并并联式油电联式油电混合动力混合动力系统系统 20第20页，共83页。用用Ni-MHNi-MH电池的丰田混合动力电池的丰田混合动力CAMRYCAMRY采用采用丰田丰田THSTHS
11、全全混合动力混合动力系统系统（混联式（混联式混合动力混合动力系统）系统）车载车载Ni-MH电池电池21第21页，共83页。PHEVPHEV插电式混合电动车市场化的问题插电式混合电动车市场化的问题 PHEVPHEV插电式混合电动车插电式混合电动车 提供提供60km60km电驱动要求比现在的电驱动要求比现在的PriusPrius 高高1212倍的电池容量倍的电池容量电池创新要求电池创新要求 提高电池容量提高电池容量 降低电池价格降低电池价格 延长电池寿命延长电池寿命解决方案解决方案 锂离子电池取代锂离子电池取代Ni-MHNi-MH电池电池JaycieChitwoodSenior Strategic
12、 PlannerAdvanced TechnologiesDepartmentToyota Motor Sales,USA MIT能源大会奥巴马：美国汽车产业的技术方向是插电式电动车奥巴马：美国汽车产业的技术方向是插电式电动车22第22页，共83页。混合电动车电池是一个复杂系统混合电动车电池是一个复杂系统 电池组包括：模块、动力电子部件、控制系统电池组包括：模块、动力电子部件、控制系统23第23页，共83页。电池在电池在EVs/HEVs/PHEVs 中的应用状态中的应用状态24第24页，共83页。EV/HEV中应用的动力电池比较中应用的动力电池比较25第25页，共83页。EV/HEV中应用的动
13、力电池比较中应用的动力电池比较26第26页，共83页。EV/HEV中应用的动力电池比较中应用的动力电池比较20kWh电动汽车动力电池性能比较电动汽车动力电池性能比较27第27页，共83页。动力铅酸蓄电池技术的最新进展动力铅酸蓄电池技术的最新进展双极陶瓷隔膜双极陶瓷隔膜VRLA电池电池-Effpower Battery(Volvo与与Optima合作研发）合作研发）28第28页，共83页。铅酸蓄电池技术的最新进展铅酸蓄电池技术的最新进展双极陶瓷隔膜双极陶瓷隔膜VRLA电池电池-Effpower Battery(Volvo与与Optima合作研发）合作研发）29第29页，共83页。铅酸蓄电池技术的
14、最新进展铅酸蓄电池技术的最新进展美国美国NASA技术开发的泡沫石墨铅酸蓄电池技术开发的泡沫石墨铅酸蓄电池抛弃铅板栅，保留活性物质，用泡沫石墨代替铅（抛弃铅板栅，保留活性物质，用泡沫石墨代替铅（70Pb）30第30页，共83页。铅酸蓄电池技术的最新进展铅酸蓄电池技术的最新进展美国美国Axion动力国际公司开发了电池动力国际公司开发了电池/超级电容器混合的超级电容器混合的 Pb-C电池技术电池技术31第31页，共83页。铅酸蓄电池技术的最新进展铅酸蓄电池技术的最新进展美国美国Axion动力国际公司开发了电池动力国际公司开发了电池/超级电容器混合的超级电容器混合的 Pb-C电池技术电池技术主要优点：
15、主要优点：1、循环寿命长、循环寿命长2、快速充电倍率、快速充电倍率3、负极没有硫酸盐化问题、负极没有硫酸盐化问题4、较轻的重量、较轻的重量5、较高的动力容量、较高的动力容量32第32页，共83页。铅酸蓄电池技术的最新进展铅酸蓄电池技术的最新进展超级电池一种铅酸电池和超级电容器的混合储能装置超级电池一种铅酸电池和超级电容器的混合储能装置HEV用用12V8.5Ah超级电池超级电池比现在用电池便宜比现在用电池便宜7033第33页，共83页。铅酸蓄电池技术的最新进展铅酸蓄电池技术的最新进展HONDA 组装的超级电池组组装的超级电池组34第34页，共83页。铅酸蓄电池技术的最新进展铅酸蓄电池技术的最新进
16、展超级电池安装在超级电池安装在HONDA Isight混合电动车替代混合电动车替代Ni-MH电池电池35第35页，共83页。铅酸蓄电池技术的最新进展铅酸蓄电池技术的最新进展高碳高碳VRLA电池电池36第36页，共83页。现在的锂离子电池和现在的锂离子电池和 HEVs 的目标比较的目标比较37第37页，共83页。现在的锂离子电池与现在的锂离子电池与EVs目标的比较目标的比较38第38页，共83页。39第39页，共83页。Ni-MHNi-MH电池的缺陷：能量密度、电池的缺陷：能量密度、功功率密度不足，高温稳定性差率密度不足，高温稳定性差Li-ionLi-ion电池将进入电池将进入HEVHEV市场市
17、场 但必但必须解决价格和安全性须解决价格和安全性40第40页，共83页。41第41页，共83页。现在的新能源汽车锂离子电池的研发水平现在的新能源汽车锂离子电池的研发水平锂离子电池是新能汽车的今锂离子电池是新能汽车的今后解决方案：后解决方案：必须解决安全和价格问题必须解决安全和价格问题有多种技术途径有多种技术途径42第42页，共83页。43第43页，共83页。44第44页，共83页。45第45页，共83页。46第46页，共83页。HEV用锂离子电池和先进铅酸电池的价格比较用锂离子电池和先进铅酸电池的价格比较47第47页，共83页。车用锂离子电池和车用锂离子电池和NiMH的价格趋势的价格趋势锂电池
18、价格下降比锂电池价格下降比Ni-MH电池快电池快48第48页，共83页。49第49页，共83页。2010年混合电动车电池的平均价格（美元年混合电动车电池的平均价格（美元/Wh）2010年一辆年一辆1800Wh的的HEV:Ni-MH电池价格为电池价格为420美元美元 Li-ion电池价格为电池价格为1260美元美元50第50页，共83页。车用电池组供应商的价格突破瓶颈车用电池组供应商的价格突破瓶颈51第51页，共83页。电池性能电池性能现状现状目标目标2012201220142014可用能量可用能量3.4 kWh3.4 kWh3.4 kWh(10 3.4 kWh(10 mile)mile)11.
19、6 kWh(40 mile)11.6 kWh(40 mile)价格价格$800$800+/kWh/kWh$500/kWh$500/kWh$300/kWh$300/kWh循环寿命循环寿命 (EV Cycles)(EV Cycles)2,0002,000+5,0005,0003000-50003000-5000循环寿命循环寿命(HEV Cycles)(HEV Cycles)300,000300,000300,000300,000200,00-300,000200,00-300,000使用寿命使用寿命3 3+年年1010+年年1010+年年系统重量系统重量80-120 kg80-120 kg60 k
20、g60 kg120 kg120 kg系统体积系统体积70 liters70 liters40 liters40 liters80 liters80 liters美国美国PHEV锂离子电池的现状与目标锂离子电池的现状与目标52第52页，共83页。全球全球HEV用用Ni-MH电池和电池和 锂锂离子电池离子电池20022015年市场预年市场预测（百万美元）测（百万美元）53第53页，共83页。日本富士经济研究所最新报告：日本富士经济研究所最新报告：全球全球HEV/EV车用锂离子电池销售车用锂离子电池销售 2008年年104亿日园（亿日园（1.14亿美元）亿美元）2009年年250亿日园（亿日园（2.
21、75亿美元）亿美元）2014年比年比2008年增长年增长215倍达到倍达到2.25万亿日园万亿日园罗兰贝格罗兰贝格 全球新能源汽车前景全球新能源汽车前景最新报告最新报告 2020年年PHEV/EV 西欧销量排第一西欧销量排第一 300万辆万辆 中国销量排第二中国销量排第二 158万辆万辆中国电力驱动总成零部件市场总价中国电力驱动总成零部件市场总价100亿欧元，其中电池占份额最大亿欧元，其中电池占份额最大54第54页，共83页。LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCA)三元材料三元材料55第55页，共83页。56第56页，共83页。xEV电池必须达到的五项要求电池必须达到的五项要求能量、功
22、率、安全、价格、寿命能量、功率、安全、价格、寿命提高电池安全性的措施提高电池安全性的措施1、采用新电极材料，特别是、采用新电极材料，特别是 取代石墨阳极）取代石墨阳极）2、扩大电池的安全操作窗口、扩大电池的安全操作窗口 （有效地限制能量密度）（有效地限制能量密度）3、降低电池放电倍率、降低电池放电倍率 （有效地限制功率密度）（有效地限制功率密度）4、增加安全保护电路和控制系统、增加安全保护电路和控制系统 57第57页，共83页。技术评价：新电池材料承诺提高性能技术评价：新电池材料承诺提高性能58第58页，共83页。技术评价：技术评价：LiFePO4/Graphite 可以降低电池价格可以降低电
23、池价格59第59页，共83页。技术评价：技术评价：LiMn2O4/Graphite可以降低电池价格可以降低电池价格60第60页，共83页。技术评价：技术评价：Titanate（LiMn2O4/Li4Ti5O12）可以提高电池寿命和安全性可以提高电池寿命和安全性61第61页，共83页。技术评价：技术评价：NCA(Li(Ni0.85Co0.1Al0.05)O2/Graphite)可以提高电池能量密度可以提高电池能量密度62第62页，共83页。正极材料热稳定性的评价正极材料热稳定性的评价63第63页，共83页。中国新能源汽车发展前景中国新能源汽车发展前景 发展新能源发展新能源 实现低碳经济是一场影响
24、生产模式、生活方式和国家利益实现低碳经济是一场影响生产模式、生活方式和国家利益的全球性革命。决定中国汽车业在全球市场竞争中的地位和作用的全球性革命。决定中国汽车业在全球市场竞争中的地位和作用。2008年年 2020年年 中国汽车年新车消费量中国汽车年新车消费量 1200万辆万辆 4000万辆万辆 中国汽车保有量中国汽车保有量 6000万辆万辆 1.5亿辆亿辆 中国汽油消耗量中国汽油消耗量 5100万吨万吨 40年原油耗尽年原油耗尽 中国碳排放量中国碳排放量 4.5亿吨亿吨 10亿吨亿吨64第64页，共83页。中国新能源汽车电池工业发展前景中国新能源汽车电池工业发展前景 中国汽车产业振兴规划：实
25、施新能源汽车战略中国汽车产业振兴规划：实施新能源汽车战略主要任务：推动纯电动汽车（主要任务：推动纯电动汽车（EV）、充电式混合电动汽车（）、充电式混合电动汽车（PHEV）和关键零部件产业化。和关键零部件产业化。形成形成10亿亿AH车用高性能电池的生产能力。车用高性能电池的生产能力。65第65页，共83页。中国新能源汽车电池工业发展前景中国新能源汽车电池工业发展前景 中国新能源汽车战略目标与市场中国新能源汽车战略目标与市场 “十二五十二五”中国新能源汽车发展规划：中国新能源汽车发展规划：2012年中国混合动力汽车保有量将达到年中国混合动力汽车保有量将达到50万辆万辆 中国纯电动汽车保有量达到中国
26、纯电动汽车保有量达到10万辆万辆 2020年中国混合动力汽车保有量达到年中国混合动力汽车保有量达到1800万辆万辆 中国纯电动汽车保有量达到中国纯电动汽车保有量达到400万辆万辆 66第66页，共83页。中国新能源汽车电池工业发展前景中国新能源汽车电池工业发展前景 中国新能源汽车战略目标与市场中国新能源汽车战略目标与市场2012年中国汽车产量年中国汽车产量1000万辆，新能源汽车年产量达到万辆，新能源汽车年产量达到100万辆万辆每辆混合动力汽车电池成本约每辆混合动力汽车电池成本约6万元，万元，正极材料磷酸铁锂正极材料磷酸铁锂 52Kg 负极材料负极材料 41Kg 电解液电解液 40Kg100万
27、辆混合动力汽车对电池的需求：万辆混合动力汽车对电池的需求：正极材料磷酸铁锂正极材料磷酸铁锂 5.2万吨万吨 负极材料负极材料 4.1万吨万吨 电解液电解液 4.0万吨万吨新能源汽车动力锂离子电池的总产值约新能源汽车动力锂离子电池的总产值约600亿亿67第67页，共83页。锂离子电池驱动锂离子电池驱动 的新能源汽车的新能源汽车奔驰奔驰S400 HybridS400 Hybrid S40S400 Hybrid0 Hybrid采用串联式的设计右上采用串联式的设计右上方是锂电池方是锂电池 计计 68第68页，共83页。锂离子电池驱动锂离子电池驱动 的新能源汽车的新能源汽车雪弗兰雪弗兰Volt 混合动力
28、量产版混合动力量产版车载车载16kWh锂离子电池组所储备的电力来驱动锂离子电池组所储备的电力来驱动 69第69页，共83页。锂离子电池驱动锂离子电池驱动 的新能源汽车的新能源汽车BMW生产生产MINI E 插电式电动汽车（插电式电动汽车（PEV）车载车载35kW/h35kW/h锂离子电池组，产自台湾，采用锂离子电池组，产自台湾，采用50885088块电池，每块电池，每5353块并联为一个单元，块并联为一个单元，每两个每两个单元串联成一个模块，共单元串联成一个模块，共4848个模块构成最终的电池组个模块构成最终的电池组,续航里程续航里程100-200km.100-200km.70第70页，共83
29、页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 BMW-Mini E插电式纯电动车插电式纯电动车2009年年500辆供洛杉矶辆供洛杉矶放置于车尾的锂电池的体积相当于放置于车尾的锂电池的体积相当于60升的传统油箱升的传统油箱,额定容量额定容量35KW/h.整车质量为整车质量为1465千千克，极速克，极速152 km/h，续航里程达到，续航里程达到200公里，公里，一次充电大约一次充电大约2.5小时。售价小时。售价5.95.9万美元万美元 71第71页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 戴姆勒公司锂离子电池戴姆勒公司锂离子电池smart fortwo EV电
30、动车全球销售电动车全球销售12.5万辆万辆今年登陆中国，售价今年登陆中国，售价4.99万美元万美元 72第72页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 铃木雨燕插电式混合动力车铃木雨燕插电式混合动力车（车载锂离子电池车载锂离子电池）73第73页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 丰田丰田FT-EV FT-EV 纯电动车纯电动车(2009(2009 东京国际车展）东京国际车展）锂离子电池组续航锂离子电池组续航90Km，最高速度，最高速度100Km/小时小时74第74页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 日本日本
31、NESSAN LEAF 锂离子电池纯电动汽车（锂离子电池纯电动汽车（2009东京车展）东京车展）75第75页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 日本日本TOYOTA PLUG-IN Prius（锂离子电池）（锂离子电池）76第76页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 日本三菱日本三菱iMiEV 电动汽车的锂电池组电动汽车的锂电池组 330V 16KWh77第77页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 现代汽车决定在现代汽车决定在2009年上市的伊兰特年上市的伊兰特LPI和雅绅特混合动力车型上和雅绅特混合动力
32、车型上装配装配LG化学的锂聚合物电池化学的锂聚合物电池78第78页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 奇瑞奇瑞 QQ变德国变德国Luis公司电动车公司电动车Luis Free EV 8KW 80Km/h锂离子电池组锂离子电池组 307V12Ah96个个2780112单体（单体（3.2V12Ah79第79页，共83页。世界各国发展电动汽车计划世界各国发展电动汽车计划 英国政府投入英国政府投入4 4亿英镑支持低碳新能源车辆研发亿英镑支持低碳新能源车辆研发 美国美国2010财年预算财年预算4.97亿美元研发混合动力系统，亿美元研发混合动力系统，2010年年25kW 动力
33、电池成本动力电池成本500美元美元/kWh，2014年降低到年降低到300美元美元/kW PHEV40英里，成本英里，成本30004000美元美元 CO2排放目标排放目标 欧洲欧洲 2015年年 130g/Km 2020年年 95g/km 美国美国 2016年年 155g/Km 2020年年 115g/km 中国中国 2015年年 161g/km 2020年年 先进水平先进水平80第80页，共83页。世界各国发展电动汽车计划世界各国发展电动汽车计划日本今后日本今后5年投入年投入2亿美元亿美元/年开发电动汽车专用电池年开发电动汽车专用电池 目标到目标到2010年电池成本降一半年电池成本降一半日本
34、日本丰田丰田汽车公司将在未来几年内大量生产用于插入式混合动力车的汽车公司将在未来几年内大量生产用于插入式混合动力车的 锂离子锂离子电池电池 20202020年年丰田丰田100生产生产HEV/EV日本三洋电机投资日本三洋电机投资8.838.83亿美元研发并生产能用普通电网充电的汽车用亿美元研发并生产能用普通电网充电的汽车用 锂离子电池，锂离子电池，20112011年投产，年投产，30304040万套万套/月月法国法国4年投入年投入4亿欧元开发混合电动汽车和电动汽车亿欧元开发混合电动汽车和电动汽车德国德国9月提出国家电动汽车发展计划月提出国家电动汽车发展计划2020年年100万辆万辆2030年年5
35、00万辆万辆 81第81页，共83页。锂离子电池驱动的新能源汽车锂离子电池驱动的新能源汽车 商业化可期的国产锂电池混合动力汽车商业化可期的国产锂电池混合动力汽车动力来源动力来源续航里程续航里程（km）充电时间充电时间 （h）价格价格 （万）（万）众泰众泰2008EV锂离子电池锂离子电池200811.98瑞麒瑞麒M1EV磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池1504.66.8长城欧拉长城欧拉锂离子电池锂离子电池160567.0连花竞悦连花竞悦EV聚合物锂电池聚合物锂电池1771517中华中华EV锂离子电池锂离子电池1508比亚迪比亚迪E6磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池400122082第82页，共83页。Thank you for your kind attention83第83页，共83页。
