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动力电池能量密度已见天花板 2020年目标能否实现?

   日期:2018-06-08     来源:电动公会    浏览:686    评论:0    
核心提示:三元锂离子动力电池目前已经看到能量密度的天花板了,高镍材料、碳硅负极的锂电池单体能量密度最高应该在300Wh/kg左右,正负不超
三元锂离子动力电池目前已经看到能量密度的“天花板”了,高镍材料、碳硅负极的锂电池单体能量密度最高应该在300Wh/kg左右,正负不超过20Wh/kg。

——国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家肖成伟。

按照国家动力电池技术路线图的规划,2020年锂离子电池的单体能量密度目标为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无法达到。

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,我国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,能量密度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。

那么,锂离子电池密度究竟还能不能再提高了?

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,再提高能量密度并做到产业化应用,可能性不大。

一项新技术从实验室走向应用,往往要经历很多年的时间。

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,目前还没有看到任何确定性的解决方案,可能达成上述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,我国新能源汽车发展的进程会不会受阻?

当然不会!

因为影响动力电池性能的不仅仅是比能量密度一个指标,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。

在缪文泉看来,提高动力电池比能量的技术途径有很多:

一是工艺进步,但如今电池工艺设计已相对成熟,提高电池比能量的空间不大;

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能量密度上很难有大的突破;

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能量密度,那么是不是可以考虑从给电池包整体减重的角度去提高能量密度呢?

中国电池工业协会张旻昱博士认为,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有效降低,同时维持现有电芯能量密度的情况下,电池包整体的能量密度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,电池包整体能量密度很低。后来在更换高聚合物外壳后,能量密度就有了一个大幅的提高。

电池包能量密度是一个系统问题,提高电芯能量密度是一个直接手段,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,也是提高电池能量密度的一个有效手段。

在实际应用中,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,可以实现整车减重,是提升电池箱能量密度的一个有效手段。另外他表示,更换更轻材料一般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种意义上说,为电池包增了重。

虽然电池包能量密度达到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。 
 
标签: 动力电池
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