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    日本二次电池技术路线图介绍及启示

    作者:王佳 出版时间:2017年08月
    摘要:

    日本动力电池产业处于国际领先地位,早在2009年就已经研究制定了动力电池技术路线图。本文详细介绍了日本《NEDO二次电池技术研发路线图2013》,包括其制定目的及意义、汽车用二次电池路线图、定置式二次电池路线图、材料技术路线图和创新型电池路线图,并对比分析了中日动力电池路线图的差异。最后总结其对中国动力电池产业的五点启示,一是加快研究储能电池技术路线图;二是动态评估和适时修订动力电池路线图;三是加大动力电池研发支持力度,确保动力电池路线图目标的实现;四是切实发挥动力电池路线图支撑政府部门科技创新管理的作用;五是衡量动力电池产业的发展进步需要综合考量多项技术指标。

    汽车用动力电池主要包括锂离子动力电池、镍氢动力电池、超级电容器等,其中锂离子电池是目前应用最广泛的动力电池。日本是世界上最早实现锂离子动力电池、镍氢动力电池产业化的国家,其动力电池技术水平和产业竞争力处于国际领先水平。近年来,随着新能源汽车产业的发展,我国动力电池产业取得了较大进步,但整体水平与日韩企业还存在一定差距。日本新能源与产业技术综合开发机构(New Energy and Industrial Technology Development Organization,NEDO)自20世纪80年代开始对动力电池的研发给予长期稳定的支持,研究制定了《NEDO二次电池技术研发路线图2013》,通过整合官、产、学、研力量共同推动了日本动力电池产业的发展。研究分析日本二次电池技术路线图,能为我国动力电池产业的发展提供良好的借鉴和启示。

    一 日本二次电池技术路线图介绍

    (一)制定目的及意义

    发展二次电池是保障日本能源安全的重要举措。日本资源匮乏,能源严重依赖进口,通过研发/导入/普及创新型新能源技术,积极构建下一代能源利用社会,是日本未来实现可持续发展的重要举措。创新型新能源技术中的二次电池,已经广泛应用于电脑、手机、电动汽车等领域,未来还将在构建低碳社会和保障日本能源安全方面发挥更大的作用。

    为提高二次电池研发效率和促进研发计划信息共享,NEDO着手制定了日本二次电池技术路线图。NEDO通过整合官、产、学、研力量,具体负责推进以锂离子电池为核心的二次电池技术研发工作。为了提高研发效率和扩大效果,必须共享“技术研发计划信息”。因此,针对未来将会普及的下一代汽车用二次电池,NEDO在2009年6月制定了《NEDO次代汽车车载蓄电池技术研发路线图2008》。2010年5月,NEDO将二次电池的用途扩大到汽车以外的领域,包括“运输领域”、“民生领域”以及“产业领域”,并根据“能源密度重视型”、“比功率重视型”和“寿命重视型”三个特性对其进行了分类,制定出台了《NEDO次代汽车车载蓄电池技术研发路线图(Battery RM2010)》。

    随着二次电池在受灾时期的重要性凸显和日本蓄电池战略的调整,NEDO重新修订完成了《NEDO二次电池技术研发路线图2013》。2011年3月,日本发生东日本大地震,部分核设施关闭引发了日本电力短缺,日本社会认识到在受灾时期作为紧急备用电源的二次电池的重要性。2012年7月,日本经济产业省提出到2020年日本蓄电池市场占全球规模(20万亿日元)50%的目标,同时还制定了《蓄电池战略》,对加快二次电池普及所面临的问题和应对策略等进行了分析。根据产业发展趋势,NEDO以修订的方式重新制定了《NEDO二次电池技术研发路线图2013》。修正了二次电池的目标性能,明确了共性技术研发课题,鼓励企业与研究人员积极参与课题研究,提升二次电池性能,推动其市场化。

    (二)汽车用二次电池路线图介绍

    日本汽车用二次电池分为功率型和能量型两类。按二次电池用途进行分类,将HEV和PHEV用二次电池归类为“比功率重视型二次电池”,将EV用二次电池归类为“能量密度重视型二次电池”。

    日本汽车用二次电池路线图以电池包为单位设定技术目标值。日本汽车用二次电池路线图中成本、能量密度、比功率的目标值均以电池包为单位进行说明。这些目标值根据评价对象是单体、模块或电池包而存在较大差异,在实际操作中,以电池包(含电池管理系统等)为单位进行评价更能全面反映二次电池的性能。

    日本汽车用二次电池路线图以质量能量密度、比功率、成本、寿命为指标,明确了技术研发方向。日本汽车用二次电池路线图将下一代汽车尚未完全普及的时期划分为普及初期和普及期,PHEV和EV将在2020年前后进入普及期。届时,高容量、高电压的先进型锂离子电池将装车应用。高比功率型二次电池能量密度达到200Wh/kg,比功率达到2500W/kg,成本降到2万日元/kWh以下(约1200元/kWh),日历寿命10~15年,循环寿命4000~6000次。高能量密度型二次电池能量密度达到250Wh/kg,比功率达到1500W/kg,成本降到2万日元/kWh以下(约1200元/kWh),日历寿命10~15年,循环寿命1000~1500次(见图1)。

    (三)定置式二次电池路线图介绍[1]

    图1 日本汽车用二次电池路线图

    日本定置式二次电池分为“系统用”和“需求者用”两类。日本二次电池技术路线图将定置式二次电池分为两大类,包括设置在供电