我国动力电池行业分析.doc

我国汽车（电动车）动力电池行业发展现状概述第一节 动力电池定义及分类一、铅酸蓄电池定义：电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英语：Lead-acid battery 荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。我们常用的铅酸蓄电池主要分为三类,分别为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。1）普通蓄电池；普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜；缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。2）干荷蓄电池：它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过2030 分钟就可使用。3）免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充液)；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能加补充液.铅酸电池有2.4 伏，4 伏，6 伏，8 伏，12 伏，24 伏系列，容量从200 毫安时到3000 安时。VRLA 电池是基于AGM（吸液玻璃纤维板）技术和钙栅板的可充电电池，具有优越的大电流放电特性和超长的使用寿命。它在使用中不需加水。VRLA 电池用途广泛，可用在电动工具，应急灯，UPS，电动轮椅，计算机和通讯设备等方面。二、镍镉蓄电池正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由镉制成的一种碱性蓄电池。正极为氢氧化镍，负极为镉，电解液是氢氧化钾溶液。其优点是轻便、抗震、寿命长，常用于小型电子设备。三、镍氢蓄电池正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由贮氢合金制成的一种碱性蓄电池。四、铁镍蓄电池正极活性物质主要由镍制成，负极活性物质主要由铁制成的一种碱性蓄电池。铅蓄电池是一种酸性蓄电池，与之不同，铁镍蓄电池的电解液是碱性的氢氧化钾溶液，是一种碱性蓄电池。其正极为氧化镍，负极为铁。充电、放电的化学反应是电动势约为1.31.4 伏。其优点是轻便、寿命长、易保养，缺点是效率不高。五、钠氯化镍蓄电池钠氯化镍电池是1978 年发明的，其正极是固态NiCl2，负极为液态Na，电解质为固态-Al2O2 陶瓷，充放电时钠离子通过陶瓷电解质在正负电极之间漂移。钠氯化镍电池是一种新型高能电池，它具有比能量高（超过100Wh/kg），无自放电效应，耐过充、过放电，可快速充电，安全可靠等优点，但是其工作温度高（250-350），而且内阻与工作温度、电流和充电状态有关，因此需要有加热和冷却管理系统。六、银锌蓄电池正极为氧化银，负极为锌，电解液为氢氧化钾溶液。银锌蓄电池的比能量大，能大电流放电，耐震，用作宇宙航行、人造卫星、火箭等的电源。充、放电次数可达约100150 次循环。其缺点是价格昂贵，使用寿命较短。七、钠硫蓄电池钠硫蓄电池也是普遍看好的电动汽车蓄电池，它已被美国先进电池联合体(USABC)列为中期发展的电动汽车蓄电池，钠硫蓄电池具有高的比能量，但它的峰值功率较低，而且这种电池的工作温度近似300，熔融的钠和硫有潜在的毒性，腐蚀也限制了电池的可靠性和寿命。八、锂蓄电池锂是最轻的金属元素，也是化学性质最活泼的金属元素，金属锂暴露在空气中或遇水时会发生燃烧。该蓄电池的比能量大，比功率高，充电放电效率高，可以快速充电，功率输出密度大，没有记忆效应等。但锂的制取较困难，管理和使用较复杂。九、空气蓄电池1.锌空气蓄电池锌空气蓄电池的正极为锌Zn，负极为氧，电解质为氢氧化钾。在放电时，锌和氧发生化学反应生成氧化锌。其单元电压为1.0-1.2V。锌空气蓄电池的比能量大，性能稳定，安全性好，能够有效地防止因泄露、短路引起的起火或爆炸，自放电率低，回收再生方便。2.铝空气蓄电池铝空气蓄电池以高纯度的铝为正极，以氧为负极，以氢氧化钾和氢氧化钠的水溶液为电解质。铝空气蓄电池的比能量大，质量轻，铝回收再生方便，成本也低，但比功率较低，充电和放电速度比较慢，电压 后，自放功率较大，需防止铝空气蓄电池工作时的过热。十、燃料蓄电池燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839 年G.R.Grove 提出的，至今已有大约160年的历史。燃料电池的种类按不同的方法可大致分类如下：1. 按燃料电池的运行机理分。分为酸性燃料电池和碱性燃料电池。2. 按电解质的种类不同，有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质。因此，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。在燃料电池中，磷酸燃料电池(PAFC)、质子交换膜燃料电池（PEMFC）可以冷起动和快起动，可以用作为移动电源，适应FCEV 使用的要求，更加具有竞争力。3. 按燃料类型分。有氢气、甲醇、甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等有机燃料，汽油、柴油和天然气等气体燃料，有机燃料和气体燃料必须经过重整器“重整”为氢气后，才能成为燃料电池的燃料。4. 按燃料电池工作温度分。有低温型，温度低于200；中温型，温度为200750；高温型，温度高于750。在常温下工作的燃料电池，例如质子交换膜燃料电池（PEMFC），这类燃料电池需要采用贵金属作为催化剂。燃料的化学能绝大部分都能转化为电能，只产生少量的废热和水，不产生污染大气环境的氮氧化物。不需要废热能量回收装置，体积较小，质量较轻。但催化剂铂（Pt）会与工作介质中的一氧化碳（CO）发生作用后产生中毒现象而失效，使燃料电池效率降低或完全损坏。而且铂（Pt）的价格很高，增加了燃料电池的成本。另一类是在高温（6001000）下工作的燃料电池，例如熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC），这类的燃料电池不需要采用贵金属作为催化剂。但由于工作温度高，需要采用复合废热回收装置来利用废热，体积大，质量重，只适合用于大功率的发电厂中。最实用的燃料电池是以氢或含富氢的气体燃料，但是在自然界是不能直接获得氢的，燃料电池氢的；来源通常是以石油燃料、甲醇、乙醇、沼气、天然气、石脑油和煤气中，经过重整、裂解等化学处理后来制取含富氢的气体燃料。氧化剂则采用氧气或空气，最常见的是用空气作为氧化剂。十一、太阳能蓄电池太阳能蓄电池是直接将太阳能转变成电能的装置。这种电池通常用硅作为原料，目前主要有三种结构：非晶硅、单晶硅、多晶硅。太阳能蓄电池除了光电转换率低以外，还存在成本高的缺点，需要进一步研究。十二、超容量电容器超容量电容器也是高能量密度的储能元件，或者称为电蓄能器。它能存储大量电荷，并且能迅速地充放电。目前已开始应用于电网的负载调配和电动汽车的动力装置以及其它需要不间断电源（UPS）的场合。十三、飞轮电池飞轮电池是利用高速旋转的飞轮来贮存能量的。它主要由飞轮、电动机 发动机、磁轴承和电力电子所组成。当飞轮加速旋转时从外界吸收能量，此为“充电”；而当飞轮减速时释放能量,此为“放电”。为了减少摩擦损耗，飞轮电池采用无接触的电磁轴承支承飞轮转子，而且壳体内被抽成真空，大大地降低了高速旋转时的风损耗。飞轮电池贮存的比能量已超过最好的化学电池所贮存的比能量，而且它比化学电池具有更多的优势，如容易测试飞轮的充电状态、对温度不敏感、充电时间较短、深度放电不会影响其性能、循环使用寿命较长、对环境也不会造成危害。第二节 我国汽车行业发展情况以及动力电池应用情况一、 汽车产业发展路线1、低碳燃料以天然气或者生物燃料替代汽/柴油。天然气二氧化碳排放量减少50%；生物燃料，如生物柴油和生物乙醇，来自绿色植物，其生长过程吸收和使用过程排放的二氧化碳几乎相等，不额外排放的二氧化碳，也可较大程度减少二氧化碳的排放。2、混合动力车通过回收汽车行驶过程中被浪费的能量，以及电池储存的电能辅助汽车行驶，能够部分减少汽/柴油使用量，从而达到减排的目的。3、纯电动汽车汽车以电为能量，使用过程中二氧化碳排放能量为零。4、燃料电池以氢气为燃料，排放物只有水，二氧化碳排放量为零。图表 1 清洁能源汽车发展路线图表 2 汽车产业动力系统发展路径图二、新能源汽车发展混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）、纯电动汽车（ElectricVehicle，EV）和燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV），也被称为新能源汽车（指采用汽油、柴油之外的动力作为动力源的汽车的总称）。新能源汽车按照电池种类的不同，又可以分为镍氢电池动力汽车、锂电池动力汽车和燃料电池动力汽车。混合动力汽车（HEV）存在两个动力源：内燃机和储能电池。汽车可由电动机或内燃机发动在刹车及下坡时，电动机将动能转成电能为电池充电。按照是否依赖外部充电，混合动力汽车又可分为普通HEV 和插电式混合动力汽车PHEV（Plug-inhybrid）。目前普通HEV 电池主要采用镍氢动力电池，PHEV 电池主要采用锂离子电池或锂聚合物电池。按照驱动系统的配置结构关系，混合动力汽车可分为串联式混合动力汽车（Series HybridElectric Vehicle，SHEV）、并联式混合动力汽车（ParallelHybridElectric Vehicle，PHEV）和混联式混合动力汽车（Split Hybrid ElectricVheicle，PSHEV）三种。图表 3 各式结构的混合动力汽车特点按照对电能的依赖程度，混合动力汽车又可分为三种：弱混合（MildHybrid）、中度混合和强混合（Strong Hybrid 或Full Hybrid），节油率依次提升。图表 4 各式混合程度对应的节油率不同纯电动汽车（EV）取消了传统的内燃机，动力来源于自身携带的储能电池。储能电池依靠外界电源充电，在汽车启动时电池向电动机供电，由电动机直接向驱动轴输出扭矩，驱动车辆行驶。图表 5 纯电动汽车结构原理图燃料电池汽车（FCEV）既摒弃了内燃机，也不需要从外界充电，而是通过自身携带的液态氢和氧气在燃料电池中的化学反应发电，为电动机提供能量，进而为汽车驱动轴提供扭矩。图表 6 燃料电池汽车结构原理图图表 7 三种新能源汽车的主要特点三、新能源汽车动力电池动力电池的性能对新能源汽车的发展起着至关重要的作用。新能源车动力电池应具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好等特性。目前技术最成熟、应用最广泛、商业化最成功的是镍氢动力电池，各国研发的重点是锂离子电池，燃料电池则因可以做到完全零排放，而被视作远期目标。HEV 因为有汽油作为动力，因而更强调加速性能和爬坡能力，因此更注重电池的比功率（要求高达8001200w/kg）。而EV 完全以电池作为动力，更强调充电后的续航能力，因而更关注电池的比能量（要求达到100160wh/kg）。图表 8 HEV、PHEV 和EV 对电池性能的要求图表 9 各种蓄电池比较目前包括丰田Prius 在内的混合动力汽车都使用镍氢电池，但该电池技术的有效性被认为已经到了极限，而锂离子电池因具备小型轻量、高容量、高输出功率等优点而得到了北美、欧洲和亚洲汽车制造商的青睐，预计在该领域锂离子充电电池也将逐步替代镍氢电池。丰田、福特等汽车制造商则明确表示未来其混合动力车将采用锂离子充电电池。与慢热的新能源汽车整车市场相比，动力电池市场更引人关注。新能源汽车市场发展，上游电池、电控和发电机环节将受益。其中，电池厂商受益最大。首先，如实现2012 年中国新能源汽车销量50 万辆的目标，中国锂电池在未来三年内将保持50%的增长。因为一辆电动汽车平均使用正极材料50 公斤、负极材料40 公斤、电解液40 公斤。按照2010 年中国新能源汽车销量达50 万辆计算，如20%的新能源汽车使用锂电池，则10 万辆新能源汽车将引发5000 吨正极、4000 吨负极、4000 吨电解液的消费。按照2009 年中国锂电池年销量计算，未来3 年锂电池业约保持50%的增长。三、中国新能源汽车发展近年来，锂电正极材料在电动汽车、电动自行车、电动工具和储能等领域显现出更为广阔的市场发展前景。新能源汽车不但有显著的环保效应，而且相对于燃油汽车节能50%。国际社会对此高度重视，包括美国、日本、欧盟等发达国家都计划投入大量资金进行新能源汽车的研发和推广。我国于2009 年出台了一系列的政策鼓励节能和新能源汽车行业的发展，并将其提高到国家长期发展战略高度上。2009 年1 月，我国汽车产业振兴计划中提出新能源汽车战略；同年3月，汽车产业调整和振兴规划提出未来形成3 年50 万辆新能源汽车产能，并形成10 亿安时动力电池产能的目标；2010 年3 月两会期间，新能源汽车的支持政策再次地成为市场关注的焦点。据预测，2010 年2013 年是锂电池电动汽车的快速成长期，并于2012 年超过镍氢电池电动汽车。作为动力锂电池行业的上游，动力锂电正极材料相应将进入黄金发展期，预计2009 年-2018 年的年均复合增长率为63.52。新能源汽车作为一个新兴行业，其发展已经势不可挡。四、中国电动车产业化概况2010 年4 月28 日，电动汽车传导式充电接口、电动汽车充电站通用要求、电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议、轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法4 项国家标准通过有关部门审查。公布的4 项国家标准，对电动车充电接口、充电站标准和功能等情况进行了细化和规范。这意味着日后国内生产的电动车充电接口将统一化，同时将大大减小目前各地充电站的建设难度。可以预见的是，此前一直围绕着电动汽车传导接口的争论偃旗息鼓，但标准细化后引发的明争暗斗却逐渐激化。其中，关于电动汽车传导式充电接口的内容颇为引人注目，该规定适用于交流标称电压最大值为380V，直流标称电压最大值为600V 的电动汽车所用传导式充电接口，将交流充电接口(将交流供电电网连接到车载充电机上进行充电的接口)和直流充电接口(利用充电站大型直流充电机对电动汽车电池直接进行快速充电的接口)的内容部分进行了细化规范，如确定交流充电接口为7 个端口，直流充电接口为8 个端口。据悉，上述有关电动车的细则于2009 年3 月27 日起草，2010 年3 月10 日形成标准意见稿，从起草讨论至通过审查，包括中国电网以及部分车企均有参与，此外讨论组还与美国、日本等国的专家进行了交流。一些自主品牌已有量产电动汽车上市，可每个企业都是按照自己的标准来制定充电接口，没有形成统一的规格标准，这样很难在全国范围内推广。2008 年底全球第一款不依赖专业充电站的双模电动车比亚迪F3 DM 上市，当时这款车体的两侧分别配置了两个充电接口，既可以连接家用电源充电，同时也可到专业充电站充电。到了2010 年3 月F3DM 低碳版上市时，这款车的充电站接口被取消了，目前仅能满足家用电源充电。如果标准早些出台，相应的事件也许可以避免。比亚迪F3DM(配置 图库 口碑)事件的前后反复恰恰印证了国内电动车标准细化的缺失。由于市场化前景屡遭质疑，电动车发展始终不尽如人意，导致自2000 年起便一度无人问津的电动车直到2008 年才重新回归众人视线，但基建、安全、价格等方面的缺失使电动车依然难以形成规模效应，相应规范条例更是少之又少。在规范的空白期，哪个国家制定的细则能被接受，就将在电动车领域占领先机，也会在掌握专利技术的电池厂、电机、电控厂处取得更多的话语权。一旦电动车模式成熟，由于缺少专利，未来汽车制造商将可能沦为电池、电控以及电机制造商的打工仔，为了增加未来的话语权，一些汽车厂商一直苦苦寻找电池制造商作为合作伙伴。目前，通用为了给VOLT 配套，2009 年底与LG 化学在密歇根州建立合资的电池制造厂；日产为了给Leaf 配套，最终敲定了与日本的NEC 合资生产电池；本田的新能源车选择的是三洋电机。新能源车型销量最大的丰田此前都是与松下合资生产电池，最近又开始与三洋合资生产电池。此外，有消息称VOLVO 的新能源车也将使用LG 的化学电池，宝马则选择了三星作为电池供应商，而大众汽车正在三洋、三星、松下和比亚迪之间徘徊。当然，也不能忘记奔驰与比亚迪的联姻。显然，制定标准将对本国经济有利。因此，美国、欧盟、日本都在制定相应的标准，其中数日本的动作最大，与国内政府自上而下的征求意见相反，日本的电动车系由企业自下而上发起。2009 年8 月，东京电力同丰田、日产、三菱汽车、富士重工等就建立统一标准问题达成共识，几大日系厂商加入相关协会。此协会包括160 家日本国内外单位，协会成立的初衷就是希望在日本国内统一充电方式的标准，并致力于将这个快充标准在全球推广，成为未来世界统一的快充标准。2009 年8 月，日本方面的协会刚与几大日本车企达到一致，仅隔了1 个月，9 月份中国电动车标准起草小组就在天津与东京电力进行了技术沟通。2010 年3 月8 日，丰田汽车公司以及其他三大日本汽车制造商已经达成协议，成立电动车集团，同时设立的协会被命名为“CHAdeMO 协会”(CHAdeMO 由英文单词“charge”和“move”相结合。恰恰在2 天后，国内起草小组刚刚形成标准意见征集稿。国内充电接口将可能影响到国际上相关标准的制定，特别是直流充电接口和对于安全保护控制逻辑，也是我国第一次提出。显然，在时间上略处下风的国内起草小组并不想照搬日本模式。相比中国与日本争分夺秒的国际“暗战”不同，国内市场关于充电站的圈地运动早已开锣宣战。此前有人计算，比亚迪E6 纯电动汽车快充2 个小时可充电57 度，能行驶300 公里。按照普通商业峰期每度电1.0064 元，300 公里需电费约58 元，如果每度利润0.1 元，每辆车每次能赚5.7 元；按10 辆规模的中小型充电站、每天轮冲200 次预估，充电站每天能赚1.14 万元。如此一个中型的充电站每月能赚34.2 万元，如果投资一座充电站平均为300万元，那么三年时间就能收回成本。此前，多个重量级的国企均发布了充电站建设计划，其中既有中石化、中石油和中海油等三大传统化石燃料的垄断企业，也有国家电网、南方电网等电力能源巨头。中石化、中海油的优势在于拥有3 万多座加油站的渠道优势，国家电网、南方电网则拥有技术优势。国家电网的计划是，2010 年将在全国建设75 座充电站和6209 个交流充电桩。南方电网同样不甘人后，2009 年12 月在深圳投资建成的两座充电站、134个充电桩启用，两个充电站内可分别容纳9 辆电动车同时充电。2015 年将提高到公交大巴充电站50 个、公务车充电桩2500 个、社会公共充电站200 个、充电桩1 万个。对于电力能源的扩张，中石化显得颇为无奈，目前该公司虽然渠道众多，但面临充电技术瓶颈，将推迟充电站普及时间，但这丝毫不影响中石化积极投身于电动汽车充电站项目研究。从目前的形势看，中石化处于下风，由于网点优势明显，一旦技术形成突破，中石化的复制速度将非常惊人。企业之间的竞争不仅体现在圈地方面，目前上述对于电动车充电的认识还形成了两大派系，中海油与中国普天等公司力主“换电”，而国家电网、南方电网推崇“充电”。本着发展电动车的角度，此次公布的细则并未明令限制充电方式，由此这场各派的内战还将继续上演。如果每辆车充电30 分钟，其他车都等着吗？未来发展到一定规模，肯定是换电派占上风。早在2009 年1 月，国家相关部门就推行“十城千辆”工程，这也是迄今为止世界汽车行业最为庞大的实验工程，但由于地方保护色彩原因，引来外界颇多质疑。如北京市采购北汽福田800 多辆混合动力公交客车，重庆市采购10 辆长安集团的混合动力轿车，长春与大连首批采购的混合动力公交来自中国一汽集团，其他城市的首批新能源示范车型也都来自本省或本地区企业。对此，生产厂商也有自己的苦衷，比如跨省将为技术保障增加难度。顾不得外界的非议，2009 年9 月比亚迪与深圳巴士集团合作组建了出租车公司。当地政府对比亚迪充满信心，采购量从最初的30 辆增至100 辆，但本应于2010 年3 月交付的E6 推迟交车，截稿日前E6 实际仅交付10 辆。电动车进入出租车市场的确是个好办法，既增加了产品知名度，又可以对车型进行监控，不过配套设施不健全，安全性能不过关，暂缓了这种速度。目前推广新能源汽车的方法不多。戴姆勒正在德国乌尔姆和美国得州奥斯汀试行一项“按需供车”计划。根据该项目，消费者可以租用迷你汽车，然后用驾照中的芯片打开车门，将车停放在市中心的任何公共空间，过后再付账。该计划自去年推出以来，租赁次数已达到25 万次。这个点子启发了美国公司Better Place，目前这家公司正在以色列、丹麦、日本及其它地区修建电动车电池充电基础设施。它计划按照里程数向客户收取服务费。由于政策安全、价格、基建等方面的原因，指望消费者购买电动车并不现实，而汽车租赁业在国内也不发达，因此目前电动车推广的最佳途径只能以公共交通设施为主，推广期至少需要三年。第三节 我国电动自行车发展情况以及动力电池应用情况一、我国电动自行车发展情况电动自行车行业发展至今已于整个社会是分不开的，关注社会的需求是电动自行车行业发展的关键所在。我国石油资源比较贫乏，燃油与尾气的排放污染又是未来大中城市大气污染的主要污染源。为此我国发展电动车辆无疑是未来发展的必然趋势，也是符合绿色环保革命的需求，因为电动车辆环保，低能耗，它是绿色环保，净化空气污染的最好交通产物，如何给广大市民的居住环境和身心健康提供一个良好的生态环境，电动车产业的发展正是适应了这种趋势，更是一种社会可持续发展的工具。二轮电动自行车可谓发展势头更猛，因为它有着广阔的消费群体，中国作为世界的自行车王国，目前自行车拥有量为4 亿多辆，如把10 的自行车换成电动车，就需4000 万辆电动车，以每辆均价2000 元计算，就是80 个亿，这是一个巨大的市场，因此电动自行车作为自行车史上最有革命性的交通工具，在对老百姓带来生活方便的同时，必将会给我国经济的发展产生积极的影响。据了解，我国电动自行车年产销量近2000 万台。全国电动自行车的保有量也有3000 至4000 万台，消费群体非常巨大。而且电动自行车90%以上都是在国内销售，这就直接关系到这一庞大群体中的人们的生活状态。但是，在全国的范围内，不少大城市以及相关的行政区域还有一些不同，甚至有一些相反的态度，使电动车行业不敢放手发展，也不敢做大的技术投入。电动自行车产业在我国的发展会有一个很好的时机：一、我国电动自行车和国际同行业发展属于同一个阶段，在这个产业上，我们和世界上的同行业竞争，我们的能力并不比他们低；二、能源、环保的问题是我国可持续发展的两大课题，电动车既节能又环保，从节能角度来讲，我们用电能，不像汽车一样消耗石油。电动车可以做到零排放，这是其他的交通工具很难做到的。这一点符合国家的可持续发展的战略方针，所以电动自行车应该会是一个很有光明前景的产业。二、电动自行车动力电池发展状况1、电动自行车用阀控铅蓄电池铅酸蓄电池虽然已是有100 多年历史的老产品，而且比能量较低，但因其性能合适、价格便宜、材料来源丰富、技术和制造工艺较成熟、安全可靠等综合因素，经市场检验、考核，已成为商业化电动自行车主要采用的电池。现在市场上的电动自行车95%以上用阀控铅酸蓄电池。有些人认为它是落后、过时的产品，在电动车上应用的前途不大，只是过渡性产品，只有2-3 年的生命期。实际上，随着阀控铅酸电池性能不断地改进提高，它在电动自行车上应用的主要地位很难被取代，它的生命期保守地讲至少还有10 年以上，甚至更长。2、电动自行车用锂离子电池电动自行车行业很大，锂离子电池用的很少，只有2%。电动自行车锂离子电池非常重要，在未来几年会以超过30%的速度发展，所以锂离子电池在电动自行车市场的应用的规模会越来越大。第四节 市场发展标志性事件一、电动自行车历年大事记1983 年上海自行车二厂试制成功永久牌DX130 电动自行车，这是我国有记录的并形成产业化的第一款电动自行车。它采用150W 柱式电机、24V 轿车用普通铅酸蓄电池，此车84 年投入生产，至91 年共生产了4.5 万辆，其中出口805 辆。1995 年清华大学研制出采用轮毂电机的电动自行车。1999 年上海的千鹤、苏州的小羚羊、南京的大陆鸽在电动自行车的研发上陆续获得突破。他们生产的电动自行车均采用36V/10Ah 免维护铅酸蓄电池和后轮驱动的轮毂电机，在各项性能指标上结束了多年徘徊的局面，首次获得了市场的认可。从此，电动自行车进入了快速发展的道路。1999 年5 月28 日国家质量技术监督局发布GB17761-1999电动自行车通用技术条件国家标准，同年10 月1 日执行。此标准是在原轻工行业标准QB2302-1997电动自行车安全通用技术条件基础上修改而成。2001 年由全国自行车信息中心举办电动自行车信息交流会并举办了电动自行车拉练（行驶里程）比赛。此比赛有力地推动了电动自行车技术的发展。2002 年上海自行车协会会同消费者协会制定了上海市电动自行车消费争议纠纷解决办法。开启了解决电动自行车质量纠纷的先例，以后全国各地纷纷效仿。2002 年1 月南宁明令禁止电动自行车上路。2002 年7 月16 日中国轻工业联合会下达了GB17761-1999电动自行车通用技术条件国家标准的修订任务（以下简称新电动自行车标准），并要求2003年完成。同年9 月12 日成立了由全国自行车标准化中心牵头，20 家单位参加的起草小组。2002 年8 月北京公安局发出通知规定从2003 年1 月1 日起禁止电动自行车上路。2003 年4 月完成新电动自行车标准的报批稿。2003 年8 月浙江温州严禁电动自行车在市区行驶。2004 年3 月由部分电动自行车生产企业和几名专家联合上书国家标准化管理委员，对新电动自行车标准报批稿表示异议。2004 年4 月28 日全国自行车标准化中心针对新电动自行车标准报批稿的异议在上海举行协调会议，有十八家单位参加。会议对一些质疑条款结合新电动自行车标准报批稿进行了讨论。2004 年5 月1 日颁布新的中华人民共和国道路交通安全法。此法开禁了原“道路交通安全法”自行车不准装有动力装置的规定。但强调“依法应当登记的非机动车的种类，由省、自治区、直辖市人民政府根据当地实际情况规定”。此法还规定装有辅助动力的自行车在非机动车道行驶，时速不得超过15 公里。2004 年5 月24 日中国轻工业联合会综合业务部在北京召开了有全国68名代表参加的论证会。会议通过了电动自行车最高时速20 公里的指标，但对重量指标有三种意见：1、适当增加重量2-5 公斤，作为强制性条款。2、增加重量至48 公斤，作为强制性条款。3、按原标准40 公斤，但将原强制性条款改为推荐性条款。2004 年7 月12 日发布，同年10 月1 日执行的GB7258-2004机动车运行安全技术条件对轻便摩托车首次定义为：无论采用何种驱动方式，其最高设计车速不大于50km/h，且若使用内燃机，其排量不大于50mL 的两轮或三轮车辆，包括两轮轻便摩托车和三轮轻便摩托车，但不包括最高设计车速不大于20km/h的电驱动的两轮车辆。此标准，为以后起草电动摩托车和电动轻便摩托车标准埋下了伏笔，这没有引起电动自行车行业的注意。2005 年6 月8 日全国自行车标准化技术委员在上海举行扩大的标委会，有二十多人参加。会议对04 年5 月北京论证会后修改的新电动自行车标准报批稿升为送审稿的内容进行了讨论。最后达成一致意见，签名同意将新电动自行车送审稿的关键性指标：最高时速20 公里，重量不大于48 公斤报国家标准化管理委员会批准。但至今还没有批准，一拖就是4 年。2005 年8 月，太原、武汉、明令禁止电动自行车上路。2005 年珠海市人大通过条例从当年七月份起禁止电动自行车在市区行驶。2005 年底北京开禁电动自行车，允许符合国家标准的电动自行车登记上牌。2005 年我国电动自行车产量突破1000 万辆。2006 年11 月6 日广州市公安局发布关于对电动自行和其他安装有动力装置的非机动车不予登记、不准上道路行驶的通知。2006 年12 月1 日海口市禁止电动自行车行驶。2007 年1 月1 日常州在江苏率先严控电动自行车。从今以后，常州市民新购的电动自行车，不能获得公安局发放的牌照。无牌电动自行车不准上路。电动自行车车牌证有效期5 年，到期一律作废。2007 年1 月1 日起，沈阳市北陵大街、北京街等12 条街路禁止电动自行车通行。2007 年2 月由全国汽车标准化技术委员会电动车辆分委会，摩托车分委会共同组织，吸收行业相关的11 家单位，历时半年、四易其稿完成了：GB24155-2009电动摩托车和电动轻便摩托车安全要求，GB/T24156-2009电动摩托车和电动轻便摩托车动力性能试验方法，GB/T24157-2009电动摩托车和电动轻便摩托车能量消耗率和续驶里程试验方法，GB/T24158-2009电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件四项标准的征求意见稿。并在网上进行征求意见。此标准，将最高时速大于20 公里，重量大于40 公斤的电动车定义为电动轻便摩托车。电动自行车行业对此纷纷表示反对。2007 年5 月福州、深圳禁止电动自行车行驶。2007 年8 月15 日起东莞市全面禁止电动自行车上路行驶。2007 年我国电动自行车产量突破2000 万辆。2008 年12 月1 日起，厦门市、佛山市中心城区开始禁止电动自行车上路。2009 年6 月25 日国家标准化管理委员会批准发布，GB24155-2009电动摩托车和电动轻便摩托车安全要求，GB/T24156-2009电动摩托车和电动轻便摩托车动力性能试验方法，GB/T24157-2009电动摩托车和电动轻便摩托车能量消耗率和续驶里程试验方法，GB/T24158-2009电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件四项标准。并将在2010 年1 月1 日执行。此消息公布后在电动自行车行业引起强烈反响。2009 年9 月份国家标准化管理委员会退回电动自行车新标准的送审稿要求重新修改，9 月10 日全国自行车标准化中心召集各地自行车行业协会和一些大型电动自行车企业进行研究。2009 年11 月份后全国各个媒体也纷纷跟进，质疑摩托车四项标准的合理性，一时形成了强大的舆论压力。国家标准化管理委员会也在12 月6 日、11 日分别发表说明和专家作答对摩托车四项标准进行解释。2009 年12 月10 日15 日全国各地方自行车协会向国家标准化管理委员会先后提出暂缓执行四项标准的书面意见。2009 年12 月15 日，国家标准化管理委员会会同国务院有关部门和行业协会，共同研究电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件等4 项国家标准的相关问题。会后，发表了国标委工200998 号文关于电动摩托车相关标准实施事项的通知通知对标准中涉及电动轻便摩托车的内容暂缓实施。同时，国家标准委责成相关标准化专业技术委员会，要在充分听取相关方意见的基础上，加快修订电动自行车通用技术条件国家标准，以便使该标准既能够符合产品在安全、环保和节能等方面法律法规的要求，又能够为产业健康有序发展留有空间，更能够切实维护消费者的安全与权益。二、电动汽车行业大事记1998 年，作为国家电动汽车项目的重要组成部分，汕头建立起全国唯一的国家电动汽车运行试验示范区，其试验内容为技术性能和经济性能的考核和分析，为国家发展电动汽车提供决策依据。我国政府2001 年就启动了“863”电动汽车重大专项，“十一五”规划更是把电动汽车列为七大优先发展的科技领域之一。“十五”期间，国家863 计划电动汽车重大专项项目中纯电动轿车研制点之一在天津汽车。“十一五”期间，北京理工大学作为整车总体单位承担了863 电动汽车重大专项“纯电动客车项目”，作为技术依托单位承担了北京市科技奥运电动汽车特别专项“电动汽车运行示范、研究开发及产业化”等项目。2006 年1 月，经过国家科技部专家组两天的紧张评审，由万向集团承担的两项国家“863”计划电动汽车重大专项“杭州市工况下电动汽车运行考核试验研究”和“WX 纯电动汽车动力总成研发”成功通过国家验收。2006 年，我国第一批纯电动轿车取得了产品准入公告。2006 年，承担着多项国家“863”计划电动汽车专项课题的天津清源公司，在全国率先实现电动汽车产业化，106 辆以一汽“幸福使者”为原型的“HappyMessenger”电动轿车出口美国。2008 年，盟固利作为北京奥运纯电动公交车动力锂电池的唯一供应商，为50 多辆奥运纯电动公交车提供全部动力锂电池和技术服务，成功保障了世界首年2 月5 日，财政部、科技部发出关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知，决定在北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌等13 个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作，鼓励试点城市率先在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。中央财政将对购置节能与新能源汽车按与同类传统汽车的基础差价给予一次性定额补贴，如对轻型纯电动汽车每辆补贴6 万元，纯电动公交客车每辆补贴50 万元；2009 年2 月17 日，财政部、科技部、发展改革委、工业和信息化部等四部委联合在北京召开节能与新能源汽车示范推广试点会议，对节能与新能源汽车示范推广试点工作进行部署。2009 年3 月20 日国家发改委发布汽车产业调整和振兴规划，明确提出2011 年我国要形成50 万辆新能源汽车产能（包括普通型混合动力、充电式混合动力和纯电动等），新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右。2009 年2 月16 日，奇瑞首台自主研发的纯电动汽车S18 电动汽车顺利下线。奇瑞S18 电动汽车是在S18 整车平台上开发的一款高速纯电动轿车，整车搭载了336V 40Kw 大功率电驱动系统，配备了40Ah 高性能磷酸铁锂电池。充电对消费者来说也非常的快捷和方便，利用220V 民用充电即可，充电时间一般在4-6 小时；也还可以进行快速充电，半个小时即可充到电池电量的80%。2009 年6 月，我国首个国家电动汽车专利产业化（东风电动汽车产业园）试点基地在东风汽车公司隆重揭牌。离子电池锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion 之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出， 又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion 的充放电过程中，锂离子处于从正极负极正极的运动状态。Li-ionBatteries 就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑，所以Li-ion Batteries 又叫摇椅式电池。二、锂离子电池工作原理锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳常见的正极材料主要成分为 LiCoO2，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合锂离子的移动产生了电流化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题要多得多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池内阻虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应，记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几乎不会产生这种反应但是，锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多样的主要是正负极材料本身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目图表 10 聚合物锂电池的结构过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因不适合的温度，将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物，所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂在电池升温到一定的情况下，复合膜膜孔闭合或电解质变性，电池内阻增大直到断路，电池不再升温，确保电池充电温度正常所谓使用前三次全充放的“激活”也同样没有什么必要然而为什么很多人深充放以后Battery Information 里标示容量会发生改变呢 ? 后面将会提到锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID、充电状态、放电次数等数值这些数值在使用中会逐渐变化使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值，使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况充电控制芯片主要控制电池的充电过程锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快充阶段（电池指示灯呈黄色时）和恒压电流递减阶段 (电池指示灯呈绿色闪烁恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到0 ，而最终完成充电电量统计芯片通过记录放电曲线（电压，电流，时间）可以抽样计算出电池的电量，这就是我们在 Battery Information 里读到的 wh.值而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的所以我们需要深充放来校准电池的芯片。三、正极材料1、各种正极材料性能比较锂离子动力电池是目前最有潜力的车载电池，主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质等部分组成。目前负极材料的研发和生产已比较成熟。正极材料、隔膜和电解质是锂离子电池的核心材料，占据电池成本的70%；其中又以正极材料附加值最高，约占锂电池成本的30%。这三种核心材料的技术突破，将对锂离子动力电池的性能提升起到重要推动作用。目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、钴镍锰酸锂（三元材料）以及磷酸铁锂。钴酸锂：研究始于1980 年，20 世纪90 年代开始进入市场。它属于-NaFeO2型层状岩盐结构，结构比较稳定，是一种非常成熟的正极材料产品，目前占据锂电池正极材料市场的主导地位。但由于其高昂的价格和较差的抗过充电性，使其使用寿命较短，而且钴有放射性，不利于环保，因此发展受到限制。镍酸锂：氧化镍锂的价格较钴酸锂便宜，理论能量密度达276mAh/g，但制作难度大，且安全性和稳定性不佳。技术上采用掺杂Co、Mn、Al、F 等元素来提高其性能。由于提高镍酸锂技术研究需考察诸多参数，工作量大，目前的进展缓慢。锰酸锂：锰资源丰富、价格便宜，而且安全性较高、易制备，成为锂离子电池较为理想的正极材料。早先较常用的是尖晶石结构的LiMn2O4，工作电压较高，但理论容量不高，与电解质的相容性不佳，材料在电解质中会缓慢溶解。近年新发展起来层状结构的三价锰氧化物LiMn2O4，其理论容量为286mAh/g，实际容量已达200mAh/g 左右，在理论容量和实际容量上都比LiMn2O4 大幅度提高，但仍然存在充放电过程中结构不稳定，以及较高工作温度下的溶解问题。钴镍锰酸锂：即现在常说的三元材料，它融合了钴酸锂和锰酸锂的优点，在小型低功率电池和大功率动力电池上都有应用。但该种电池的材料之一钴是一种贵金属，价格波动大，对钴酸锂的价格影响较大。钴处于价格高位时，三元材料价格较钴酸锂低，具有较强的市场竞争力；但钴处于价格低位时，三元材料相较于钴酸锂的优势就大大减小。随着性能更加优异的磷酸铁锂的技术开发，三元材料大多被认为是磷酸铁锂未大规模生产前的过渡材料。磷酸铁锂：在所有的正极材料中，LiFePO4 正极材料做成的锂离子电池在理论上是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。此外，它在大电流放电率放电（510C 放电）、放电电压平稳性、安全性、寿命长等方面都比其它几类材料好，是最被看好的电流输出动力电池。目前A123 公司已能将磷酸铁锂正极材料制造成均匀的纳米级超小颗粒，使颗粒和总表面积剧增，进一步体高了磷酸铁锂电池的放电功率和稳定性。图表 11 各种锂离子电池正极材料性能比较图表 12 各种锂离子电池正极材料优缺点锰酸锂在充电状态下的热分解温度比钴酸锂高约200（充电状态下的分解温度约为