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2019方形動力電池裝機量TOP10“解碼”

在寡頭效應影響下,方形動力電池領先的局面短期內不會發生改變。方形動力電池獨占市場鰲頭的局面依然持續。高工產業研究院(GGII)通過發布的《新能源汽車產業鏈數據庫》統計顯示,2019我國全年累計實現動力電池裝機量約62.38GWh,同比增長9%。其中,方形電池裝機量52.73GWh,同比增長24.8%,占總裝機量84.5%。方形電池裝機量TOP10約51.59GWh,占比方形總裝機量達97.8%,占比總裝機量82.7%。位列2019方形動力電池裝機量TOP10的企業為(按裝機電量高低排列):寧德時代、比亞迪、國軒高科、億緯鋰能、中航鋰電、力神、時代上汽、欣旺達、鵬輝能源、塔菲爾。在方形、軟包、圓柱三種形狀的電池路線中,方形電池市場份額依舊遙遙領先,且是2019年唯一保持同比正向增長的技術路線。在寡頭效應影響下,方形電池領先的局面短期內不會發生改變。邏輯依據是,一是,國內動力電池市場高度集中,兩大頭部動力電池企業占據近70%的市場份額,其先發形成的方形電池市場陣線短期內難以攻破。加之在技術層面,寧德時代CTP電池、比亞迪“刀片電池”的領先突破,從性能、成本上進一步賦能產品優勢,將促使方形電池的市場空間繼續保持領先。二是,A00級乘用車產銷量大幅下滑,A0級和A級車型以及PHEV車型銷量上升,主要采用方形電池進而壓縮了軟包和圓柱電池的市場空間。值得注意的是,受2020年國產特斯拉Model3銷量帶動,圓柱電池將在一定程度下有所回潮。三是,國內軟包電池市場需求尚未正式放量,國產純軟包電池企業在資本、產能、體量等方面仍不夠強大。2019年動力電池裝機量TOP10中,僅剩一家純軟包電池企業。四是,從2018年開始,國內大部分圓柱動力電池逐步退出動力市場,在小動力等新興市場尋找新的發展機會。2019年圓柱電池在動力電池領域的市場份額持續下降,裝機電量約4.17GWh,占比6.7%,同比下滑41%。以下是高工鋰電梳理的2019年方形動力電池裝機量TOP10企業的整體情況:寧德時代GGII數據顯示,2019年寧德時代實現裝機電量32,307MWh,同比增長37%。其中方形動力電池31,933MWh,占比98.8%。市場方面,寧德時代產品覆蓋乘用車、客車、專用車領域,方形電池配套裝機量排名前五的客戶包括北京汽車、宇通客車、吉利汽車、廣汽乘用車及上海汽車。產品方面,2019年9月,寧德時代推出全球首款CTP電池包,采用全新CTP技術的無模組電池包。相較于目前市場上的傳統電池包, CTP電池包體積利用率提高了15%-20%,零部件數量減少40%,生產效率提升了50%,能量密度可達到200Wh/kg以上。投入應用后將大幅降低動力電池的制造成本。比亞迪比亞迪2019年實現方形電池裝機電量10,782MWh,同比下降5.7%。主要在客車和專用車用電池裝機量下降比較明顯。市場方面,比亞迪依然以自身配套供給為主,占比98.35%。對外供應客戶包括北京華林、廣汽比亞迪、長安汽車、中聯重科、徐工機械、中天高科,占比1.65%。產品方面,比亞迪推出“刀片電池”,融合CTP模式,據介紹,該電池體積比能量增加50%,壽命長達8年120萬公里,成本下降30%。搭載新電池,新車續航可達500-600km。國軒高科國軒高科2019年實現電池裝機量3,215MWh,同比增長4%,涵蓋圓柱電池與方形電池。其中,方形動力電池裝機量2,012MWh,同比下降14.2%,占總裝機量62.6%。市場方面,國軒高科方形電池主要配套客戶包括奇瑞汽車、江淮汽車、安凱汽車、吉利商用車、昌河汽車等39家車企。產品方面,公司生產的方形磷酸鐵鋰產品單體能量密度達185Wh/kg,配套應用于各款車型。方形三元產品,公司使用自主開發并生產的三元正極材料,生產的三元電芯產品已與奇瑞、眾泰、獵豹、敏安等車企完成配套設計。值得一提的是,國軒高科軟包三元產品已經箭在弦上,已實現 300Wh/kg單體電池小批量試制,常溫循環壽命達到1500周,相應的1GWh軟包示范線已經建成,預計2020年實現裝車。億緯鋰能億緯鋰能2019年實現電池裝機量1,836MWh,其中,方形電池裝機量1,773MWh,占整體裝機量96.6%。市場方面,億緯鋰能方形電池主要配套的車企包括南京金龍、開沃汽車、東風汽車、吉利商用車、山西新能源汽車等16家。產能方面,公司目前其共計擁有11GWh產能,包括方形鐵鋰4.5GWh、圓柱三元3.5GWh、方形三元1.5GWh、軟包三元1.5GWh。其中3.5GWh圓柱電池產能已全部轉向消費電子領域,以抓住電動兩輪車、電動工具的市場機遇。2019年5月,公司完成募資25億元,用于建設5GWh儲能動力電池產能(3.5GWh磷酸鐵鋰電池和1.5GWh方形三元電池)等項目。中航鋰電中航鋰電2019年實現動力電池裝機量1,492MWh,同比增長108.4%,全部為方形電池。配套客戶涵蓋長安汽車、廣汽乘用車、北汽福田、金康汽車、東風汽車、吉利汽車、江鈴汽車、宇通客車、瑞馳汽車。產品方面,近期中航鋰電推出最新研發產品,D148平臺模組使用壽命長,可達5年50萬公里(或等同放電量)質保需求。D221模組產品在滿足針刺熱失控等安全測試的前提下,能量密度達到230Wh/kg,能夠進一步提升車輛續航能力。產能方面,2019年9月,中航鋰電廈門項目一期A6項目開工,項目規劃投資100億元,達產后可形成年產20GWh的產能。力神電池力神電池2019年實現動力電池裝機量1,951MWh,其中方形電池裝機量1,190MWh,同比上漲136.6%,占比總裝機量61%。市場方面,力神電池方形電池配套客戶涵蓋東風本田、長安汽車、東風汽車、廣汽本田、上汽通用五菱等33家。產品方面,力神電池涵蓋圓柱三元、方形鐵鋰和方形三元,且三種技術產品在不同的應用市場都存在較強的競爭優勢。此外,力神電池2019年實現裝機總電量位列行業第4。方形電池和圓柱電池裝機電量分別排名行業第6和第2。時代上汽與比亞迪外供裝機電量相比,時代上汽作為寧德時代與上汽集團的合資公司(寧德時代占股51%,上汽集團占股49%。),2019年的表現可謂耀眼,裝機量躋身行業前十。時代上汽主打方形電池,項目于2017年6月破土動工,一期項目規劃投資100億,形成18GWh年生產能力。2018年第311批新車公告,時代上汽正式登上舞臺。GGII數據顯示,時代上汽2019年實現裝機數量15494臺,覆蓋乘用車與專用車,實現方形電池裝機電量742883KWh,配套車企包括上海汽車、上汽通用、上汽大眾和上汽大通。欣旺達2019年欣旺達在動力電池領域的發展突飛猛進,方形裝機量達650931KWh,同比增長586%。位列方形動力電池排行榜第8位,位列總裝機量排行榜第10位,這也是欣旺達全年裝機量首次進入年度TOP10。市場方面,欣旺達目前主打方形電池,配套主機廠主要包括吉利汽車、吉利旗下山西新能源汽車、云度新能源和東風柳汽等。動力新增產能方面,2019年3月,欣旺達同意子公司欣旺達電動汽車聯合南京溧水經濟開發區管理委員會、南京鼎通園區建設發展有限公司,成立合資公司南京欣旺達,計劃總投資120億元,在南京建立30GWh年產能動力電池生產基地,生產動力電池電芯、模組和系統。欣旺達預計,2019年歸屬于上市公司股東的凈利潤7.37億-9.12億元,同比增長5%-30%。鵬輝能源依托于上汽通用五菱配套綁定,鵬輝能源連續兩年位列方形動力電池裝機量第9位。2019年公司實現動力電池裝機電量642MWh,其中方形電池裝機量636MWh,同比增長32%,占比99%。市場方面,除了上汽通用五菱外,鵬輝能源方形電池配套的客戶還包括東風汽車、長安汽車、昌河汽車、五菱汽車、九龍汽車、航天神州汽車等14家車企。產品方面,鵬輝能源近期公布了三項動力電池技術“黑科技”,包括48V磷酸鐵鋰體系啟停電池、6C快充技術產品和88Ah軟包電池。塔菲爾塔菲爾2019年實現方形電池裝機量382MWh,同比上漲41%。方形動力電池裝機連續兩年位列第10。市場方面,塔菲爾方形電池配套客戶包括長城汽車、東風柳州汽車、河南速達、新特汽車、中國一汽等14家車企。產品方面,塔菲爾2019年量產的型號以NCM523方形鋁殼電池為主,單體能量密度超過230Wh/kg。在第十批推薦目錄中,塔菲爾配套車型數量第一,系統能量密度達160Wh/kg,工況續航里程普遍超400km,成為新能源乘用車動力電池市場上的強有力競爭者。

作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:高工鋰電
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2019年動力電池產銷量保持正增長 品牌集中度不斷提升

2019年,共有79 家動力電池企業實現裝車配套,排名前3家、前5家、前10家的企業,電池裝車量分別為45.6GWh、49.2GWh和54.7GWh,占總裝車量比分別為73.4%、79.1%和87.9%。動力電池作為新能源汽車核心零部件,其發展與新能源汽車行業息息相關。盡管2019年新能源汽車產銷量都出現了下滑,但動力電池卻呈現增長之勢。分析其原因,中國汽車動力電池產業創新聯盟副秘書長馬小利表示,這與單車載電量提升有很大關系。2019年12月,受新能源客車產量大幅上升帶動,我國新能源汽車按車型劃分的平均裝車電量高達63.2kWh,環比上升8.8%。我國純電動乘用車系統能量密度在140Wh/kg 及以上的車型產量仍然占主體,140(含)-160Wh/kg和160Wh/kg以上車型產量占純電動乘用車總產量比例分別為49.3%和35.9%,125Wh/kg以下車型12月產量稍有增長,占比提升至2%。馬小利表示,從材料類型看,三元和磷酸鐵鋰仍是主力。能量密度的提升既符合政策導向也符合市場需求。中汽協秘書長助理許海東也表示,裝機動力電池能量密度的提升一方面反映了技術的進步,一方面也更貼近市場需求。中國汽車動力電池產業創新聯盟公布的數據顯示,2019年,我國動力電池產量累計為 85.4GWh,同比累計增長21%。其中,三元電池產量累計55.1GWh,占總產量的64.6%,同比累計增長40.8%;磷酸鐵鋰電池產量累計為27.7GWh,占總產量的32.4%,同比累計下降1.2%。動力電池的銷量與產量差距并不大。2019年,動力電池累計銷量為75.6GWh,同比累計增長21.4%,整體處于正增長態勢。動力電池月度裝車量數據(GWh)盡管動力電池的產銷量差距并不大,但裝車量卻有一定差距,這在一定程度上跟動力電池生產銷售早于車企新能源汽車的生產周期有關。2019年,動力電池裝車量達到62.2GWh,同比累計增長9.2%。盡管全年維持了正增長,但從月度數據看,動力電池下半年感受到了明顯的壓力。從8月開始,動力電池的月度裝機量都較去年有了不同程度的降低,12月降幅高達27.4%。與汽車行業整體集中度不斷提升一致,動力電池行業的集中度表現得更為明顯,2019年12月,配套電池企業為56家,而2018年和2017年這一數字分別為75家和81家。馬小利表示,集中度不斷提升的同時,我國動力電池行業“小”、“亂”的問題也正在逐步好轉。2019年,共有79 家動力電池企業實現裝車配套,排名前3家、前5家、前10家的企業,電池裝車量分別為45.6GWh、49.2GWh和54.7GWh,占總裝車量比分別為73.4%、79.1%和87.9%。值得的是,TOP10的前三家裝車量不斷提升的同時,前2家的優勢表現得尤為明顯。12月,排名第一的寧德時代的裝車量高達5.09GWh,而前十家企業的總裝機量僅為8.64GWh,寧德時代占比高達58.9%,就是排名第二的比亞迪裝車量也僅為1.15GWh,與寧德時代存在一定差距。(中國汽車報網/王金玉)

作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:中國汽車報網
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590電池模組“百家爭鳴”

自從德國大眾推出MEB平臺和VDA電池模組標準尺寸以來,國內動力電池產業鏈紛紛投入資源開發相關平臺和產品。究其原因,大眾推出的MEB平臺和VDA標準尺寸不僅降低汽車應用期間成本,提升可靠性,而且還兼顧動力電池全生命周期管理,提升電池性價比。尤其對電池廠而言,便于自動化生產和提升電池一致性,有利于減少反復資本投入。如圖1-圖3所示,大眾MEB平臺可兼容軟包和方形電池的VDA標準化模組。例如以LG為代表的軟包電芯橫向排布,而CATL等方形電芯則疊放,豎向排布。圖1 大眾MEB電池系統軟包電池,尺寸比較靈活多變,但其寬度和高度尤其是模組封裝方面也呈現VDA標準尺寸化趨勢。代表企業主要有萬向一二三、微宏動力等企業。方形電池,VDA標準尺寸的主流代表主要有寧德時代、國軒高科、天津力神、中航鋰電等企業。其中寧德時代開發的355、390、590等系列模組,高度均為108mm,有應用在蔚來ES8上,電池包成組后的高度為136mm;天津力神的355、590模組,高度也均為108mm,電池包成組后的高度控制在140mm以內。例如廣汽新能源的Aion LX,是國內第一款采用590尺寸VDA標準電池模組的車型,電池能量密度達180Wh/kg,模組集成率能達到93%,容量配置為93kWh。關于電池模組VDA標準尺寸,市場當前主流的長度355mm(如吉利帝豪EV450等眾多車型)正逐漸向390mm(如奧迪E-Tron)和590mm(如廣汽Aion LX)長度過渡。如圖4-圖9所示,390和590型號模組差別主要是單體電池的尺寸和制造工藝有差別。圖4(可能是390的雛形)業內人士反饋,590型號是真正為純電動平臺MEB開發的標準模組,從一開始就具備成為通用模組所有條件。相比355和390等其他型號,590模組尺寸大,能降低成本和成組效率最高。同時590模組一旦普及,會加速電動汽車平民化進展。然而590模組的電流密度和極化反應等存在均勻性差等風險,再加上技術指標多,制造難度高。因此390還是590模組,誰可能更受市場歡迎,不同的角度,看法可能不同。吉陽智能的一位高級工程師表示,590型號模組是電池PACK后,長度為590mm。其所用的軟包單體電池尺寸,一般長度在550mm,寬度100mm,高度10mm左右。在疊片工藝上,考慮效率的話,熱復合疊片機更適合590型號電芯。當然Z字型疊片也能做,不過技術難度要大一些。超業精密的一位高層認為,現在訂單大多是390型號模組的電池,不過已經有很多客戶在提590型號的需求。針對590型號的電池需求,正進行相關的技術和方案設計,涉及的設備有Z字型疊片機,沖坑機,軟包一封,二封機。鵬輝能源研究院院長劉建生認為,針對高端市場,今年整車廠普遍采用的體系為電池型號390和590模組。因為能實現4秒以內達到百公里時速,續航600-700公里。廣汽新能源技術中心副部長劉太剛表示:590型號的模組肯定是趨勢。至于采用軟包還是鋼殼,這個要看技術進步和實際成本情況而定,由于軟包和硬殼會兼容裝載,目前來看,還不好確定。愛馳汽車電池高級經理楊建軍認為:VDA模組的三個長度355、390和590,是充分研究了車上的尺寸需求后得出來的。但考慮到模組加工難度,355尺寸短,比較容易實現?,F在比較多的廠家能提供這種模組,目前是主流。至于390模組,能夠提供得還是比較少,590更少。因此在相當長一段時間內,355模組還是主流,未來其他發展起來之后,355模組也不會淘汰??偟膩碚f,未來主流選擇390還是590型號,最終要回歸到成本與安全。從當前動力電池產業入冬,行業進入馬拉松賽場的背景來看,如果590型號模組的降本增效優勢更突出,市場受歡迎程度會大一點。

作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:高工鋰電技術與應用
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車企們的電池難題

順風順水的特斯拉(TSLA.US),最近爆出來好幾個大新聞。繼上次推出一款超級“太空感”的皮卡驚艷了眾人之后,不過兩個月,12月27日又有國媒體體報道,特斯拉通過旗下的加拿大分公司申請了一項新的電池技術專利,不僅可以提升電池的使用壽命和性能,還擴展了電池應用場景。該專利內容介紹了一種通過使用電解液添加劑改善鋰離子電池性能的方法,通過調整電解液添加劑的組成和配比,鋰離子電池的使用壽命和性能得以提升,采用這一方法的新型電池系統除了適用于汽車,還可用于電網儲能等不同場景。作為電動汽車的“三大件之一”,電池向來是特斯拉格外關注的一部分。2016年7月29日,特斯拉與日本松下合作建設Gigafactory超級工廠,該工廠占地面積3000英畝,投資額接近50億美元,規劃產能35GWh,年產50萬輛電動車。特斯拉想要借助這一超級電池工廠來實現鋰電池的規?;a,進一步削減動力電池的生產成本。在Gigafactory中,松下公司負責制作電池的電芯,特斯拉負責進一步組裝電池模塊和電池包,最后再由軌道電車將電池成品運送出去,由此形成閉合一體化的供應鏈。如今不過短短三年多,落戶上海的Gigafactory 3號超級工廠,已經支撐了第一批國產Model3的交付。除了合作建廠,特斯拉還將擁有成熟干電極制造的電池公司Maxwell以及擁有完整電池制造設備的Hibar收入麾下。之后在2019年早些時候,特斯拉的電池研究伙伴Jeff Dahn和它的團隊公布了在電動汽車上進行的令人印象深刻的測試結果,新電池在電動汽車中的工作壽命可以超過100萬英里。他們測試的新電池是新一代“單晶”NMC陰極的鋰離子電池和一種新的先進電解質。從那時起,特斯拉就一直在申請這種新型電池化學物質的美國和國際專利。近期,他們終于通過加拿大分公司獲得了這項專利。1整車廠考慮自己研發和生產電池,這不僅是特斯拉一家的動向。車企自產電池已經形成一股風潮,比如,全球最大汽車制造商之一的大眾集團最近幾年關于電池的消息就不斷傳出。2016年,大眾汽車稱將投資100億歐元用于新建大型電池工廠,意欲轉型為一家領先的電力汽車制造商。作為大眾因排放丑聞受損以來重振計劃的一部分,公司宣布將于2025年前實現每年出售100萬臺電動及油電混合機動車的目標,并增加對電池產業的投資。2018年6月13日,大眾汽車集團宣布計劃2019年與Northvolt公司以50:50的股比成立合資企業,并建設一座初期產能為16GWh的電池工廠。該工廠最早將于2020年開始建設,并于2023年底或2024年初開始生產電池。2019年5月14日,大眾汽車集團決定與合作伙伴在位于歐洲的老家德國共同建立電池生產工廠,集團監事會在當日會議上批準了10億歐元的投資。值得注意的是,在此之前,歐洲汽車制造商生產電動汽車所用的電池都由亞洲進口,目前全球汽車動力電池制造商前5名都是亞洲公司。在最初階段,作為其電動化攻勢的一部分,大眾與實力較強的電池供應商發展戰略合作伙伴關系,以滿足電動汽車基礎電池需求。SKI、LG化學和寧德時代是車企第一階段的主要合作供應商。這也是當時其它跨國汽車巨頭普遍采取的方式。但是面對電池在電動汽車價值中占據的重要比例,大眾集團更希望與合作伙伴合資建立超大型工廠,分攤電池生產的大量資金投入。最終,大眾汽車集團打算在歐洲建立鋰電池和固態電池生產工廠。其中,作為其集團電池戰略的一部分,大眾汽車集團將與美國公司Quantum Scape合作,尤其是固態電池生產方面。目前大眾汽車集團位于薩爾茨吉特的卓越中心聚集了負責電池開發、采購和質量控制的專業人員,并已開始電池試生產。按照大眾汽車集團多階段強化電池專業實力的計劃,目前其已進入建立強大技術團隊,深入研究鋰電池開發與生產的第二階段。如果一切順利,大眾將緊隨目前電動車行業領先者特斯拉的步伐。這幾年橫切進入電池業的傳統大汽車公司還不止大眾這一家。2017年5月,在特斯拉投資建立超級電池工廠之后,戴姆勒也宣布將在德國本土投資5億歐元,興建全新的超級電池工廠,產能是當時戴姆勒電池產能的4倍。該工廠完工后將被用于生產梅賽德斯-奔馳和smart品牌旗下混動、插電混動以及全電動車型所搭載的電池組。2017年7月5日,在中德雙方領導人見證下,戴姆勒和北汽簽署協議,將共同投資6.55億歐元(約合50億元人民幣)在北京奔馳建立純電動車生產基地及動力電池Pack工廠,生產梅賽德斯-奔馳品牌的純電動車產品,這是戴姆勒在海外建立的首個動力電池工廠。寶馬緊隨其后,2017年10月24日,占地6480平方米、總投資約3.24億元、可年產3.3萬套高壓電池組的華晨寶馬動力電池中心揭幕儀式在沈陽舉行。這個寶馬在華首家高壓電池工廠項目位于華晨寶馬沈陽發動機工廠內,電芯由寧德時代提供,投產后將為全新寶馬5系插電式混合動力車型提供動力電池系統。到了2019年底,就連一直在重組裁員的通用汽車也坐不住了。12月5日,通用汽車和LG化學各自宣布,雙方計劃以各占一半投資和股份的方式共同出資23億美元建造電池單體制造工廠,預計將于2020年年中破土動工,為通用汽車未來的多款電動車型供應電池。未來雙方還會基于各自在電池科學領域的深厚積淀,共同推動先進電池技術的發展和應用,進一步降低電池成本。國外汽車制造商折騰電池的這些年,國內汽車制造商們也沒閑著。2016年8月25日,上汽通用宣布投資17.2億元人民幣在上海金橋建設一座鋰電池組裝廠,以實現旗下新能源車電池系統的國產化,同時該廠建成后還將為通用汽車在全球生產的新能源車配套鋰電池組,預計2017年底投產。另外,上汽還與寧德時代聯手建立了一個總用地面積約2007畝的電池及電池系統生產基地,項目一期規劃總投資100億元,將形成18GWh的動力電池生產能力,2018年底投產,預測到2020年將實現36GWh的生產能力,比肩特斯拉超級電池工廠的35GWh年產能。實際上,國外不僅是大眾汽車和通用汽車,還有豐田汽車,國內不僅有上汽,還有北汽、吉利汽車、比亞迪、長城汽車、廣汽傳祺等企業,都將電池視為未來的核心競爭力,并有意覆蓋從電池研發、生產到處理以及循環利用的整個工藝鏈。當前汽車制造商的電池工廠大多已初具雛形,或正處于加速擴建中。2電池技術的改善對電動汽車的成功至關重要,電池壽命被認為是未來幾年內影響電動車銷售的重要因素。2019年4月,奧迪宣布推遲其首款旗艦電動車E-tron交付,原因就是無法從供應商LG化學獲得足夠的動力電池,這導致其今年只能生產4.5萬輛電動車,比預期少1萬輛。巧婦難為無米炊,奧迪最終只能讓用戶等待時間從2個月延伸到6到7個月,第二款E-tron車型的發布推遲到了明年。奔馳也遭遇了同樣的困境,旗下首款純電動SUV車型,因動力電池供應不足,只能推遲交付計劃。那么,動力電池供應不足到什么程度呢?數據顯示,僅韓國三大電池供應商LG化學、三星SDI、SKI僅在2018年一年新接的訂單就有6452億元,截至2018年底,它們未交付的電池訂單超過了1萬億元。目前2019年雖然尚無詳細數據,但是根據動力電池行業這一年來的狀況,這幾家企業未完成的訂單數量只會有增無減。動力電池產能不足的一個重要原因是動力電池原材料受限。在上游原材料層面,鈷是當前全球范圍內采用最廣泛的鋰電池核心原材料之一,它能夠顯著提升電池的能量密度,如今全球鈷的產量有50%以上都是用于制造鋰鈷電池。2016年到2018年間,由于電動汽車的逐步邁向市場,鈷也隨之瘋漲。相關數據顯示,金屬鈷的價格在2016年還是12萬元左右每噸,到了2018年鈷的價格一度飆升至60萬元每噸。在達到最高點后,伴隨著國內鈷量產的提升,市場的供不應求轉向供大于求,動力電池原材料受限的問題方才解決。產能不足的另一個原因是電動汽車對動力電池性能的高要求。今年以來,縱觀整個電動汽車行業,都在朝著600公里的續航里程發展,而頻發的電動汽車自燃事件也警醒著各大電動汽車企業,提升電池安全性刻不容緩,安全性也是電動汽車邁向主流市場的根基。政策方面,中國對動力電池企業的產能、電池系統售價也提出了更高要求。2016年11月,工信部發布行業規范文件,將動力電池企業單體電芯的產能要求直接提升到了8GWh,這個要求成為電動汽車進入新能源汽車補貼名錄的條件。在另一份促進汽車動力電池產業發展的文件中,國家提出到2020年動力電池系統售價達到1元/Wh,也就是每度電(KWh)1000元的要求,這意味著未來搭載50KWh電池、續航必然超過300公里的電動汽車電池成本將要下降到5萬元。以國內動力電池巨頭寧德時代為例,其2018年動力電池系統的售價是1.4元/Wh。而從2019年動力電池行業發展狀況可以看出,動力電池市場集中度在進一步加強,幾家頭部企業占據了80%以上的市場份額?;谝陨戏N種,目前市場上能夠提供高端動力電池的供應商其實只有LG化學、松下、三星SDI以及國內的寧德時代和比亞迪。在高端動力電池供不應求之下,各大車企的爭奪更為慘烈。兵書有言,“兵馬未動,糧草先行”,電池就是電動汽車企業在市場競爭中的“糧草”,誰擁有了電池這一“基本物資”,誰就掌握了市場競爭的主動權。于是以特斯拉為代表的主機廠紛紛邁出了自己生產動力電池的步伐,想把“命脈”握在自己手里。對于成立合資公司自建電池工廠,馬斯克在收購電池公司后直言:“這是具有戰略意義的收購,將對電池的生產成本和規模產生重大影響,同時可降低擴大電池生產所需的成本和資本?!?然而自建電池工廠并非一件簡單的事。電動汽車企業在資金投入之外,需要解決電池技術如何獲取的問題。目前來看,主要有兩種方式,一種是通過收購擁有電池技術的企業或者購買技術專利,另一種則是與松下、LG化學或寧德時代等已經能夠生產高性能動力電池的企業合作,成立合資公司生產電池。特斯拉選擇了兩者兼顧,既與松下聯手提升其位于內華達州的1號超級工廠的產能,又收購了麥克斯韋自研電池,更多的車企則選擇了后者。如上汽、東風、廣汽、吉利旗下兩家公司都與寧德時代成立了合資公司;豐田與松下成立了合資子公司;大眾和歐洲動力電池初創公司Northvolt合作自建動力電池工廠等。與此同時,LG化學、松下、三星SDI、寧德時代等也都在大力新建動力電池工廠和提升原有動力電池工廠的產能。如LG化學在南京江寧濱江開發區投資20億美元建設動力電池工廠,為現代、沃爾沃、通用等車企供應電池;三星SDI則在美國密歇根州投資6270萬美元建設一座電池制造廠。隨著來自動力電池企業和電動汽車整車廠的動力電池工廠的建成,鋰電池的供應或將迎來供大于求的局面,因此長遠來看,并非每家電動汽車企業都需要建設電池工廠,但在當前這個造車企業都進入量產、搶占市場的節點,眼下動力電池供應短缺的局面如何應對,成為造車企業的一道難關。那么,對于個體車企來說,是否自己造電池,這個問題該如何考慮呢?大眾汽車就曾因為在這個問題上搖擺不定而給自己帶來了諸多麻煩。2016年,大眾汽車確立了到2025年年產300萬輛電動汽車的目標。要實現這個大目標,大眾汽車最初的計劃是自產電池。但直到2018年5月,大眾汽車宣布簽訂了價值480億美元的電池訂單,外界才獲知大眾汽車可能改變了自產電池的計劃。雖然大眾汽車沒有透露具體供應商,但外界猜測,松下、三星SDI、LG化學和寧德時代都有可能是這筆大訂單的獲得者。在簽署480億美元訂單3個月后,大眾汽車對外明確表示不愿在電池上受制于人,“長期來看,我們一定不能讓自己依賴于少數幾家亞洲的動力電池供應商”。半年之后的2019年2月,德國媒體報道大眾汽車正在和SKI談判,有意與其在歐洲共建電池廠。但同時大眾汽車已經和LG成立了一個特別工作組,以確保電池穩定供應。LG被大眾汽車“不忠”的行為激怒了,不但“威脅”大眾汽車將在“某種情況下”停止對其供應動力電池,還將大眾汽車和SKI告上了法庭。三星也給大眾汽車帶來過麻煩。2019年5月,媒體報道,三星原本同意向大眾汽車供應20GWh的電池,但在后期談判中因雙方出現分歧,三星將供貨量砍到不足5GWh。如此,顯然自產成為大眾汽車迫在眉睫的任務。4對于汽車廠商來說,自己生產電池的好處很多,再也不用擔心供應問題,而且可以根據需要任意更改電池的形態,另外不用跟電池供應商扯皮,電車能在第一時間快速推向市場,更重要的是,自己生產電池還可以把利潤完全把握在自己手里,今后也能給消費者提供更好的電池維修和更換服務。不過自己生產電池要承擔巨額的研發成本,尤其是如果不能規模量產,那么單價會很高反而不劃算。另外汽車生產商在電池研發領域還是比較外行,要承擔更大的風險,不像松下、三星、LG等成熟電池廠商不僅給汽車供應電池,產品還用在其它家用設備上,因此抗風險能力強。目前市面上絕大多數電動汽車的電池還都是來自寧德時代、松下、LG和三星等供應商,這些公司研發電池多年,擁有一定的技術經驗,比汽車廠商從0開發要好很多。而且通過大規模量產,這些公司的電池也已經降低了生產成本,對于汽車企業來說也是一件好事兒。但是汽車廠商出設計,電池供應商負責生產會留下安全隱患,2019年發生的好幾起自燃事件就與此有關。而且電池供應商自己研發的電池往往是固定形態的模塊化的,需要汽車廠商改變設計去適應電池,這也是廠商不愿意看到的。技術問題還是其次,關鍵是成本控制。其實目前三元鋰電池的技術已經非常成熟,各大汽車廠商都在用,像大眾、豐田這樣的汽車廠商開發電池的話,依托雄厚的資本實力,聘用專業的技術人才,用不了兩三年就可以實現商業化,真正難的是控制成本。小的汽車公司汽車產量不高的話,自己開發電池是非常不劃算的,因而與動力電池供應商巨頭合作就更劃算。如何在采購和自建電池廠上取舍,仍以大眾集團為例,其計劃在未來十年生產近70款新電動車型,總銷量將達到2200萬輛,巨大的裝載量讓其不得不主動研發生產電池。自產電池大眾汽車決定從扶植電池企業入手。2019年11月,大眾汽車表示已經在德國薩爾茨吉特的卓越中心開設了一條動力電池試驗生產線,大約有300名專家參與了開發,這被看作是其進軍電動車市場的又一里程碑。未來大眾將在這里與瑞典初創公司NorthVolt建立一個完整的電池制造工廠。大眾汽車此次對Northvolt的投資額達到9億歐元,部分資金用于設立合資企業,剩余部分用以收購Northvolt約20%的股份。大眾選擇Northvolt是看中其深厚的政府背景,其是歐洲少見的動力電池企業“國家隊”;此外Northvolt和大眾汽車都極為看重高能量密度電池的研發,而且Northvolt以方形電池為主的封裝方式與大眾汽車的技術路線很契合。此外,高能量密度可能是大眾汽車和Northvolt合作的重要原因。大眾汽車預測,到2020年鋰電池單體比能量將達到300Wh/kg,到2025年這一數值將達到350Wh/kg,遠高于其2019年在中國上市的三款純電動車水平。這三款車,朗逸純電版、高爾夫純電版和寶來純電版的電池包能量密度是121Wh/kg。Northvolt對能量密度的追求比大眾的要求還激進,雖然其起步階段和競爭對手產品的能量密度相當或略高一點,但到2030年其電池能量密度要比目前的水平翻一番,高于大眾汽車預測的350Wh/kg。而且,這個數字是大眾汽車對固態電池能量密度的預期。那么,這是不是就意味著大眾在電池問題上可以高枕無憂了呢?非也。大眾汽車和Northvolt組合或許能避開采購電池的坑,卻可能難以繞開自產電池存在的問題。Northvolt技術團隊中有不少來自松下、LG化學等傳統電池廠的日、韓籍員工,許多生產設備也購自亞洲供應商,這種情況下Northvolt的技術真能勝出他們的亞洲對手嗎?這不只是大眾汽車面臨的問題。國內外多家主流電動汽車制造商都曾宣稱或正在進入電池行業,但在推進過程中都或多或少遇到了困難,甚至不得不重返采購的老路。在中國市場,目前唯一能夠自己生產純電動汽車電池的只有比亞迪,因為自產電池比亞迪可以將純電動車的成本控制得比較低,所以其它廠商車型的價格往往沒有比亞迪有競爭力。而且,《新建純電動乘用車企業管理規定》要求車企掌握動力蓄電池系統集成技術,這也是各大車企密集進軍電池產業的原因。5車企是否應該進軍電池業是一個只在當前環境下有效的問題。目前,市場上符合國家政策和企業需求的動力電池供給有限,而隨著造車新勢力和傳統車企不斷進軍電動車領域,在當下競爭窗口急于規?;?、搶占市場,為了確保自己搶占先機,很多有實力的企業就選擇合作建廠或者自建工廠。然而,自建工廠并沒有那么容易,要斟酌考慮技術、成本和效率問題,一旦考慮不周,可能就要退回采購電池的老路。從長遠發展看,隨著動力電池技術的不斷成熟,以及汽車廠商建立的電池工廠投入生產和原有動力電池企業的產能不斷擴建,市場上的電池供給會逐漸平衡乃至供大于求,這時候就沒有必要所有的汽車廠商都要去興建自己的電池廠了。但是對于一些汽車制造商來說,首先它們需要能夠等到這一天的到來。

作者: 高冬梅 來源:礪石商業評論
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比亞迪“刀片”電池受爭議 CTP產業鏈已悄然騰飛

比亞迪近日宣布將在今年3月推出新一代“刀片”電池,體積能量密度比傳統鐵鋰電池提升50%,將應用在重慶工廠下線的全新轎車比亞迪“漢”EV車型上,續航將超過600公里,這一消息極大提振了其股價。比亞迪股價本周連日上漲,周五收盤再度大漲超過7%,五個交易日累計漲幅達23%。但很快比亞迪“刀片”電池的300多項技術就引來爭議,主要是針對該專利質量不高,屬于“實用新型”,并非原創技術。盡管如此,大多數券商認為,隨著CTP(Cell to Pack)電池系統的發展路徑被越來越多電池廠家采納,產業鏈將有更多企業收益,這也將推動未來電動車在增加續航里程的同時,成本得到進一步下降。不是創新發明但對產業仍有幫助早在去年8月,比亞迪就已經透露將在2020年推出新一代磷酸鐵鋰電池。公司稱:“現階段研發目標是電池組壽命需要達到8年120萬公里,而且在自有供應鏈之下,成本預期下調30%左右?!北葋喌线€曾在2018年對外表示,磷酸鐵鋰電池的能量密度未來規劃將會提升至180wh/kg。中信證券日前最新發布的一份汽車研究報告顯示,比亞迪正在發力磷酸鐵鋰(LFP)電池低成本技術,拓展與高鎳三元電池差異化的長期降本路徑。報告稱:“比亞迪最新的LFP‘刀片’電池體積比能量密度最高可提升30%以上,預計成本能降低30%?!眻蟾孢€稱,比亞迪電動化技術方案累計長達幾十年,在電池、電機、電控等方面掌握了核心技術,此前這些技術基本對內供應,其內在價值尚未得到完全體現。當前公司正在積極推進供應鏈開放戰略,預計2021年逐步落地。長期來看,比亞迪有望成為新能源汽車解決方案供應商,零部件將迎來重新的估值。光大證券日前發布的報告也稱,“刀片”電池是從車輛、電池包、電芯整體層面開發的新的解決方案,結構改進的效果非常明顯,從數據結果分析,或許也存在改進電芯內部材料的可能性。比亞迪的“刀片”電池是磷酸鐵鋰電池,但比傳統磷酸鐵鋰電池有更大的能量密度,主要特點是將電芯進行扁平化設計,故名“刀片”,長度最長可以到2500mm,比一些小車的軸距還要長,可以極大提升電芯成組效率,還可以根據不同需求形成不同尺寸電芯。盡管如此,比亞迪“刀片”電池的300多項技術仍然引來爭議,主要是針對該專利質量不高,屬于“實用新型”,并非原創技術。而且該消息也沒有得到上市公司直接回應或公告,有操縱市場的嫌疑。對此,比亞迪方面回應稱,“刀片”電池作為公司不斷推出的新產品之一,不適于內幕信息或須履行信息披露義務的重大事件。比亞迪在“刀片”電池領域已申請專利320多項,其中大部分為發明專利,這些專利優先在國內申請,海外專利也在同步申請中。一位熟悉比亞迪“刀片”電池技術的電動車行業資深人士告訴第一財經記者:“比亞迪的‘刀片電池’客觀來講就是實用新型,并不是創新發明,但對市場很還是有幫助?!鄙鲜鋈耸肯虻谝回斀浻浾咧赋?,比亞迪的“刀片”電池技術與寧德時代近期推出的CTP(Cell To Pack)的電池概念技術有異曲同工之處?!皩幍聲r代的是三元鋰電池,比亞迪的是磷酸鐵鋰,整體的概念是差不多的?!彼麑Φ谝回斀浻浾弑硎?。他解釋道,過去的電池生產方式一般是由電芯做成模組,模組做成電池包,現在從電芯直接做成電池包,至少從重量上來說是減輕了,將會很大程度提升電池的能量密度?!斑@個技術確實對續航里程是有幫助的,但是意義沒有它(比亞迪)宣傳的那么厲害,不能算是革命性的技術?!边@位業內人士對第一財經記者表示。寧德時代近期推出的全新CTP高集成動力電池開發平臺,由于省去了電池模組組裝環節,較傳統電池包體積利用率提高了15%-20%,電池包零部件數量減少了40%,生產效率提升了50%,電池包能量密度提升了10%-15%,將大幅降低動力電池的制造成本。磷酸鐵鋰邊際向好據國海證券研究近期一份新能源行業研究報告顯示,去年前十個月,三元電池和磷酸鐵鋰電池的出貨量分別為30.3GWh和12.89GWh,占比分別為65%和28%,不過隨著國內電池企業選擇CTP的技術路線,可能較多采用磷酸鐵鋰動力電池,這將使得持續低迷的磷酸鐵鋰電池邊際向好。高工鋰電產業研究所(GBII)報告稱,特斯拉、蜂巢能源也都在布局 CTP 電池技術,推動新能源汽車平價進程。報告還稱,特斯拉、大眾、通用等海外車企多將電池成本目標設定為100美元/kWh。目前主流三元電池包價格約為 1元/Wh,磷酸鐵鋰電池包價格約為 0.8元/Wh,產業鏈依然有較強降本動力,CTP 電池包的推出加速電池成本下降速率,有助于提升電動車經濟性。在產業鏈方面,受比亞迪“刀片”電池技術的提振,國軒高科周五股價漲停。國軒高科也有類似“刀片”電池的技術。今年年初國軒高科董秘在回答投資者提問時稱,電芯技術方面,公司的磷酸鐵鋰電池單體電芯能量密度已經能夠提升至190Wh/kg,配套續航里程400公里以上的車型,明年單體能量密度有望提升至200Wh/kg,并實現160Wh/kg的系統能量密度。上市公司合縱科技日前也表示,公司全資子公司湖南雅城主要生產磷酸鐵鋰電池正極前驅體產品,用于磷酸鐵鋰正極材料的制造加工。2020年公司正在進行新一代高壓實密度磷酸鐵開發以及低成本磷酸鐵研發。與中國寶安旗下貝特瑞合作開發的高壓實磷酸鐵項目已經量產,與國軒高科合作開發高壓實磷酸鐵中試驗證驗證即將量產,與比亞迪“刀片”電池匹配產品在進行認證。鋰電池生產商德瑞精密向第一財經記者證實自己也是比亞迪的供應商,不過針對比亞迪“刀片”電池的供貨情況,公司拒絕透露具體細節。

作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:第一財經
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高速充放電均衡對存在一致性問題電池組的作用和意義

電池組的一致性問題不僅使電池組的實際充放電容量降低,影響設備的功率輸出和續航時間,嚴重時還有可能發生“熱失控”問題,導致故障的發生。??基于安全放電的原則,電池組的可釋放電量取決于電池組中容量最小的電池,類似于“木桶效應”。電池的串數越多,影響越大。以100串100Ah鋰電池組為例,如果因為一致性原因,有一串電池的容量下降到只有80Ah,那么,該電池組的可利用容量只有80Ah,大約20Ah的容量無法利用,相當于1/5的容量浪費了。衰減電池的實際充放電倍率高于電池組的平均放電倍率,充電和放電是的溫升明顯高于其它電池,衰減進入加速通道并形成惡性循環,結果是電池組的容量迅速下降,而且伴隨嚴重的熱失控風險。??現在,全世界都在通過技術研發提高鋰電池的比容量,但限于技術等原因,進展緩慢,而已有的大容量電池組的容量又由于普遍存在的一致性問題,有效容量得不到充分利用,除了電池生產因素導致的電池差異外,使用期間的溫度、大電流充放電和電池管理技術跟不上都會導致這一問題的發生。??放電容量的下降與之對應的就是充電容量同樣下降,如果是車用電池組,則表現為電池衰減嚴重,續航里程嚴重縮水。高速放電均衡的優勢目前的電池管理技術,能夠解決電池組一致性問題的技術只有電池均衡技術。而要實現電池容量的充分利用,則必須要求電池均衡器同時支持放電均衡、充電均衡和靜態均衡,此外,由于不同容量電池的存在,充放電末期存在較高的電壓差,因此,電池均衡器還必須具有寬幅的均衡電流和高效的電能轉換效率,徹底解決電池均衡器因為均衡電流不足仍發生過充和過放電的問題,既能實現高效均衡又能減少在充分利用容量期間的損失。?具有這種技術要求的電池均衡技術已經被作者歷經多年攻關研發出來,基于壓差控制原理自動進行電流調整,不同容量電池的充放電電流完全不同,按需自動匹配充放電電流,結合自創的雙向同步整流技術,很小的電壓差就可以獲得非常大的均衡電流,5A以內均衡電流的設計,可以實現1A/13mV;10~15A均衡電流的設計,可以實現1A/10mV,電壓差越大,均衡電流越大,從而實現高速均衡,但這種增大是有限制的,當達到設備的保護點后就會自動進入保護狀態,防止均衡器過熱燒毀,該技術的鮮明優勢是同時支持高速放電均衡、充電均衡和靜態均衡,這是很多電池均衡器技術不具備的,高速放電均衡最重要的意義在于能發揮電池容量的最大功效,讓應該做功的容量全部利用起來,例如本例剩余的99串20Ah容量,就不是讓其躺著,閑置不用,而是全部利用起來,提高平均容量利用率。真正意義上的高速放電均衡包含多方面的含義:實時均衡、支持大電流均衡、電能轉換效率要高。??以本例電池組為例,假設電池組的放電電流為0.2C即20A,那么,本文均衡器的平均均衡電流需要4.5~5.0A即可滿足該電池組安全放電,并且所有20Ah的電量都基本可以得到釋放。同樣,如果電池組的放電電流提高到0.4C即40A,則平均均衡電流需要9.5~10.0A,由于均衡電流是隨著電壓差變化的,因此,實際峰值均衡電流可能會超過13.0~15.0A左右,普通電池均衡器是無法滿足要求的,而本文的采用同步整流技術的實時高功率、高效率轉移式電池均衡器則可以滿足需要。由于分流功能強大,最差電池(80Ah)因實際放電電流最小,產生的溫升也最小,熱失控問題也消除了,一舉多得。實踐證明,支持的均衡電流越大,對小容量電池的過充、過放電保護能力越強,電池組的運行越安全,允許電池間的差異越大。高速充放電均衡實例實驗電池組中,18650電池(B1電池)1A放電檢測容量只有1Ah,方形鋰電池(B2電池)的1A放電檢測容量高達11Ah,容量相差10倍,其它實驗和測量設備包括鉗形電流表、數字萬用表、智能恒流電子負載、專用充電器及本文所述高效大功率均衡器樣機。高速放電均衡實例電池組總放電電流5A,B1電池容量小,無法提供較大的放電電流,放電電壓會迅速下降,B2電池容量大,可提供較大的放電電流,為了穩定兩塊電池的電壓,這種電池均衡器會根據壓差情況提供強大的均衡電流,測量時刻,實測均衡電流高達9.08A(存在測量誤差,下同),如圖1所示。這個均衡電流一部分來自B2電池,B2電池多放電,多出的放電電流通過均衡器的轉換提供給B1電池,彌補B1電池放電電流的不足,這兩個電流的和即為均衡電流;方形鋰電池的實際放電電流高達9.82A,如圖2所示;而18650電池的實際放電電流只有0.87A,如圖3所示,在強大均衡電流的作用下,最大電壓差只有0.11V,當放電總電壓到達6.0V結束電壓時,18650電池的放電電壓約2.9V,仍處于安全電壓值以內。根據放電倍率的計算公式,B1電池的實際放電倍率為0.87/1=0.87C,B2電池的實際放電倍率為9.82/11=0.89C,如果忽略測量誤差,兩塊電池的放電倍率是相同的。高速充電均衡實例這種進行高速充電均衡實驗,仍以上述電池組為例,均衡放電結束后,轉入均衡充電環節,采用標準的CC-CV模式進行充電,為便于對比,同樣以5A恒流充電至自動切換恒壓充電,在測量數據時刻,本應通過B1電池的的5A電流,實測充電電流只有0.84A,如圖4所示,剩余的4.16A通過均衡器轉換提供給B2電池;而B2電池的實測充電電流高達8.8A,如圖5所示,相當于有3.8A的充電電流來自于均衡器,電流轉換效率高達91%;最大均衡電流實測高達7.97A,如圖6所示,數值上非常接近于B1電池的剩余電流4.16A與B2電池的增加電流3.80A的和7.96A。根據測量數據和充電倍率的計算公式,B1電池的實際充電倍率為0.84/1=0.84C,B2電池的實際充電倍率為8.8/11=0.8C,如果忽略測量誤差,兩塊電池的充電倍率是相同的。?均衡充電期間,兩塊電池的電壓上升速度基本相同,最大電壓差只有0.11V左右,B1電池的最高電壓也只有4.23V,始終處于安全電壓以內,電池溫升正常,得益于采用雙向同步整流設計,均衡器樣機在連續大電流均衡的情況下只有微量的溫升,處于安全溫度以內。數據分析通過兩組大電流均衡充放電實驗和測量數據,不難發現,高速均衡對于一致性很差的電池組的作用是不可替代的,這種作用是通過快速調節每塊電池的實際充放電電流,使其達到相同的充放電倍率和相近充放電電壓來具體實現的,在等倍率充放電的情況下,不僅溫升得到控制,容量也得到充分利用。?電池組的最終實際放電容量與初始容量的比值反映了電池組的運行效率,這一比值越大,說明電池組的健康狀況越好,充電均衡技術的最佳效果只能讓電池組充滿電,實際放電容量取決于容量最小的電池,而放電均衡的介入和干預,將電池容量的利用實現了最大化,可以說,放電均衡決定了電池組的最大放電容量和能力,更具有實際意義。結束語電池組的高速充放電均衡對于電池組的運行安全、溫升、容量的利用率、電壓一致性等運行參數的影響是非常積極、有效的。本文通過對容量懸殊的2串電池組高速充放電均衡實驗測量數據的分析進行了詮釋和驗證,所述的電池均衡技術同樣適用于多串電池組,對于控制熱失控、預防低容量單元電池過充電和過放電、提高電池組的平均容量利用率作用顯著。作者簡介周寶林(1968-):大慶市交通運輸局高級工程師,工程碩士,主要研究方向:電池均衡技術。

作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:《數據中心建設+》雜志
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