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国际新闻 · 2019-03-25

新能源汽车之所以没有完全普及,主要受制于动力电池产品性天佛尊能、质量和成本。下面从物理和化学途径聊一下动力电池性能提升空间,并对动力电池未来发展趋势进行展望。

物理途径

01圆柱电池

目前最成熟的技术就是18650电池。特斯拉汽车的动力电池就是由7623颗5号电池串并联组成。圆柱形电池由自动化设备卷绕而成,生产效率高,生产流程标准化,普及率高。但是圆柱形电池也有其天生缺陷,因为体积小,所以单体容量较小,且在高强度放电时,发热量大;使用寿命短,电池循环次数在1000次左右。

针对18650电池的缺点,特斯拉采取增大电芯尺寸的方式加以改进,例如特斯拉Model3中用20700替代18650电芯,20700电池增加的尺寸大概为10%,而体积和能量储存提升了1.33倍。20700电芯量产后,其动力电池包能量密度增加3-4%,成本下降5-10%。可见,圆柱电池的发展已经做到极致,再往上提升的空间不大。

02方形电池

方形锂电池,顾名思义,其形状为方形,方便叠加,也方便置于汽车之中。其外壳通常是铝制壳或钢制作壳。其特点是结构简单、能量密度高,国内普及率高。方形电池多采用卷绕式或叠片式工艺,制造效率高,安全性好。随着新能源汽车工业的发展,未来新能源汽车也将如现在的常规能源汽车一样大规模生产,这就涉及到标准化问题。现在的传统燃油汽车,大多数零部鲁斯兰娜件大多采用标准件,全球通用,这样一来不仅降低了制造成本,也降低了研发成本。未来的大趋势是全球采取统一尺寸,统一规格的方形电池。这将极大的推动动力电池的发展。降低动力电池的生产成本及研发成本,推动新能源汽车产业加速发展。美国卡内基梅隆大学的研究成果也证明:圆柱形电池进一步降低成本的空间很小,而方形电池则有很大的潜力。

03软包电池

软包电池,又称聚合物锂电池,其内部使用高分子胶态或固态电解质,区别于电逐鼎大明解液。其电池形状不固定,可以根据实际需求制作成各种形状。目前在苹果手机电池中广泛使用。软包电池目前价格昂贵,主要因为高分子电热辣文解质成本较高,其外包装材料不同于普通电池,为铝塑复合mystic妹妹膜。其正负极材料与传统锂电池一样。

由于采用铝塑膜包装,其安全性能得到较好提升,发生安全问题时,软包电池一般会鼓气裂开,而不会发生爆炸;软包电池的优点还包括:质量轻、自耗电小、循环寿命长等。但是,软包电池也有缺点,比如一致性差,野人,新世界,租房成本高,容易漏液。作为一种新型动力电池,软包电池未来提升空间很大。

04 物理途径小结

对比分析以上提升动力电池性能的物理途径来看,圆柱电池的发展已经遇到天花板,未来提升空间不大;软包电池与方形电池将来会有较大的竞争力。动力电池降成本的重要途径就是标准化与模块化。未来全野人,新世界,租房国动力电池若能建立统一标准、统一规格、统一形状、统一尺寸以及批量生产,相信动力电池的生产效率将大幅提升,成本将大幅下降。例如,当年福特发明的标准化生产方式让汽车的价格从2000青春进行时演员表美金降到了300 美金。在未来大规模使用新能源汽车过程中,方形电池是最具发展潜力的。它可以让全国的新能源汽车都采用统一标准的方形电池,续航里程大的纯电动汽车,方形电池可以叠加得多一些,续航里程短的混动汽车,方形电池可以叠加得少一些。电池封装系统也可以全国统一标准,依据动力电池容量的不同,分别采取相应的电池封装技术,将方形电池封装起来。将方形电池与封装技术结合起来,形成全国统一标准的方形电池封装技术,将极大的降低动力电池的生产成品,提升动力电池性能。荧光鹏羽助力中国汽车工业实现弯道超车,达到世界顶尖水平。

化学途径

01高镍NCM 与NCA 正极材料

正极材料是动力电池能量的短板,只要正极材料比容量提高就能提高电池能量密度。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g,而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g。采用高容量的正极材料,能够让负极、隔膜、电解液用量之间的搭配更加完美,电池最终能量密度的提升直接取决于正极材料比容量的提升。动力电池能量密度突破的关键就在于正极材料。

目前国内NCM111 和NCM 523 型三元正极材料产品已经量产,并开始大规模使用,而新型622NCM 则已逐步在部分动力电池企业中推广,未来将逐步拓展至811NCM 以及NCA 材料。当然三元锂电池也有自己的瓶颈,它的正极理论比容量的最大值是300mAh/g,达到300mAh/g就已经是极限。三元锂电池是目前动力电池厂商主攻的方向,未来将有新型的正极材料系统。

02 硅碳负极

动力电池的负极材料主要是硅碳负极,即在石墨材料加入硅,其理论能量密度高达4200mAh/g。例如,特斯拉在Model3 中采用了新型硅碳负极材料,特斯拉在传统石墨负极材情人万万岁料中加入10%的硅,使其能量密度达到550mAh/g 以上。国内贝特瑞公司研pv990发的S1000 型号硅碳负极材料的比容量更是高达1050mAh/g。负极材料目前没有技术瓶颈,完果冻勇士无敌版全能满足动力电池的各种需求。

03 硅碳负极

隔膜在单体电池上主要用来隔开正负极,让电解液能够通过隔膜在正负极之间交换物质。受制于电池体积所限,以及提高电池能量密度的要求,动力电池隔膜需要尽量轻、薄。隔膜性能决定了电池内部结构、内阻等,直接影响电池容量、安全性能等。优质隔膜对提升电池性能作用巨大。

隔膜技术有干法与湿法两种制造工艺,干法成本较低但只适合野人,新世界,租房小功率电池,湿法成本高但能适野人,新世界,租房合大功率电池。早期,动力电池主要采用干法隔膜,目前湿法隔膜开始推广使用,预计2020 年干湿法薄膜技术各占一半,分别应用于中低端与高端领域。隔膜工艺的核心技术掌握在日本旭化成公司手中。中国有大量企业生产隔膜,但无核心技术。旭化成干法现在可量产12 微米隔膜,湿法可量产6-7 微米。国内企业大多只能生产干法20-40 微米隔膜洛宁韦北海。对比与隔膜行业世界一流水平企业的差距,我国企业应该引进先进工艺设备,苦练内功,力争取得突破。

04狼播 新型电解液LiFSI

锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的。

锂电池主要使用的电解质是六氟磷酸锂。用含氟锂盐制成的电池性能好,无爆炸危险,适用性强。在锂电池电解质中添加LiFSI 后,可提高离子导电率及电池充放电特性。比如,反复充放电300 次后,1.2MLiPF6 的情况下放电容量保持率会降至约60%,而在措组词1.0MLiPF6 中添加0.2MLiFSI 后,保持率可超过80%。目前LiFSI 已经进入商用,用此种电解质废弃电池处理工作相对简单,0710社团对生态环境友好,因此该类电解质的市场前景十分广泛。

05刘楠枫 化学途径小结

对比分析以上四种提升动力电池性能的化学途径,未来提升动力电池比容量的关键点在正极材料。而正极材料目前是短板,补齐短板,动力电池的比容量提升将有质的飞跃。目前,全球厂商均集中力量研究三元锂动力电池,在锂正极中主要是加入镍、钴、锰三元素。并不断调野人,新世界,租房配三种元素之间的比例以提升电池性能。未来更有前途的三元材野人,新世界,租房料是镍、钴、铝,不断调配实验这三种材料间的配比,将会获得能量密度更大的三元锂电池。新型三元锂电池通过与硅碳负极的适配,再搭配新型电解液LiFSI,并用更薄的湿法薄膜包裹,将使得新型动力电池的能量密度更高、环境更友好、安全性更高以及循环寿命更长。

动力电池展望

现有体系下,电池能量密度的理论极限为300Wh/kg,如果要达到2025 年,新体系动力电池技术取得突破性进展,单体比能量达500Wh/kg,有前景的方案包括固态基列国锂电池、锂硫电池和锂空气电池等新的电化学体系电池。

固态电池大规模商用的可能性最高,因为固态锂电池和液态锂电池在工作原理上并无区别,只是电解质为固态与液态的区别。由于固态电挨打受罚池不再使用石墨负极,而是直接使用金属锂负极,所以大大减轻负极材料用量,使得整个电池的能量密度明显提高。目前实验室已试制出能量密度为300-400Wh/kg 的全固态电池,安全性能也比较高,不过该种电池体积较小,成本较高,目前仅在苹果手机等高端小巧设备上有应用。

锂硫电池的能量密度最高,目前实验室试制的锂硫电池比能量密度可达500Wh/kg,硫作为正极材料理论比能量高达2600Wh/kg,且单质硫成本低、对于环境友好,但是,锂硫电池在试制过程中有诸多技术难题无法突破,包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。锂硫电池应用前景广阔,环境友好,如果试制成功,无异于一场革命,新能源汽车将会迅速取代传统燃油汽车。prounce

锂空气电池的续航里程最长,单次续航里程可达2000 公里,不仅如此,锂空气零次元茶会电池比能量有望超过700Wh/kg。金属空气电池是以金属为燃料,与空气中的氧气发生氧化还原反应而产生电能的一种特殊燃料野人,新世界,租房电池。锂空气电池的比能量是锂离子电池的10 倍,体积更小,重量更轻。但是锂金属过于活泼,碰见水蒸汽马上会发生剧烈氧化还原反应,其安全性、稳定差。锂空气电池的应用还有诸多技术难关要攻克。

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