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动力电池单位体积内的包含的能量已见天花板 2020年目标能否实现?

详细介绍

  三元锂离子动力电池目前已经看到单位体积内的包含的能量的“天花板”了,高镍材料、碳硅负极的锂电池单体单位体积内的包含的能量最高应该在300Wh/kg左右,正负不超过20Wh/kg。

  按照国家动力电池技术路线年锂离子电池的单体单位体积内的包含的能量目标为350Wh/kg,从目前的动力电池技术来看,肖成伟认为这一目标可能没办法达到。

  而现在距离2020年还有2年时间,可以产业化的下一代动力电池也并没有浮出水面。

  目前,我们国家新能源汽车市场上的纯电动汽车所搭载的动力电池,大多数为三元锂材料和磷酸铁锂材料电池。尽管相比铅酸和镍氢电池,单位体积内的包含的能量已经有了极大的提高,但是依然难以打消消费者的里程焦虑困扰。

  毫无疑问,动力电池技术瓶颈在很长一段时间内,阻碍了新能源汽车产业化进程。

  无论是三元锂材料电池还是磷酸铁锂电池,基本都由四大关键部分所组成,即正极、负极、电解液和膜。现在基于这四种组成部分的锂电池,再提高单位体积内的包含的能量并做到产业化应用,可能性不大。

  上海市机动车检测中心副主任缪文泉认为,2020 年并不是一个遥远的未来,目前还没看到任何确定性的解决方案,可能达成以上描述的目标的新一代动力电池体系也屈指可数。

  那么动力电池达不到技术路线规划的目标,我们国家新能源汽车发展的进程会不会受阻?

  因为影响动力电池性能的不单单是比单位体积内的包含的能量一个指标,还有动力电池的比功率密度、安全性、一致性、循环寿命等多种因素,在众多指标和成本之间找到一个产业化应用的平衡点,才是支撑新能源汽车发展的关键。

  此外,目前日韩正在研究胶体电池,这是一种没有电解液和隔膜的新型电池,有可能给电池带来质变,但是现在还没有产业化的消息。

  二是材料性能的提升,受制于自身物化性能,以磷酸铁锂和三元锂为正极、碳材料为负极的锂离子动力电池在单位体积内的包含的能量上很难有大的突破;

  三是新材料、新体系,即开发高比能新材料、发展动力电池新体系是未来动力电池比能量大幅度提升的主要途径。

  如果不能有效地提高电池单位体积内的包含的能量,那么是不是可优先考虑从给电池包整体减重的角度去提高单位体积内的包含的能量呢?

  中国电池工业协会张旻昱博士和记者说,这个思路完全可行。她表示,动力电池电池包中,电芯的重量一般在1/3-2/3之间,其余部分为电路板、壳体等配件。如果将这些配件的重量大大降低,同时维持现有电芯单位体积内的包含的能量的情况下,电池包整体的单位体积内的包含的能量会有一个明显的提高。

  在2010年左右,动力电池包因为安全等需要,往往采用金属外壳,电池包整体单位体积内的包含的能量很低。后来在更换高聚合物外壳后,单位体积内的包含的能量就有了一个大幅的提高。

  电池包单位体积内的包含的能量是一个系统问题,提高电芯单位体积内的包含的能量是一个直接手段,但是如果做好电芯的布置,电路的规划,减轻壳体重量,为电池减负,也是提高电池单位体积内的包含的能量的一个有效手段。

  在实际应用中,了解到北汽新能源EV200车型的电池箱下箱体使用铝合金材料,上盖采用复合材料,能够有效减重几十公斤。

  北汽新能源副总经理王可峰表示,通过降低电池箱整体重量,能轻松实现整车减重,是提升电池箱单位体积内的包含的能量的一个有效手段。另外他表示,更换更轻材料大多数都会导致电池成本的上涨,现在北汽新能源也在加紧这方面的研究,争取应用更轻更强成本更低的材料。

  目前来看,各大电池企业为达成350Wh/kg的目标,不仅需要研发新电池,还要对电池包进行减重,两者要并行。

  动力电池因为装配在汽车之上,需要经过各种工况的测试,要保证一定的结构安全。将钢壳换成碳纤维壳或其他材料的外壳,只要能保证强度要求,完全可行。

  另外,电池包另一项重要指标是散热与均热能力。如果电池组局部过热,会导致电池内阻不一致,电芯放电容量下降,那些放电不充分的电芯从某一种意义上说,为电池包增了重。

  虽然电池包单位体积内的包含的能量达到350Wh/kg,光靠为电池减重可能是无法达到的,但是动力电池作为一个系统,这方面的作用不能忽视。国内企业比较缺乏基础性研究,过度追求高比能量电芯,这是错误的,应该均衡发展,在研发新型材料电池的同时,重视对现有电池体系的减重。

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