中国纯电动汽车发展分析

中国纯电动汽车发展分析1.1纯电动汽车的技术发展动态1.1.1纯电动汽车锂电池技术2010年10月中旬，我国正式将新能源汽车作为七大战略性新兴产业之一，插电式混合动力汽车和纯电动汽车被涵盖其中。但是，目前由于制造成本太高，国家正在对电动汽车进行高额补贴。电动汽车之所以成本高，最主要的原因是锂电池的成本太高，其成本已超过整车的三分之一。而锂电池成本高的原因与其涉及的化工材料密切相关。锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴三元材料及磷酸铁锂等。其中，磷酸铁锂由于具有另外几种材料所不具备的循环寿命、安全和材料成本方面的潜在优势，而被业界看作理想的正极材料。目前存在的问题，一是主要原料电子级碳酸锂大部分来自进口，二是磷酸铁锂生产技术也来自国外。据了解，电子极碳酸锂可由锂矿石或盐湖中提取出碳酸锂再提纯而来。我国锂资源居世界第二，但由于技术问题，国内矿石提取碳酸锂再提纯为电子极碳酸锂的产量很低。盐湖提取电子级碳酸锂目前还没有产品问世。所以只能从国外大量进口电子级碳酸锂。因为进口量大，导致国内企业基本没有定价权，完全由国外厂商说了算。

在技术上，我国磷酸铁锂发展本来与国际基本同步，但国内尚未诞生真正的领军企业，行业缺乏原始创新技术。目前，国际上在磷酸铁锂电池行业处于领先地位的企业主要有3家，分别是美国的高博公司和威能公司以及加拿大的佛斯泰克公司。磷酸铁锂技术在国外被看作战略性技术，美国、加拿大等政府为此不惜以国家的力量参与技术壁垒的建立。在磷酸铁锂材料领域，有两大核心技术专利，其中一个是包敷碳技术，另一个是碳热还原技术。前者由加拿大佛斯泰克公司拥有独家使用权，并且已经在我国申请专利。后者的专利权由美国高博公司所有，目前尚未在我国申请专利，但是该公司现已在苏州成立了2家公司，分别负责磷酸铁锂材料的生产和电池制造。磷酸铁锂电池方面的核心专利被几家外国公司掌握，外国公司专利转让至中国企业将会面临高昂的专利许可费，对该产业构成巨大的潜在威胁。要想摆脱在产业链中低端、被动的地位，就要从三方面努力：一是通过技术研发从而加快国内磷酸铁锂专利申请。二是围绕国外企业的核心专利在外围进行布局。三是加强电池结构设计、电池组合控制方面的研究。电解液电解液在锂电池正、负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。锂电池主要使用的电解质有高氯酸锂、六氟磷酸锂等。但用高氯酸锂制成的电池低温效果不好，有爆炸的危险，日本和美国已禁止使用。而用含氟锂盐制成的电池性能好，无爆炸危险，适用性强，特别是用六氟磷酸锂制成的电池，除上述优点外，将来废弃电池的处理工作相对简单，对生态环境友好，因此该类电解质的市场前景十分广泛。目前电解液配套基本已实现国产化，但软肋是占电解液成本约一半的电解质六氟磷酸锂，国内基本没有企业能够生产。目前六氟磷酸锂市场被几家日本企业如关东电化学工业、苏特瑞克秘法、森田化学等垄断。全球六氟磷酸锂产能在4000吨/年左右。日本这3家厂商其产能在3430吨/年，占全球产能的85%左右。我国天津金牛电源材料有限责任公司目前的产能只有250吨/年，并且不对外出售。国内电解液生产厂家所用的六氟磷酸锂主要从日本和德国进口。出现这一状况的的主要原因是六氟磷酸锂的技术门槛相当高。六氟磷酸锂要求纯度高、水分低，但由于产品本身极易吸潮分解，因此生产难度极大，对原料及设备要求苛刻，属于典型的高科技、高危生产环境、高难生产的‘三高’技术产品。六氟磷酸锂的三大主要原料是五氯化磷、无水氢氟酸和氟化锂，其中又以后两者的生产难度最大，需要国内企业在生产工艺上取得突破。隔膜在锂电池中起着防止正、负极短路的作用，并在锂电池充放电过程中提供锂离子运输通道。简而言之，隔膜就是一层多孔的塑料薄膜。但它直接影响了电池的容量、循环性能以及安全性能。在锂电池的部件中它是技术含量最高的，占锂电池成本的20%～30%。而目前我国80%的锂电池隔膜依靠进口。隔膜技术含量高的原因在于它的造孔工艺难度大。目前国际上隔膜的主流产品是经横向和纵向精密拉伸的单层聚丙烯纳米微孔膜、单层聚乙烯纳米微孔膜、PP/PE/PP三层复合纳米微孔膜等类型。以双向精密拉伸法来生产PE、PP隔膜，是一个多步骤、复杂而精密的加工过程，包括吹塑、流延制膜、连续精密拉伸等多个重要环节。国产隔膜在厚度的均匀度和孔的均匀度上与国外存在很大差距。目前国际和国内市场基本被几家实力强大的国外厂商掌控，如美国的卡尔格德、恩特凯，日本的旭化成、东燃等。国内许多企业都在尝试突破国外技术壁垒，开发锂电池隔膜，但难度较大。难度主要体现在以下3个方面：一是传统制备隔膜工艺的相关专利基本被美国和日本的少数企业所垄断，我国在生产技术方面缺乏自主知识产权；二是国内企业在生产隔膜的关键技术方面特别是产业化技术方面较为欠缺，很多企业在小试时往往能够拿出较好的样品，但大规模生产时产品的一致性较差；三是我国在新工艺、新方法的研究方面与国际同步，但新的工艺往往对设备和工艺过程控制要求较高，我国的精密加工设备基础比较薄弱，限制了产业化。尽管难度大，但是国产隔膜已经开始起步。现在国内一些企业在国产化方面已取得了一些技术突破，如深圳市星源材质科技股份有限公司、佛山市金辉高科光电材料有限公司、河南新乡格瑞恩新能源材料股份有限公司等，这些公司都已生产出具有自主知识产权的锂电池隔膜，但目前大多是供应中、低端市场，还需要膜技术的进一步成熟。随着新能源汽车的逐渐推广，到2012年，预计新能源汽车将令锂电池隔膜的需求量翻10倍。解决了隔膜的国产化问题，不仅对锂电池行业，对整个电动汽车行业发展都将具有革命性的意义。负极材料技术含量比较低，一般用石墨做负极，是国内锂离子电池四大关键组件中唯一实现产业化的材料。国内企业在技术含量低的领域，做得颇有成就。深圳贝特瑞新能源材料有限责任公司、上海杉杉科技有限公司等已经跻身世界级公司。其中，深圳贝特瑞市场占有率已居全球第二。客户包括松下、三星、日立、比亚迪等130多家厂商。但是，石墨负极材料虽成功商品化，可由于碳作为负极总是存在一些难以克服的弱点，未来肯定要被非碳材料取代。因为石墨在电解液中会形成钝化膜，该膜虽可传递锂离子，但会引起能量的损耗。而且当电池过充电时，石墨负极表面会析出金属锂从而引起电池短路。随着温度的升高，嵌锂状态下的石墨负极将首先与电解液发生放热反应，有可能会生成易燃气体，发生燃烧。所以石墨不是最理想的负极材料，寻找性能更为良好的非碳负极材料是锂离子电池研究的重要课题。尽管当前人们广泛研究了各种非碳负极材料，特别是近年来纳米结构的非碳负极材料如锡的复合氧化物、钛氧化合物及钛酸盐类化合物等，受到许多锂电工作者的关注，但是这些材料还有许多问题没有解决，仍然无法大量应用，还需要生产路线和工艺的不断改进。纯电动汽车超快充电技术

采用传统的慢速充电法，纯电动汽车充满一次电要好几个小时。这虽然能够保证相对较长的续驶里程，但由于要安装许多电池，增加了车辆的重量和成本，对电池一致性的要求也较高。现在，快速充电电池技术出现，具有寿命长（可充电2000次以上）、没有记忆性、可以大容量充电及放电等特点，在几分钟内就可充70%～80%的电。前面所述的东芝可急速充电锂离子技术，即是快速充电技术的其中之一，这为纯电动汽车的商业化提供了技术支持。但是也有学者对于蓄电池的快速充电提出疑问，认为快速充电时的过充电和过放电有可能会恶化各电池在电池组内协同工作的环境，造成电池组整体的瓦解崩溃。现在许多企业在这方面积极进行研发，也有所进展。2005年《参考消息》报导内华达州有企业研制出纳米电池，只需6分钟就能充满电，每次充电后的使用时间能达到目前充电电池的10倍，使电池充电次数量高达到2万次，所提供的电流强度最大能到现在的3倍。这也成为目前纯电动汽车电池技术的发展动向之一。电池与电容相结合技术超级电容具有充电快、无记忆充放电、充放电循环次数高、无二次污染等优异特性，但有放电快的缺点；锂离子电池具有储电量大、储存时间长的优点，但充电时间比较长。取两者之长，结合起来使用在电动汽车上，除了可以具有传统纯电动汽车的“电代油”和“零排放”主要优点外，还具有一次充电行驶距离长（可达300公里）、速度快（可达100公里/小时）、行使过程中能量回收效率高等优点，代表了纯电动汽车的最新发展方向之一。目前已有富士重工和NEC联合开发“锂离子电容器”，能量密度达30瓦时/千克，为先前电容器的4倍，达到了用于电动汽车的实用水平。中国有上海瑞华集团研制环保型混合电能超级电容电动汽车，还有国家电网公司在这方面已经完成了3种电池-电容混合型电力工程车辆的改装和性能测试，并将开展示范应用。纯电动汽车电动轮技术电动汽车驱动电机是所有电动汽车必不可少的关键部件。目前使用较多的有直流有刷、永磁无刷、交流感应和开关磁阻等四种电机。美国和德国开发的电动汽车大多采用交流感应电机，主要优点是价格较低、效率高、重量轻，但启动转矩小。日本研制的电动汽车几乎全部使用永磁无刷电机，其主要优点是效率可以比交流感应电机高6个百分点，但价格较贵，永磁材料一般仅耐热120℃以下。开关磁阻电机结构较新，优点是结构简单、可靠、成本较低、起动性能好，没有大的冲击电流，它兼有交流感应电机变频调速和直流电机调速的优点，缺点是噪声较大，但仍有一定改进余地。对于电动汽车而言，由于电能是由各类电池提供，价格昂贵而弥足珍贵，所以使用相对效率最高的永磁无刷电机是较为合理的，它已被广泛用于功率小于100kw的现代电动汽车上。

此外，在国外已有越来越多的电动汽车采用性能先进的电动轮（又称轮毂电机），它用电机（多为永磁无刷式）直接驱动车轮，因此无传统汽车的变速箱、传动轴、驱动桥等复杂的机械传动部件，汽车结构大大简化。但是它要求电机在低转速下有很大的扭矩，特别是对于军用越野车，要求电机基点转速∶最高转速=1∶101.2纯电动汽车发展存在的问题及策略1.2.1充电问题制约纯电动车产业化发展大力发展电动车等新能源汽车在我国已经形成共识，但实际上各方对电动车发展的外部投入还远不够。电动车的充电问题目前成为制约其行业发展的主要问题。根据国家的汽车振兴规划，纯电动车被确定为未来汽车发展的主要走向之一。随着锂离子电池技术的不断成熟，中国纯电动车正在迅速发展。按照目前的技术，只要8－13度电，小型车辆就能行驶百公里。并且这种纯电动车的结构简单，没有传统汽车的油路、水路、气路，使用和维修都很方便。汽车没油了可以去加油站，如果电动车行驶途中没电了怎么办？发展多种方便用户的充电服务是当务之急。解决这些难题单靠某些企业肯定不行，需要政府等多方面力量扶持。建议电力部门积极参与，由电动车厂商和电网公司建立电池充电站或者是出租站。目前我国发电装机容量超过8亿千瓦，而电网8亿千瓦在夜间“积压”一半。如果电动车白天行驶夜间利用‘谷电’充电，可以替电网‘分散调峰’。有1亿千瓦的‘谷电’就完全可供2500万辆纯电动轿车及170万辆纯电动客车充电。不仅节能减排，也给电力部门带来经济效益。中国发展纯电动车存在问题及对策在减少燃料消耗方面，电动汽车具有胜过其它技术的明显优势。其他技术承诺每辆车的汽油消耗量可以降低41-56%，而电动汽车可以100%地降低耗油量。考虑到中国迅速增长的汽车数量，这种节省可以转化为石油消耗的极大削减，甚至是石油进口的削减，这当然也取决于市场上电动汽车的比例。如今，中国每日进口340万桶石油，占总消费量的48%。然而，倘若到2030年中国汽车总数的30%为电动汽车，将节省7亿桶石油，即预计所需石油总量62亿桶的10%。我国已有10个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。我国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，假如我国人均汽车持有量达到现在全球水平---每1000人有110辆汽车，我国汽车持有量将成10倍地增加，石油进口就成为大问题。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除人们对石油资源日渐枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。如果油价每升涨至10元，预计消费者五年之内就可以完全赚回他们为购买电动汽车所支付的费用。尽管进一步放开油价似乎迫在眉睫，但是油价调整的幅度依然不甚明朗。近期有诸多因素导致原始设备制造商和消费者平添了购买电动汽车的增量成本。然而，就长期而言，随着汽油价格的调整和技术的进步，电动汽车可能成为中国普通消费者寻求实惠的选择。现在国内多数锂电池生产厂家提出免费质保期限只有一年，2008奥运会唯一指定锂电池供应商中信国安的锂电池，免费质保期限也只有二年。如前所述，即使是一辆性能相当普通的电动车，电池成本也要8～10万RMB，如果一年或二年后消费者要自费更换电池，其费用将是多么巨大！电动空调的耗电功率在3～4kw，一般开启空调，电动车的续驶里程至少要减少三分之一，换言之，原来能行驶90公里的电动车，当使用空调时最多只能行驶60公里。除了快速充电问题很难解决外，电池在低温条件下容量将明显降低，在高温条件下(50℃)又需要泠却才能正常工作，而这也是要消耗自身能量的。此外，随着使用时间的延长，电池的各种性能将逐渐下降，其结果将造成电动车整车性能(车速、加速性、一次充电