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提高比能量仍是动力电池的技术走向

日期:2020-08-14    来源:中国电动汽车百人会  作者:沈承鹏

国际新能源网

2020
08/14
11:32
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关键词: 电动汽车 LG化学 固态电池

随着中国新能源汽车市场的快速发展,随着欧洲以碳减排为目标,积极鼓励电动汽车增产扩市,随着日韩车企把目标瞄向氢能源,新能源汽车已然成为汽车产业的新宠。2020年,中国新能源汽车加速从政策主导向市场主导转变,国际汽车巨头发力中国新能源汽车市场,作为新能源汽车最重要的核心部件,动力电池产业的竞争也进入新的阶段。

2020年7月25日,中国电动汽车百人会举办了“动力电池产业整体趋势再研判”的闭门研讨会,来自电池企业的代表与电池方面相关专家就当前动力电池产业发展发表了各自的看法。

高比能量、长续驶里程是车企必然选择

电池成本高、续驶里程短,一直是阻碍电动汽车扩大销量的主要问题。反映在动力电池技术上,则是电池的能量密度决定续驶里程的长短。在能量密度一定的前提下,要延长续驶里程就要多装电池,但电池装多了成本就上升,还会挤压宝贵的车内空间。面对这种两难,尽管提高电池能量密度会带来更多安全问题,但这条路依然成为车企的必然选择。

为了提高能量密度,电池企业积极探索多种形式的创新。包括创新磷酸铁锂模组工艺;寻找正极、负极新材料;推广固态电解质、新型隔膜等。LG化学中国总部副总经理孙兴起将电池技术的新发展概括为三个方面:单体材料的创新、模组结构的创新、制造工艺的创新。中航锂电科技有限公司 CMO谢秋认为,现在行业内探讨的,用结构创新提高电池包的体积能量密度的大电芯、大模组,甚至是无模组结构的总体目标都是一致的,就是通过集成和互用减少一些不增值的结构设计。

比亚迪刀片电池从设计上减少了动力电池无能量部件的使用,在PACK层面提升了磷酸铁锂电池的能量储存密度,使磷酸铁锂电池体积比能量密度提升50%,配装磷酸铁锂电池的电动汽车也达到了500公里以上的续航里程,让这种成本低、安全性好,但能量密度也低的电池焕发了新的生机。

固态电池是最有可能超过锂离子电池能量密度、简化结构工艺、降低成本的技术路线。宁德时代的刚性膜片及固态锂金属电池专利,使能量密度达400Wh/kg以上,并解决了安全性和循环寿命等难题,提升了固态锂金属电池的循环性和降低短路发生几率。在解决提升电池能量密度和提高电池安全水平这对矛盾方面进行了有益的探索。

目前,中国大部分汽车厂商和新能源厂商都参与到固态电池的研发中。据了解,目前,清陶能源、辉能科技、赣锋锂业、万向一二三、卫蓝新能源、珈伟股份、巨电新能源等锂电企业,均在建固态电池产线。大众、三星、宝马等国际巨头也在寻求固态电池领域的突破。据天津力神总裁助理丁照石介绍,在2020年到2025年期间,企业一直在致力于三元材料中钴含量的降低,甚至在做无钴材料,电解液向固态化方向发展。天津力神判断,固态电池有望2030年后实现商业化。

成本、安全、寿命,关系电动汽车的成败

当前,提升动力电池能量密度、降低成本、提高寿命、保障使用安全,已经成为消费者对电动汽车的基本要求,其中的安全更成为社会关注的焦点。远景AESC中国区总裁赵卫军指出:电动汽车的安全是什么?安全是对边界的认知和把控。宁德时代新能源科技股份有限公司董事长助理孟祥峰也认同这个观点,他认为,电动汽车的安全保障一方面来自于电池本身的安全特性和一致性,另一方面也来自于外部的安全边界控制得好。

中航锂电 CMO谢秋指出:安全是个系统工程,需要从材料、电芯的设计改善、制程的控制和检测技术,还有电池包的安全设计等各个维度去考虑,包括生命周期、充电策略的管控优化。

降低钴用量,探索高镍无钴材料,以降低电池成本;探索电池补锂技术,结合热管理和BMS窗口控制技术,以开发长寿命电池;大力开发固态电池,以提高电池安全性,正成为电池企业积极探索的方向。

6月初,宁德时代宣布研发出16年超长寿命或200万公里行驶里程,成本相比当前电池仅增加不超过10%的新技术,这一技术适用于磷酸铁锂和三元电池。孟祥峰指出,追求高能量密度、追求高续航的方向没有错,那是未来新能源汽车和电池竞争的关键点,但是要把安全问题解决好。

据中国汽车技术研究中心首席专家王芳介绍,去年,国家成立了新能源汽车事故调查专家组。专家们在调查中发现,有两大类原因导致新能源汽车事故的发生。第一类原因比较简单,就是产品存在着明显的设计缺陷。第二类则找不到明显的设计缺陷,造成事故的原因都是不同的,涉及到从原材料选择、电池研发制造到系统集成诸多方面、各个环节。她总结说,电动汽车的安全问题也是一个系统工程,应该与技术革新关联起来。

三院士建议:加强基础技术研究,寻找颠覆性创新

针对未来动力电池发展,会议上三位院士给出了各自的建议。

中国工程院院士吴锋提出,我国动力电池产业发展多年,有了很大进步,但还有产生颠覆性创新的空间。要将学校、研究单位和企业联合起来,建立一种新型合作关系,从材料体系、电池体系、制造工艺等方面进行较大创新,才能提高动力电池本身的智能化,制造电池过程的智能化水平。这些都需要得到国家的重点支持。

中国工程院院士陈立泉建议关注钠离子电池的发展。他介绍,钠离子电池有很多优点,比如正负极都可以采用铝箔,能大幅降低电芯和模组的工艺要求,双极性电池也容易做成。这样可以让钠离子电池脱离锂离子电池的技术路线走出一条新路。我国钠资源很丰富,可以规避锂资源依赖进口的风险,同时其成本比磷酸铁锂还低。

这些优势可以使其拓展两个应用领域:第一是给低速电动车用,低速电动车的一大问题就是使用低成本铅酸电池带来的污染,而在低速电动车上大规模推广磷酸铁锂和锂电池又受到成本的制约;第二是资源丰富和低成本的优势,可以使其应用在大规模储能上。据他介绍,两年前,中国科学研究院物理研究所已在低速电动车上进行了钠离子电池的试验,去年做了储能演示装置的试验。

中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高表示,动力电池的产品开发、技术攻关、颠覆创新三方面同等重要,三条线要并行发展。基础研究的目标是动力电池单体比能量达到500瓦时/公斤,系统比能量达到300瓦时/公斤,体积密度达到1000瓦时/升。他特别指出,下一步的重点是挖潜电池理论容量和比能量,要依靠全链条的智能化,包括材料开发的基因组、仿真、大数据等等来实现。还要支持0—1原创的颠覆性技术开发,支持基础技术研究。


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