鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:456次 | 2022年03月14日
動(dòng)力鋰電池能量密度目標(biāo)還能否實(shí)現(xiàn)?
三元鋰離子動(dòng)力電池目前已經(jīng)看到能量密度的“天花板”了,高鎳材料、碳硅負(fù)極的鋰電池單體能量密度最高應(yīng)該在300Wh/kg左右,正負(fù)不超過(guò)20Wh/kg?!獓?guó)家“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目總體專(zhuān)家組專(zhuān)家肖成偉。
按照國(guó)家動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)圖的規(guī)劃,2020年鋰離子電池的單體能量密度目標(biāo)為350Wh/kg,從目前的動(dòng)力電池技術(shù)來(lái)看,肖成偉認(rèn)為這一目標(biāo)可能無(wú)法達(dá)到。
而現(xiàn)在距離2020年還有2年時(shí)間,可以產(chǎn)業(yè)化的下一代動(dòng)力電池也并沒(méi)有浮出水面。
目前,我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車(chē)所搭載的動(dòng)力電池,大多數(shù)為三元鋰材料和磷酸鐵鋰材料電池。盡管相比鉛酸和鎳氫電池,能量密度已經(jīng)有了極大的提高,但是依然難以打消消費(fèi)者的里程焦慮困擾。
毫無(wú)疑問(wèn),動(dòng)力電池技術(shù)瓶頸在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),阻礙了新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
那么,鋰離子電池密度究竟還能不能再提高了?
無(wú)論是三元鋰材料電池還是磷酸鐵鋰電池,基本都由四大關(guān)鍵部分組成,即正極、負(fù)極、電解液和膜?,F(xiàn)在基于這四種組成部分的鋰電池,再提高能量密度并做到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,可能性不大。
一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用,往往要經(jīng)歷很多年的時(shí)間。
上海市機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)中心副主任繆文泉認(rèn)為,2020年并不是一個(gè)遙遠(yuǎn)的未來(lái),目前還沒(méi)有看到任何確定性的解決方案,可能達(dá)成上述目標(biāo)的新一代動(dòng)力電池體系也屈指可數(shù)。
那么動(dòng)力電池達(dá)不到技術(shù)路線(xiàn)規(guī)劃的目標(biāo),我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展的進(jìn)程會(huì)不會(huì)受阻?
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
當(dāng)然不會(huì)!
因?yàn)橛绊憚?dòng)力電池性能的不僅僅是比能量密度一個(gè)指標(biāo),還有動(dòng)力電池的比功率密度、安全性、一致性、循環(huán)壽命等多種因素,在眾多指標(biāo)和成本之間找到一個(gè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的平衡點(diǎn),才是支撐新能源汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵。
此外,目前日韓正在研究膠體電池,這是一種沒(méi)有電解液和隔膜的新型電池,有可能給電池帶來(lái)質(zhì)變,但是現(xiàn)在還沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化的消息。
在繆文泉看來(lái),提高動(dòng)力電池比能量的技術(shù)途徑有很多:
一是工藝進(jìn)步,但如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟,提高電池比能量的空間不大;
二是材料性能的提升,受制于自身物化性能,以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池在能量密度上很難有大的突破;
三是新材料、新體系,即開(kāi)發(fā)高比能新材料、發(fā)展動(dòng)力電池新體系是未來(lái)動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。
如果不能有效地提高電池能量密度,那么是不是可以考慮從給電池包整體減重的角度去提高能量密度呢?
中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)張旻昱博士表示,動(dòng)力電池電池包中,電芯的重量一般在1/3-2/3之間,其余部分為電路板、殼體等配件。如果將這些配件的重量有效降低,同時(shí)維持現(xiàn)有電芯能量密度的情況下,電池包整體的能量密度會(huì)有一個(gè)明顯的提高。
在2010年左右,動(dòng)力電池包因?yàn)榘踩刃枰?,往往采用金屬外殼,電池包整體能量密度很低。后來(lái)在更換高聚合物外殼后,能量密度就有了一個(gè)大幅的提高。
電池包能量密度是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題,提高電芯能量密度是一個(gè)直接手段,但是如果做好電芯的布置,電路的規(guī)劃,減輕殼體重量,為電池減負(fù),也是提高電池能量密度的一個(gè)有效手段。
在實(shí)際應(yīng)用中,北汽新能源EV200車(chē)型的電池箱下箱體使用鋁合金材料,上蓋采用復(fù)合材料,能夠有效減重幾十公斤。
北汽新能源副總經(jīng)理王可峰表示,通過(guò)降低電池箱整體重量,可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)減重,是提升電池箱能量密度的一個(gè)有效手段。另外他表示,更換更輕材料一般都會(huì)導(dǎo)致電池成本的上漲,現(xiàn)在北汽新能源也在加緊這方面的研究,爭(zhēng)取應(yīng)用更輕更強(qiáng)成本更低的材料。
目前來(lái)看,各大電池企業(yè)為達(dá)成350Wh/kg的目標(biāo),不僅需要研發(fā)新電池,還要對(duì)電池包進(jìn)行減重,兩者要并行。
動(dòng)力電池因?yàn)檠b配在汽車(chē)之上,需要經(jīng)過(guò)各種工況的測(cè)試,要保證一定的結(jié)構(gòu)安全。將鋼殼換成碳纖維殼或其他材料的外殼,只要能保證強(qiáng)度要求,完全可行。
另外,電池包另一項(xiàng)重要指標(biāo)是散熱與均熱能力。如果電池組局部過(guò)熱,會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻不一致,電芯放電容量下降,那些放電不充分的電芯從某種意義上說(shuō),為電池包增了重。
雖然電池包能量密度達(dá)到350Wh/kg,光靠為電池減重可能是無(wú)法達(dá)到的,但是動(dòng)力電池作為一個(gè)系統(tǒng),這方面的作用不能忽視。國(guó)內(nèi)企業(yè)比較缺乏基礎(chǔ)性研究,過(guò)度追求高比能量電芯,這是錯(cuò)誤的,應(yīng)該均衡發(fā)展,在研發(fā)新型材料電池的同時(shí),重視對(duì)現(xiàn)有電池體系的減重。
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