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新能源汽车镍氢电池和锂电池哪个好
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新能源汽车镍氢电池和锂电池哪个好
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锂电池使用在手机上是比镍氢电池适合，但在数字相机使用上，由于数字相机对于电流量的需求相当大，加上耗电量也较手机大很多，在大电流输出这部分镍氢电池可是略胜一筹。镍氢和镍镉电池的工作电压都是1.2V。同时镍镉电池中含有重金属镉，目前已经禁止使用。所以在ROSH标准中就暂时允许镍镉电池用于电动工具。因为锂电池的特性远比镍氢电池要好。
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动力电池一流之争：锂电池PK镍氢、铅酸电池
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插电式混合动力汽车真的省油吗？纯电动汽车在国内主要面临哪些障碍？汽车动力电池的发展到底难在哪? 锂电池和镍氢电池各有什么优劣势？科力远新能源股份有限公司总裁罗韬对此作出了解答。
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插电式混合动力汽车真的省油吗？纯电动汽车在国内主要面临哪些障碍？汽车动力电池的发展到底难在哪?
锂电池和镍氢电池各有什么优劣势？科力远新能源股份有限公司总裁罗韬对此作出了解答。 中国动力锂电池窘境：产能过剩 质量不佳
目前，中国动力锂电池行业虽然产能过剩，然而其中好电池远远不够。罗韬认为，这与我国汽车动力电池的整体发展水平依然较低有关。他指出，尽管汽车动力电池的发展也快二十年了，但极少厂家能完全满足车企的量产化需求，更多的还是停留在装车实验阶段。这也与国内新能源汽车市场尚未真正启动，以及电池厂商本身的对汽车公司以及对动力电池认识不足有关。
汽车动力电池和汽车紧紧地联系在一起，必须按照汽车工业的未来重新定义电池的标准。对电池行业不甚了解的人经常会把电池在3C方面的应用迁移到汽车动力电池上，这是非常离谱的。目前国内声称做汽车动力电池的厂商不胜枚举，产能之和在未来十年内都够用了。但是这些产能只能称之为机器产能，即买了很多制造设备，但其设备的品质管理、团队水准以及供应链是否能跟上都是未知。
在对汽车电池的理解上，罗韬认为做汽车动力电池比做卫星、潜艇电池还难，因为首先卫星、潜艇电池在成本约束上极其不敏感，其次卫星与潜艇只需要小批量生产，且是由专业人员操作与维护。而汽车电池是电动汽车的重要部分，成本占据高。所以无论什么定位的新能源汽车都会对电池提出较高的安全、寿命、经济性要求。
镍氢电池与锂电池各有优势
目前科力远的合作伙伴丰田汽车已开始使用锂电池做动力源，业界认为锂电池或许会取代镍氢电池成为新宠。在被问及这两种电池的竞争情况时，罗韬回答表示这两种电池各有优势，并没有镍氢电池会取代锂电池的这一说法。即使是丰田，也只是在一款叫α的车型上装了锂电池。而且凭着科力远对丰田的了解，罗韬认为丰田在混合动力上将一直坚持镍氢电池的主流，去年丰田建了一个年产十万台的生产线都是镍氢电池。
在混合动力上镍氢电池相比锂电的优势就是安全性、寿命、成本，尤其是它的大功率冲放。它的缺点是能量密度相对低些，也就是同等功率重量上略重些，不过这在普通混合动力汽车上是能接受的。但是如果是插电式混合动力和纯电动汽车，需要更多功率，那么使用镍氢电池体积就偏大了，而锂电池更合适，至于锂电池它是否能达到消费者的需求？目前来看还没有，主要是因为受限于其寿命和续航里程短。
电动汽车目前的技术障碍
现在全球主流的看法是二、三十年后纯电动可能成为主流方向。但是到时的纯电动是否就是现在的纯电动，技术路线上有很大的分歧。
至于现在制约纯电动的障碍有三方面：第一就是电池，电池在安全性、续航里程、成本都达不到消费者的期望。第二就是充电站，我国今天的加油站是经历了三十年才建设成发达的网络，对于充电站而言也需要很长的时间，大家才会感到真正的便利。所以电动汽车的发展既有内在的制约因素也有外在的制约因素。另外我们的住宅和城市电网都没有做好相应准备，譬如说一栋楼里有一两家是纯电动没关系，要是整栋楼里有一半是纯电动，那电网一定会崩溃的。我们认为当前的这种纯电动水准，只适合家庭的第二辆或者第三辆车，所以基于上述的种种因素，罗韬认为当前过热纯电动的推广一定是费力而成果不显著的一件事。
铅酸电池市场供求与变动分析 锂电何时全面取代？ 市场供求状况及其变动原因
随着国家相关产业的拉动和国外电池生产厂商在华投资增多,年中国铅酸电池行业平均增长速度达到30%;中国目前是全球最大的铅酸蓄电池生产国和最大的铅酸蓄电池消耗国,2009年行业总产量1.2亿KVAh,占全世界铅酸蓄电池总产值约1/3;2009年中国铅酸蓄电池直接出口额12亿美元,中国成为世界上最大的铅酸蓄电池出口国,但由于受到金融危机的影响,铅酸蓄电池出口量同比减少40%左右。根据工信部统计,2010年铅酸蓄电池产量达到14,416.60万KVAh,同比增长17.3%,出口额也开始大幅回升。根据Wind资讯统计数据,2011年全国铅酸蓄电池产量为14,229.73万KVAh,同比下降1.3%;2012年,我国铅酸蓄电池累计产量17,486.22万KVAh,同比增长22.9%;2013年,我国铅酸蓄电池累计产量为20,502.74万KVAh,同比增长17.3%。
由于铅酸蓄电池与其它二次电源相比具有技术成熟、安全性高、循环再生利用率高、适用温带宽、电压稳定、组合一致性好及价格低廉等优势,因此,在“十二五”期间铅酸蓄电池在二次电源市场上仍然是处于主导地位。根据中国电器工业协会铅酸蓄电池分会的预测,2015年国内蓄电池市场的容量为1,500~1,600亿元人民币,国际蓄电池市场占有量为220~250亿元人民币,行业总产值为1,700~1,800亿元人民币。根据中国化学与物理电源协会编制的《中国化学与物理电源(电池)行业“十二五”发展规划》,2009年铅酸蓄电池销售收入760亿元,预计“十二五”期间铅酸蓄电池将保持15%的增速,2015年销售收入将达到1,760亿元。
“十二五”期间铅酸蓄电池市场需求的增长主要得益于下游产业的快速发展,而目前锂离子动力电池受制于正极材料的发展尚未能得到快速发展。汽车、电动自行车、手机、数码产品、笔记本计算机、玩具与电动工具等电池产品传统市场将继续快速增长,3G/4G网络建设加快,泛在网、物联网逐步进入商用,智能电网建设、三网融合的实施,太阳能、风能以及电动汽车等新能源产业的发展将给铅酸蓄电池产业带来巨大的市场需求。
(1)UPS电源需求
UPS电源是UninterruptablePowerSupply的英文缩写,即不间断电源,作为一种具有储能装置的电子交流变换系统,其基本功能是在市电中断供电时,能不间断供电,始终向负载提供高质量的交流电源,达到稳压、稳频、抑制浪涌、尖峰、电噪音、补偿电压下陷、长期低压等因素干扰。
UPS电源系统按其应用领域可分为:信息设备用UPS电源系统和工业动力用UPS电源系统二个大类别。信息设备用UPS电源系统主要应用于:信息产业、IT行业、交通、金融行业、航空航天工业等计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的安全保护问题,其作为计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的重要外设,在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定,改进电网质量,防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等方面是非常重要的。
工业动力用UPS电源系统主要应用于:工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医药、汽车、食品、军事等领域。作为所有电力自动化工业系统设备、远方执行系统设备、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等的交、直流不间断电源设备,它的质量直接关系到电网的安全运行,是发电设备和输变电设备的“心脏”。
发行人所生产的阀控式密封铅酸蓄电池产品作为UPS电源系统储能装置中的二次电池,是UPS电源系统的重要部件。目前发行人是施耐德电气(SCHNEIDERELECTRIC)、INFORM、SUNLIGHT、艾默生(EMERSON)
等世界级UPS电源厂商和国内处于领先地位的科华科盛、科士达、易事特等UPS电源厂商的重要铅酸蓄电池供应商。
根据中国电子商会电源专业委员会《2009中国UPS电源行业研究与市场调查报告》,未来中国的基础建设以及通信行业的持续良好发展,会极大地刺激交通(轨道交通、公路交通、航运交通)行业、电力(输变电、发电)行业、能源(石油、石化、太阳能、风能)行业、通信(运营商、制造商)等几大重点行业对UPS电源的需求发展,预计未来三年UPS电源行业总体保持15%以上的增速。
根据中国电源学会、ICTresearch咨询公司《2011年中国电源行业发展报告》,2011年UPS电源的产值达到71亿元,预计未来UPS电源产值将持续增长,2016年将达到121亿元。
UPS电源行业的发展,将导致铅酸蓄电池市场需求的增长。UPS电源行业发展是铅酸蓄电池产品部分重要市场需求的推动力,铅酸蓄电池产品市场需求的重要直接推动力是汽车工业的发展、通信行业的发展、电力行业的发展、电动自行车行业的发展、电动汽车的发展以及太阳能风能行业的发展。
(2)通信电力用铅酸蓄电池
铅酸蓄电池在通信行业主要用在移动基站的备用电源,在电力行业主要用在发电厂、变电所的控制保护和动力直流供电系统的备用电源和储能电源,其产品类别是阀控式密封免维护固定型铅酸蓄电池。因此,通信电力用铅酸蓄电池的市场需求与通信电力行业的投资规模密不可分。
从全球范围来看,金融危机导致电信设备投资在2009年大幅下降近9%,这一下滑趋势在2010年伴随着市场形势的好转已经得到初步遏制。2010年全球电信设备投资实现8,020亿美元,与2009年基本持平。LTE和宽带网络建设是未来电信设备投资增加的主要原因。
“十二五”期间我国信息技术相关投资总计将达2.1万亿,平均每年4,000亿。投资范围涵盖3G网络和LTE,宽带升级和FTTx建设、三网融合、物联网应用和移动互联网。其中,通信相关产业投资预计在3,000亿左右,其中无线网络投资(3G/4G)将基本持平,或小幅增长。宽带建设投资增长最为确定,预计每年增速在20%以上。因此,国内通信业对阀控式密封铅酸蓄电池需求将稳定增长。
中国电力企业联合会发布的《中国电力工业“十二五”规划研究报告》,2015年对电力规划的建议目标是:全国发电装机容量达到14.37亿千瓦左右,年均增长8.5%。全国110千伏及以上线路达到133万公里,变电容量56亿千伏安;对2020年提出的建议目标是:全国发电装机容量达到18.85亿千瓦左右,年均增长5.6%;全国110千伏及以上线路达到176万公里,变电容量79亿千伏安。根据国家电网公司的规划,“十二五”期间,国家电网将投资5,000亿元,建成连接大型能源基地与主要负荷中心的“三横三纵”的特高压骨干网架和13回长距离支流输电工程,初步建成核心的世界一流的坚强智能电网。电力行业的发展,必然会导致对铅酸蓄电池产品需求的增长。
根据中国电器工业协会铅酸蓄电池分会制定的《铅酸蓄电池行业“十二五”发展规划》,2009年中国电信电力市场的需求量为180亿人民币,随着电信3G、4G系统的发展以及发电、电网建设的发展,今后5年将在现有市场基础上增加150万~300万KVAh的市场规模,约30亿元以上。预计到2015年中国将要形成210亿的固定型阀控密封蓄电池的市场需求。
(3)电动自行车动力电池需求
全球电动自行车市场发展迅速,在发达国家,电动自行车被认为是在休闲时间使用的交通工具或作为健身工具。根据中国电池工业协会发布的信息,我国1998年至2010年13年间电动自行车行业快速发展,平均增速达到68%,特别是2005年以来,产业规模迅速扩大。2010年全国电动自行车产量达到2954万辆,再创历史新高;从出口方面来看,2010年电动自行车出口从金融危机中迅速恢复,达到58万辆,同比增长44.6%,日本、西欧、北美是主要出口市场。据中国自行车协会统计,2011年全国电动自行车产量为3,096万辆,同比增长4.8%;2012年电动自行车产量为3,505万辆,同比增长13%。经历了四部委联合整顿并受到铅酸蓄电池行业环保整治波及的电动自行车行业已进入了增速放缓、发展稳定的时期。
2009年中国电动自行车的市场保有量为1.2亿辆,而且以每年30%的速度增长。作为绿色能源产业中的一支,中国电动自行车产业已经连续保持了10多年的高速增长,特别是2011年以来,年产销量都超过3000万辆,2012年更是达到了3505万辆,目前中国电动自行车社会保有量已经达到1.62亿辆以上。从能耗角度看,电动自行车只有摩托车的八分之一、小轿车的十二分之一。从占有空间看,一辆电动自行车占有的空间只有一般私家车的二十分之一,成为非常有效的节能交通工具。
根据统计,铅酸电池配套的电动自行车占全行业总量的97.5%,这反映了铅酸电池作为动力电池应用在电动自行车上成功经受住了市场的考验,推动了电动自行车市场的不断扩大。虽然铅酸蓄电池本身存在产品使用寿命、电池回收处理和产品结构优化等问题,但从电动自行车产业的发展来看,短时期内还没有一种动力电池可以完全替代铅酸电池。
由于技术的限制,电动自行车蓄电池每一年半就会被替换一次,这意味着电动自行车蓄电池的消费不仅产生于电动自行车生产阶段,电动自行车使用寿命中的不断更换也产生巨大需求。根据中国电器工业协会铅酸蓄电池分会的预测,随着乡镇农村电动自行车的普及,未来的5年内中国的电动自行车仍然有很大的发展空间,预计到2015年中国将要形成600亿人民币的电动自行车蓄电池市场需求,其中配套蓄电池120亿,替换蓄电池市场480亿。
(4)风能、太阳能储能电池风力发电和太阳能光伏
国内市场有可能快速启动,《可再生能源“十二五”规划》将风电作为可再生能源的重要新生力量,将太阳能作为后续潜力最大的可再生能源产业。国家能源局《新兴能源产业发展规划》提出,到2015年太阳能发电装机将达到500万千瓦,到2020年太阳能发电装机达到2000万千瓦;到2020年中国风电装机容量达到1.5亿千瓦,未来10年内年均风电新增装机容量为1,100万千瓦。
风力和太阳能光伏发电系统都需要储能电池,这是由于这两种发电方式受大自然条件变化的影响而具有间歇性和随机性的特点,出力波动范围通常较大,速度也较快,在没有储能设备的支持下,无法像其他常规电源那样对其出力进行安排和控制。因此,一旦再生能源大规模走向应用,经济有效、简便操作的储能电池就变得迫在眉睫。
小型风能和太阳能发电系统普遍采用铅酸蓄电池作为储能电池。目前风力发电机组已由千瓦级发展到兆瓦级,这就要求储能系统必须大型化。同时,由于发电系统地理位置的限制,储能系统必须安全可靠、使用方便、价格便宜、充电效率高、使用寿命长并且有充分的抗恶劣天气和使用条件的能力。而阀控式密封铅酸蓄电池由于其稳定的性能特点和较低的成本(尤其是作为大型储能电源,其价格和运行费用往往是能够普及推广应用的关键因素),被世界各国的风能和太阳能发电系统储能装置所广泛使用。近年来,随着胶体电池技术的不断完善和成熟,胶体电池以其更为优异的性能特点被风能和太阳能储能电池所青睐。
“十二五”期间我国将投入数以万亿元的资金规模建设再生能源,在发达国家的太阳能和风能储能电池中铅酸蓄电池占了98%的市场。2015年中国将成世界风能、太阳能发电的前沿国家,从2010年开始,太阳能路灯、用户太阳能风能系统将应用,预计到2015年中国将形成100亿的储能用蓄电池的市场需求。
(5)汽车动力电池需求
我国《汽车产业调整和振兴规划》提出了电动汽车产销形成规模的重大战略目标,即通过改造现有生产能力,于2011年形成50万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能,新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右。工业和信息化部“新能源汽车及节能汽车产业发展计划”确定发展以电动汽车(EV)和插电式混合动力车(PHEV)为核心的新能源汽车产业,明确在2020年之前实施千亿元投资进行扶持,到2015年纯电动汽车和插电式混合动力汽车市场保有量达到50万辆以上,2020年实现普及500万辆新能源汽车。
而铅酸蓄电池在微型、轻度混合电动汽车的运用技术已经非常成熟,根据ALABC最近的研究报告,铅酸蓄电池作为车载动力电池仍然具有较强的竞争力,与Ni-MH和Li-ion电池相比具有价格便宜、安全性高、制造基础好等优点。1881年GustaveTrouve制造出世界上第一辆电动三轮车时,使用的就是铅酸蓄电池,目前国内外已有商业化的电动汽车(EV)和低混合的HEV很多仍采用先进密封铅酸蓄电池。
根据中国电器工业协会铅酸蓄电池分会制定的《铅酸蓄电池行业“十二五”发展规划》,到2011年新能源汽车要形成50万辆的产能,其中纯铅酸蓄电池动力源电动汽车占据到60%以上的份额,中低速电动汽车将基本采用铅酸蓄电池。预计到2015年中国将形成60亿的动力蓄电池市场需求。
(6)汽车起动用铅酸蓄电池 汽车起动用蓄电池是铅酸蓄电池最主要用途,约占铅酸蓄电池需求量的40%。
虽然镍氢电池和锂离子电池等新型电池发展很快,但由于价格等原因在可预见的将来还不可能替代铅酸蓄电池在汽车启动电池中的地位。起动用铅酸蓄电池使用寿命一般为2年左右,其需求量与汽车的销售量和保有量密切相关。汽车用铅酸电池年产量的三分之二用于更新替换,三分之一用于配套汽车生产。
“十二五”期间,汽车产业仍将保持较高的发展速度,预计汽车产量年平均增长速度为15%,由于中国汽车巨大的潜在需求,用于配套的铅酸蓄电池市场空间很大。“十二五”期间是中国汽车工业发展的高峰时期,预计到2015年中国将要形成450亿的汽车蓄电池市场需求。
发行人目前不从事汽车启动用铅酸蓄电池的生产和销售,主要从事工业用固定型阀控式密封铅酸蓄电池的生产和销售。
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镍氢电池 加速前进
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随着我国新能源汽车销量的不断攀升，以及电池技术的不断更新。作为新能源汽车的心脏——动力电池，也由于原材料的差异，被划分成不同种类。例如，铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，以及锂电池等，它们又凭借各自的优点，均在汽车产业发展的某个阶段被广泛应用，目前，市场主流的动力电池为锂电池。那么，锂电池又有何优势和不足呢？未来电池技术将会如何发展呢？
磷酸铁锂电池为什么安全？
磷酸铁锂电池属于锂电池的一种，目前如比亚迪e6、北汽ev160、腾势等一些电动汽车生产厂商均将其作为车辆的动力源。磷酸铁锂电池热稳定性是目前车用锂电池中最好的，当电池温度处于500-600℃高温时，其内部化学成分才开始分解，而同属锂电池的钴酸锂电池在180—250℃时内部化学成分就已处于不稳定状态。换言之，磷酸铁锂电池的安全性在锂电池中首屈一指，也正因如此，其也成为目前电动车电池的主要门类之一。
三元锂电池
为何受到特斯拉青睐？
特斯拉MODEL S使用的三元锂电池的重量能量密度约为200Wh/kg，而磷酸铁锂电池的能量密度约为150Wh/kg，这意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长。但是，当三元锂电池自身温度为250-350℃时，其内部化学成分就开始分解，因此对电池管理系统提出了更高的要求。以特斯拉MODEL S车型为例，整车装有7000余节18650三元锂电池，电池管理系统要监测其中每节电池的使用状态，无疑加大了电池管理系统的控制难度。
是未来汽车最理想能源
燃料电池是将化学能转化为电能的发电装置，不是通常所说的“电池”。其能量的来源主要是依靠不断供给燃料及氧化剂产生，而且能量转换效率高、无污染、寿命长、运行平稳，被业界公认为未来汽车的最佳能源。
就当今市场而言，燃料电池汽车离我们并不遥远。去年年底，丰田汽车公司正式在日本国内发售氢燃料电池车“MIRAI”(未来），其续航里程能达到约700km，在行驶过程中只排放水。MIRAI的工作原理为：储氢罐中的氢气与车头吸入的氧气在燃料电池内发生反应，产生的电能驱动电机从而带动车辆，而反应产生的剩余电能会存入到储能电池中。位于车身后部的两个储气罐最大可存储5公斤氢燃料，通常情况下，3分钟就可以完成氢燃料补给。
新型电池技术前瞻： 物理电池
物理电池是依靠物理变化来提供、储存电能的电池统称，如“瞬间充满电的超级电容”、“比功率达W/kg的飞轮电池”等都属于物理电池家族的成员。
超级电容是一种介于传统电容与电池之间的电源元件，功率密度高达300-500W/kg，是普通电池的5-10倍。它主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，其间不发生化学反应，因此被归为物理电池的范畴。相比化学电池，超级电容有三大明显优势：
①反复充、放电次数达十万次（传统化学电池只有几百至几千次），寿命上要比化学电池高出很多；
②超级电容在充、放电时的功率密度极高，瞬间可放出大量电能，可满足车辆更加宽泛的电力需求；
③工作环境适应能力更佳，通常室外温度在-40℃～65℃时，其都能稳定正常工作（传统电池一般为-20℃～60℃）。
飞轮电池是上世纪90年代提出的一种新概念电池，它是利用类似飞轮转动时产生能量的原理实现充、放电。大名鼎鼎的“ 保时捷911 GT3混合动力赛车”以及被评为当今四大神车之一的“ 保时捷918 Spyder”均在两前轮处安装有飞轮电池，飞轮技术将制动所收集的动能转化为电能，并将能量贮存于一个飞轮之中。在加速过程中，该能量将转移至前轮，在提高加速的同时减少内燃机的燃油消耗。
由于技术和材料价格的限制，飞轮电池的价格相对较高，在小型场合还无法体现其优势。但在太空、大规模交通运输以及军事方面需要大型储能装置的场合，飞轮电池已得到逐步应用。
动力电池发展趋势
随着新能源汽车的发展，电池作为重要部件之一，能量密度在不断提高。中信国安盟固利新能源科技有限公司研究院副院长刘正耀表示：“电池革命的关键在于材料，三元材料将成为主流的正极材料体系，石墨与软碳、硬碳等具备不同特性的负极材料混合应用也将成为负极材料的主流体系。另外，石墨烯在我国已经开始进入中期试验阶段，量产后会大幅度提高电池的能量密度水平及寿命。”
同样，电池专家肖成伟也表示：“动力电池向着高能量密度的趋势发展。从安全性角度考虑，磷酸铁锂电池要优于其他种类电池，而且它在中国应用的数量也是最大的；从正极材料来讲，磷酸铁锂材料不仅是研究关注的重点，也是产业化的重点。另外，大家都希望把能量密度达到300Wh/kg电池实现批量化应用，那么就可以将高镍材料与石墨类材料匹配，同时与薄型改性的隔膜涂层结合，逐步做到300Wh/kg；从负极材料来讲，石墨类的材料现在已经是很成熟的产品，未来则以硅碳作为研发重点。
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