飛躍進步的車載鋰離子電池，獨立廠商的存在感大增（上）

進入2012年以來，電動汽車源源不斷地被投放到市場，車載鋰離子充電電池市場迅速擴大。不僅是與汽車廠商合資成立的公司，獨立的電池廠商的訂單也在增加。即便如此，車載鋰離子充電電池的開發(fā)競爭才剛剛開始。車載電池廠商正在積極致力于新一代電池的開發(fā)。本文將介紹從2012年2月舉行的“AABC 2012”上采訪到的新一代材料等的最新開發(fā)情況。

　　“2015年將把電動汽車在新車銷量中所占的比率提高至2～5％，2020年提高至10～25％”（美國福特汽車）。

　　不只是日本的豐田、日產(chǎn)和本田，全球各大汽車廠商都開始全面向市場投放電動汽車（EV）、插電式混合動力車（PHEV）和混合動力車（HEV）等電動汽車。

　　與此同時，車載鋰離子充電電池市場也開始形成。2011年引領市場發(fā)展的正是EV用鋰離子充電電池。這是因為以日產(chǎn)的“LEAF”（中國名：聆風）為首，三菱汽車的“i-MiEV”和“MINICAB MiEV”、法國雷諾的“Fluence Z.E.”和“Kangoo Z.E.”等配備電池的EV相繼上市的結果。

　　為日產(chǎn)和雷諾供貨鋰離子充電電池的Automotive Energy Supply（AESC） 代表董事社長松本昌一表示：“已經(jīng)面向EV生產(chǎn)了4萬5000輛車使用的電池，面向HEV生產(chǎn)了6000輛車使用的電池”注1）。

注1） AESC目前構筑了每年生產(chǎn)9萬輛EV、1萬輛HEV所需電池的生產(chǎn)體制。按容量換算，每年為2.2GWh；按數(shù)量換算，每年為182萬個單元。目前，EV方面主要為日產(chǎn)的“LEAF”以及法國雷諾的“Kangoo Z.E.”和“Fluence Z.E.”供貨，HEV方面主要為日產(chǎn)的“風雅混合動力車”供貨。

　　美國Advanced Automotive Batteries公司的Menahem Anderman預測稱，EV用鋰離子充電電池組的市場規(guī)模在2011年約為8億美元，到2012年將超過10億美元，2015年將達到25億美元（圖1）注2）。

圖1：不斷擴大的車載鋰離子充電電池組市場
預計鋰離子充電電池組將取代此前的鎳氫充電電池組，并不斷擴大市場規(guī)模。圖由本刊根據(jù)“AABC”主辦者Menahem Anderman的預測制作。

注2）在“AABC 2012”上，Anderman在以“Advanced Vehicle and Advanced Automotive Battery Market Trends”為題發(fā)表的演講中，公布了市場預測。

　　另外，2012～2013年間，各家汽車廠商也都計劃上市PHEV和HEV。PHEV方面，繼豐田2012年1月開始銷售的“普銳斯PHV”之后，2012年秋季至2013年初，本田預定推出新款“雅閣（Accord）”的PHEV款、福特預定推出“C-MAX Energi”和“Fusion Energi”、瑞典沃爾沃汽車預定上市“V60插電式混合動力車”等。

　　HEV方面，德國廠商逐漸開始全面推出產(chǎn)品。2012年內(nèi)，寶馬預定上市“ActiveHybrid 5”和“ActiveHybrid 3”，戴姆勒預定上市“E400 HYBRID”和“E300 BlueTEC HYBRID”，大眾計劃上市“捷達混合動力車（Jetta Hybrid）”。此外，福特也計劃2012年內(nèi)上市“C-MAX Hybrid”和“Fusion Hybrid”。

電池廠商的供貨客戶明確

隨著電動汽車全面投放市場，各家汽車廠商所使用的電池廠商陣容也變得明朗起來（圖2）。此前在車載鋰離子充電電池領域，除了獨立廠商韓國LG化學外，要數(shù)AESC、Lithium Energy Japan、Primearth EV Energy（PEVE）和Blue Energy等與汽車廠商合資成立的車載電池公司。

圖2：車載鋰離子充電電池的主要供求關系
配備或者預定配備鋰離子充電電池組的主要車型與電池廠商的關系。

而最近，獨立開發(fā)車載鋰離子充電電池的三洋電機（現(xiàn)為松下）、東芝和日立車輛能源等已經(jīng)被敲定向多家汽車廠商供貨產(chǎn)品。

　　例如，松下2012年3月宣布將為福特的Fusion Hybrid和Fusion Energi供貨鋰離子充電電池。該產(chǎn)品是三洋電機開發(fā)的，松下似乎將為Fusion Hybrid提供5Ah的單元，為Fusion Energi提供20.5Ah的單元。20.5Ah的單元與豐田普銳斯PHV配備的單元相同。

　　5Ah單元除了已經(jīng)開始面向德國奧迪的“Q5 Hybrid”供貨外，大眾的捷達混合動力車也決定采用。另外，豐田宣布將在多款HEV上采用。除此之外，松下還預定為特斯拉汽車的EV“Model S”和“Model X”，以及特斯拉和豐田共同開發(fā)的EV“RAV4 EV”供貨圓筒型單元“18650”。

東芝和日立也在不斷擴大客戶數(shù)量

　　此外，在日本的電池廠商中，東芝也面向EV實現(xiàn)了突飛猛進。東芝的車載鋰離子充電電池負極材料采用鈦酸鋰（LTO），因此具有安全性高、壽命長、低溫特性出色的特點。不過，缺點是單元的平均電壓只有2.5V左右，比以往的鋰離子充電電池低1V以上。

　　因此，配備200～400V高電壓電池組的EV需要大量串聯(lián)電池單元，電池行業(yè)認為“難以采用”。但實際上，該單元除了已經(jīng)用于三菱汽車的i-MiEV和MINICAB MiEV的部分車型上，本田的“飛度EV”也決定采用。

　　據(jù)某汽車廠商的技術人員透露，采用的理由是因為電池的充電狀態(tài)（SOC）即使在變動較大的范圍內(nèi)使用也很少發(fā)生劣化，低溫特性較高，“電池的極限值高這一點也適合EV使用”。

　　此外，在獨立的日本廠商中，還有傳言說，日立車輛能源除了美國通用汽車（GM）的HEV“LaCrosse”和“Regal”外，還在為日產(chǎn)的新一代HEV供貨產(chǎn)品。日產(chǎn)為推進層壓型電池單元，與NEC集團設立了合資公司，而沒有與日立集團合作。不過，估計是考慮到要從兩家以上的公司采購電池的基本戰(zhàn)略，日產(chǎn)還是決定采用日立車輛能源的方型單元。

　　另外，美國廠商方面，美國A123 Systems的鋰離子充電電池預定用于寶馬的ActiveHybrid 5和ActiveHybrid 3、美國菲斯克汽車的PHEV“Karma”以及通用預定2013年上市的新款EV“Spark EV”上。A123 Systems的鋰離子充電電池的特點是，正極材料采用磷酸鐵鋰（LiFePO4，LFP）。計劃向?qū)汃R供貨圓筒型單元，向菲斯克和通用供貨層壓型單元。

電池單元在電池組的成本中所占比率降至一半以下

2012年2月6～10日在美國佛羅里達州奧蘭多（Orlando）舉行了車載電池國際會議“AABC（Advanced Automotive Battery Conference）2012”。會上，汽車廠商和電池廠商相繼介紹了新款車配備的或者預定配備的車載鋰離子充電電池的詳細情況。

　　其中，采用A123 Systems公司電池的寶馬和菲斯克也分別登臺介紹了各自的電池組。寶馬就定于2012年春上市的HEV——ActiveHybrid 5使用的電池組，以“THE LIION-BATTERY OF THE ACTIVE HYBRID 5”為題發(fā)表了演講。

　　ActiveHybrid 5采用了96個容量為4Ah的圓筒型單元。以12個單元為一個模塊，共配備了8個模塊。容量為1.35kWh，電壓范圍為200～385V。容積為40L，重46kg。寶馬為抑制單元劣化，除了控制電池的SOC范圍外，還采用了水冷方式。因此，實際上只使用0.6kWh的容量。

　　寶馬在此次演講中還提到了ActiveHybrid 5的電池組成本。電池單元在不包括組裝等制造工序在內(nèi)的電池組成本中所占的比例目前降到了50％以下。該公司認為，今后為降低成本，“不僅是單元，還需要削減周邊部件的成本”（寶馬單元技術經(jīng)理Peter Lamp）（圖3）。

圖3：單元成本降至電池組總成本的一半以下
寶馬就“ActiveHybrid 5”的電池組成本詳情發(fā)表了演講。單元在電池組整體所占的成本比率低于50％。電池組的成本中不包括組裝工序等制造成本在內(nèi)。圖由本刊根據(jù)寶馬的資料制作。

采用A123 Systems的層壓型電池單元的是菲斯克。該公司是開發(fā)PHEV的風險企業(yè)，其首款上市車Karma從2011年底開始交車。菲斯克以“Energy Storage System Design for Performance Extended Range Electric Vehicles”為題介紹了Karma的電池組（圖4）。

圖4：采用A123 Systems的層壓型單元
菲斯克在“Karma”上采用了A123 Systems的層壓型單元。（攝影：菲斯克汽車）

Karma是配備2個驅(qū)動馬達和1個發(fā)電機的串聯(lián)方式PHEV。采用315個容量20Ah的層壓型單元。21個單元組成一個模塊，以3并聯(lián)×5串聯(lián)的方式配備。容量為20.1kWh，電壓為336V。充電一次可行駛80km，電池余量減少后，利用排量2.0L的渦輪串聯(lián)4缸發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機可行駛483km左右。

積極推進單元標準化的德國廠商

　　在本屆AABC 2012上可以發(fā)現(xiàn)，各公司在電池組設計方面的思想開始出現(xiàn)較大差異。豐田、日產(chǎn)和本田等日本廠商的電池組趨于采用空冷式，并盡量簡化構造從而降低成本，而歐美廠商大多傾向于采用水冷式，并以特定的小范圍管理單元的充電狀態(tài)和溫度。

　　而且，德國廠商表現(xiàn)出了使單元容量和外形尺寸等標準化，從而實現(xiàn)通用的想法。在AABC 2012上，寶馬表示，打算通過德國汽車工業(yè)會（VDA）使單元實現(xiàn)標準化，推動HEV、PHEV和EV使用的模塊實現(xiàn)通用，從而用于多種車型。通過實現(xiàn)通用化，有助于進一步降低成本。

　　而豐田等仍然堅持認為，不同車輛的配備空間各不相同，應該從多種單元中選擇最合適的產(chǎn)品配備，實現(xiàn)單元的標準化比較難。