發(fā)布時(shí)間:2017-08-43 15:49:47 來(lái)源:新能源汽車(chē)報(bào)
關(guān)鍵詞: 動(dòng)力電池 三元電池 磷酸鐵鋰電池
隨著新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的快速攀升,動(dòng)力電池也得到了快速發(fā)展。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2043年中國(guó)鋰電池總量達(dá)28GWh,涌現(xiàn)出了多個(gè)特大型電池生產(chǎn)企業(yè),電池技術(shù)得到了長(zhǎng)足進(jìn)步。
總體上看,國(guó)內(nèi)電池技術(shù)發(fā)展方向趨于明朗,為后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。與此同時(shí),電池快充、壽命和能量密度等指標(biāo)也有待進(jìn)一步優(yōu)化。
技術(shù)路線(xiàn)趨于明朗
三元、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰等材料體系如何選擇?圓柱、方型和軟包結(jié)構(gòu)又如何取舍?之前爭(zhēng)議較多。
但是隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展,業(yè)界對(duì)三元、鐵鋰、錳酸鋰和鈦酸鋰電池的發(fā)展應(yīng)用方向也逐漸趨于一致,三元電池和磷酸鐵鋰電池主流地位愈加鞏固,能量密度高的三元電池將統(tǒng)領(lǐng)新能源乘用車(chē)市場(chǎng),熱穩(wěn)定性能好的鐵鋰電池是客車(chē)市場(chǎng)的主力軍。
隨著三元電池可靠性的提高以及客車(chē)市場(chǎng)限制的取消,三元電池與磷酸鐵鋰電池2:7的占比局面將被打破。其中,三元電池占比將進(jìn)一步擴(kuò)大,而鈦酸鋰電池則由于理論壽命長(zhǎng)、快充時(shí)間短等特點(diǎn),仍將在快充客車(chē)和快充出租車(chē)領(lǐng)域占有一定比例,但由于能量密度和價(jià)格方面的“偏科”,也決定了其在動(dòng)力電池領(lǐng)域的配角地位。個(gè)人認(rèn)為,儲(chǔ)能將是鈦酸鋰電池發(fā)揮特長(zhǎng)的重要領(lǐng)域。
碳化硅、鋰硫、鋰空氣和石墨烯,甚至是固態(tài)聚合物電池,仍屬于實(shí)驗(yàn)室技術(shù),離產(chǎn)業(yè)化還有一定距離。例如,話(huà)題不斷的石墨烯最好作為添加劑,起到快速導(dǎo)熱的作用,而作為動(dòng)力電池的負(fù)極或正極材料的主要成分還有待突破。
圓柱型、方型和軟包結(jié)構(gòu)的鋰電池憑借自身技術(shù)的特點(diǎn),尋找最適合其應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。圓柱型電池具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)且適應(yīng)于異形包的布置,在私家車(chē)、物流車(chē)領(lǐng)域占據(jù)主流;方型和軟包電池可克服圓柱電池散熱量大的弊病,適用于快充要求苛刻的出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)。
而在方型和軟包結(jié)構(gòu)的電池博弈中,國(guó)內(nèi)由于CATL、比亞迪和國(guó)軒高科等企業(yè)的路線(xiàn)選擇,方型結(jié)構(gòu)的電池優(yōu)勢(shì)明顯,但縱觀世界格局,隨著市場(chǎng)對(duì)能量密度為300Wh/kg,甚至是500Wh/kg電池的需求,軟包結(jié)構(gòu)在能量密度方面的優(yōu)勢(shì)將得到很好的體現(xiàn),加之軟包的高安全性,比例也將會(huì)逐步加大。
電池性能有待提升
電池性能遵循著“木桶定律”,電池包是以性能最差的單體或模組進(jìn)行計(jì)算,這就要求單體電芯制造、成組工藝和電池包集成技術(shù)都要做到精益求精。
現(xiàn)有電池的性能可以滿(mǎn)足特定車(chē)型需求,例如,在熱管理方面,客車(chē)車(chē)速較低,電池包周?chē)臻g大、空氣流動(dòng)性好,主流自然風(fēng)冷就可以滿(mǎn)足。在電池壽命方面,8年或12萬(wàn)公里的質(zhì)?;緷M(mǎn)足私家車(chē)的需求。
A級(jí)新能源車(chē)的市場(chǎng)占有率是真正體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展和用戶(hù)接受程度的重要指標(biāo)。當(dāng)前出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)是A級(jí)純電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售的主要市場(chǎng),電池實(shí)際性能還不能滿(mǎn)足該領(lǐng)域車(chē)輛需求。
對(duì)于出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē)等車(chē)型的快充速度,尤其是在“熱車(chē)”和“冷車(chē)”情況下的快充速度有著特殊要求,常溫下電池從10%~80%基本需30~40分鐘。但當(dāng)夏天車(chē)輛跑完一個(gè)循環(huán)工況后,自然風(fēng)冷電池包溫度接近45度,有些電池甚至超過(guò)50度時(shí),三元電池開(kāi)始限流,充電速度減慢,時(shí)間延長(zhǎng)3倍以上,這樣就滿(mǎn)足不了網(wǎng)約車(chē)和出租車(chē)的需求。
同樣,在低于零度時(shí),充電電流為零或者僅為常溫下的十分之一。對(duì)此,現(xiàn)有方法是加裝PTC或加熱電阻絲,但這種方法一般會(huì)導(dǎo)致冷熱不均,最高和最低溫度相差較大,影響到電池包壽命。
自2017年以來(lái),液冷或直冷熱管理系統(tǒng)應(yīng)用趨勢(shì)明顯,部分車(chē)型開(kāi)始批量使用,其他車(chē)企也在加快開(kāi)發(fā)以解決快充速度問(wèn)題。
除了快充指標(biāo),電池壽命也是考驗(yàn)電池的最大難題之一。一般大中型城市的出租車(chē)和網(wǎng)約車(chē),年行駛里程在7~8萬(wàn)公里,而在北京、上海等一線(xiàn)城市里,年行駛里程超過(guò)則12萬(wàn)公里。出租車(chē)市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)質(zhì)保要求是6年或40萬(wàn)公里,有些甚至是8年或60萬(wàn)公里,但電池現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的8年或12萬(wàn)公里根本不能滿(mǎn)足要求。
近幾年,隨著工藝質(zhì)量的提升,電池循環(huán)壽命從1000次到2000次,甚至提高到3000次,不低于初始放電容量的80%。如國(guó)內(nèi)有個(gè)別電池廠家對(duì)寶馬車(chē)型承諾的是電芯萬(wàn)次初始放電容量達(dá)到80%以上,盡管是淺充淺放,但也可見(jiàn)電池壽命快速提升。
整包能量密度偏低
180Wh/kg的能量密度是當(dāng)前國(guó)內(nèi)三元單體電池的較高技術(shù),磷酸鐵鋰電池的能量密度為三元的80%左右,鈦酸鋰更是不足三元電池的一半。與國(guó)外相比,國(guó)內(nèi)電池的能量密度與其差距仍比較大,如特斯拉在三四年前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了236Wh/kg的電池能量密度。
電池能量密度的大小不僅影響車(chē)輛的續(xù)駛里程,還影響著車(chē)輛的輕量化進(jìn)程。A級(jí)車(chē)車(chē)身重量在450kg左右,如果要實(shí)現(xiàn)150kg減重,要對(duì)四大工藝進(jìn)行革命性的改造,費(fèi)用高且周期長(zhǎng)。
例如,一個(gè)60度電的電池包,假如能量密度提高20%,即從180Wh/kg提高到220Wh/kg,產(chǎn)生效果堪比四大工藝革命性改造。
因此《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》中提出,到2020年,國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的能量密度達(dá)到350Wh/kg的目標(biāo)具有重要意義,但同樣也面臨著技術(shù)和工藝的諸多挑戰(zhàn)。
電池包如何滿(mǎn)足生產(chǎn),依據(jù)外企對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求,引進(jìn)國(guó)際一流公司合資或獨(dú)資建廠是最佳方法之一,“狼來(lái)了”短期內(nèi)可能導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)加劇,但總體將會(huì)加快國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池廠家的優(yōu)勝劣汰,促進(jìn)國(guó)內(nèi)電池技術(shù)的快速發(fā)展,甚至提升鹽湖提鋰、碳酸鋰制備、正極、負(fù)極和隔膜等全生態(tài)鏈技術(shù)。