中國儲能網(wǎng)訊：在電動汽車領(lǐng)域，如何通過持續(xù)提升動力電池的能量密度來提高單次充電續(xù)航里程，已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界所共同面臨的問題和挑戰(zhàn)之一。
日前，在2016中國汽車工程學會年會上，《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》正式對外發(fā)布。根據(jù)技術(shù)路線，2020年的純電動汽車動力電池的能量密度目標為350wh/kg，2025年目標為400wh/kg，2030年目標為500wh/kg。
對于此次技術(shù)路線圖提出的目標，高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)指出，2020年能量密度可以通過對現(xiàn)有材料體系的潛力挖掘?qū)崿F(xiàn)(即高鎳三元+硅碳負極)，2020年后需要通過材料和電池體系的升級來完成(鋰硫電池+鋰空氣電池)。
“提高能量比的密度非常關(guān)鍵，只有這樣我們才能夠比傳統(tǒng)汽車變得效率更高。除此之外，只有通過這種方法電動汽車才可以實現(xiàn)更好的利潤增長，并且不再需要依靠政府的資助?！?
三星SDI株式會社副社長鄭世雄介紹，三星SDI動力電池能量密度目前為250wh/kg，并預計在2023年達到350wh/kg的目標，屆時，其可以實現(xiàn)電動汽車續(xù)航里程達800km。
除了三星，包括松下、LG、比亞迪、寧德時代、國軒高科、比克等國內(nèi)外動力電池企業(yè)都明確的設立了中長期的能量密度目標，并提出了較為清晰的實現(xiàn)路徑。
根據(jù)推算，當前采用的高電壓層狀過渡金屬氧化物和石墨作為正負極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動力電池的重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。引入硅基合金替代純石墨作為負極材料后，鋰離子動力電池的能量密度有望做到300Wh/kg以上，其上限約為350Wh/kg。
“如果能量密度進一步提高，一定從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池，以及鋰空氣電池、鋰硫電池等新的電化學體系探索研究。” 在中國工程院陳立泉院士看來，電動汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展需要進行技術(shù)儲備，而固態(tài)電池有望成為我國下一代車用動力電池主導技術(shù)路線。高工鋰電網(wǎng)獲悉，包括寧德時代、比克等國內(nèi)動力電池企業(yè)已經(jīng)在積極做固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化儲備。
高工鋰電網(wǎng)梳理了三星SDI、比亞迪、寧德時代、國軒高科、比克等企業(yè)在動力電池能量密度提升機新材料電池的規(guī)劃和實施路徑，希望對業(yè)內(nèi)人士有所借鑒。
三星SDI：2023年目標350wh/kg
關(guān)于三星SDI在動力電池領(lǐng)域的發(fā)展目標，三星SDI株式會社副社長鄭世雄在中國電動汽車百人會2016夏季論壇做了清晰的介紹。三星SDI汽車動力電池技術(shù)主要是關(guān)注在四個方向。一是引領(lǐng)高能量比密度，二是安全可靠性，三是打造標準化的進程進一步提高效率，四是建立起好的質(zhì)量體系。
鄭世雄介紹，三星SDI動力電池能量密度現(xiàn)在可以實現(xiàn)250 wh/kg，由其商業(yè)化團隊負責全權(quán)開發(fā)。同時，三星已經(jīng)在 300—350 wh/kg能量密度上的得到技術(shù)飛躍。預計350 wh/kg可以在2023年前達到。
在350 wh/kg達到之后，還將打造更加有效的動力系統(tǒng)。只有這樣才可以不再過度地依靠政府的資助，提高能量比的密度非常關(guān)鍵，只有這樣才能夠比傳統(tǒng)汽車變得效率更高。
鄭世雄認為，能量密度的提升才能讓電動汽車才可以實現(xiàn)更好的利潤增長，但更高的能量比密度也就意味著安全的隱患以及挑戰(zhàn)會更多，能量比密度越高，安全問題也可能會更高。
因此，如何能夠在保證安全和可靠性的前提之下去提高能量比密度，并不能產(chǎn)生安全隱患，這也是我們需要找到的突破點，也是電池行業(yè)面臨的問題，三星也并不例外。
比亞迪：高鎳三元2020年目標300wh/kg
比亞迪電池技術(shù)開發(fā)部門經(jīng)理江文鋒介紹，在技術(shù)路線上，比亞迪三元電池方面希望在2018年做到500瓦時/升，重量能量密度大概達到240瓦時/公斤。磷酸鐵鋰方面希望做到150—160瓦時/公斤，到2020年希望達到600瓦時/升，大概是300瓦時/公斤這樣的水平。
為了達到這個目標，在材料方面，比亞迪選用的正極材料是高鎳三元材料。高鎳體系首先要解決的是安全問題?？刂茻崾Э厥俏覀儸F(xiàn)在主要做的工作。
負極材料上比亞迪在做硅負極，主要有兩個路線：一個是氧化亞硅，一個是納米硅。用這個材料需要解決兩個前提，即首次效率、循環(huán)壽命。從目前的研究結(jié)果看，氧化亞硅應該比較好解決。用硅材料體系和石墨這個體系相差比較遠，對于電池設計體系也要發(fā)生變化，在導電劑、連接劑、制備工藝、電解液體系等方面可能都要做大的調(diào)整，目前比亞迪做了一些工作，基本上做到500的循環(huán)大概90的水平，還在繼續(xù)實驗，進一步提高性能。
在隔膜質(zhì)方面，很多安全隔膜質(zhì)是至關(guān)重要的，目前常規(guī)的是PP、PE這種涂氧化鋁的材料，現(xiàn)在日本已經(jīng)有人開始在用包括纖維的材料。電解液方面，目前體系逐漸采用一些高電壓電解液或者高純度電解液，來提高耐高壓性能。固體電解液方面，江文峰覺得短期內(nèi)實現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)難度比較大。
寧德時代：高鎳三元+硅碳目標350wh/kg
目前，寧德時代的鋰離子電池能量密度可以做到200-250瓦時/公斤。“十三五”期間，寧德將致力于高鎳三元/硅碳電池研發(fā)，希望能實現(xiàn)350Wh/公斤的目標。
在電池材料上，寧德時代認為會逐步由磷酸鐵鋰/石墨、三元、高鎳三元/硅碳再到固態(tài)鋰空氣金屬演進?！跋乱淮吣芰棵芏入娦緦⒊絿H上的競爭對手。”寧德時代電芯工程師姜玲燕博士表示。
據(jù)推算，當前采用的高電壓層狀過渡金屬氧化物和石墨作為正負極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動力電池的重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。引入硅基合金替代純石墨作為負極材料后，鋰離子動力電池的能量密度有望做到300Wh/kg以上，其上限約為350Wh/kg。
對于更高能量密度目標的進一步達成，以金屬鋰為負極的鋰金屬電池已成為必然選擇。目前，寧德時代正在加速開發(fā)EV用的全固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)的步伐，在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進展，針對材料體系特點和規(guī)?；a(chǎn)的要求，寧德時代同步開展了全固態(tài)電池制造工藝路線的設計和探索，并著眼于全固態(tài)鋰金屬電池的基礎科學問題，以及相關(guān)的工程技術(shù)問題的理解與突破，將繼續(xù)推進和深化與學術(shù)界之間的聯(lián)合開發(fā)，加快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用。
國軒高科：能量密度提升儲備10大黑科技
國軒高科董事長李縝透露，2020年產(chǎn)能要達到30Gwh，能量密度則要達到300—350 wh/kg。350 wh/kg目標的實現(xiàn)，需要國軒高科研究院的開拓性表現(xiàn)。
在日前舉辦2016中美新能源經(jīng)濟論壇上，國軒高科工程研究院副院長張宏立向全球發(fā)布了十項招標計劃，透露出國軒高科研究院在探索前沿技術(shù)和材料，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的雄心。
這十項招標包括：高能量密度(350wh/kg)電芯開發(fā);高鎳三元材料開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化;高性能硅基負極材料開發(fā);鋰離子電池5V高電壓電解液體系開發(fā);VDA尺寸三元電芯安全性能提升及設計優(yōu)化;三元電池PACK系統(tǒng)安全性能提升;動力電池BMS主動均衡技術(shù);實時高精度BMS管理系統(tǒng)開發(fā);全電池系統(tǒng)的電化學仿真分析技術(shù);高能量密度鋰硫電池開發(fā)。
這十項招標，既有應對目前產(chǎn)業(yè)化要求，在近期應用的技術(shù)，也有著眼于未來，為下一代電池儲備的技術(shù)研發(fā)，覆蓋范圍很寬，目標也定得很高，如能實現(xiàn)，將突破現(xiàn)有商用的動力電池的邊界，提升動力電池性能，促進電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
比克：第五代產(chǎn)品明年量產(chǎn)
比克電池總裁張樹全介紹，在動力電池領(lǐng)域，比克電池的第四代產(chǎn)品綜合性價比在業(yè)內(nèi)有著不錯的口碑，其特點是安全性好，能量密度大，普遍可以達到220-230wh/kg，循環(huán)充放電次數(shù)1000-1500次沒有明顯衰減。在2017年上半年，比克電池就會推出自己的第五代產(chǎn)品，屆時在能力密度上將會有更進一步的提升。
在安全保障上，車用動力電池的使用環(huán)境和數(shù)量決定了電池企業(yè)需要更加嚴格的要求自己在電池設計和生產(chǎn)上的安全性。比克電池利用其在三個重要點上所下的功夫來保障了電池的安全可靠。
首先是在材料選擇上，比克電池堅持使用售價更高的進口銅箔、鋁箔以及隔膜材料，雖然成本要高出國內(nèi)相同材料一倍以上，但是在耐用性和可靠性上表現(xiàn)更加出色，完全可以滿足國家8年或12萬公里的質(zhì)保要求。
第二是在設備上，比克電池堅持使用人工來監(jiān)督設備，用設備來制造產(chǎn)品的理念，高度自動化覆蓋的生產(chǎn)線可以保證良好的一致性，并降低故障率。
第三是在產(chǎn)品PACK集成上，比克電池采取包括熔斷、填充、隔熱、水冷等六種防護措施來保證每顆電池的安全性，即使在后期使用中單顆電池出現(xiàn)問題，也會采取將其單獨隔斷的方式來保證整體的電池的安全性。
除了目前主流的三元鋰電池以及磷酸鐵鋰電池，比克電池的新產(chǎn)品、新材料研發(fā)上也下足了功夫?，F(xiàn)在已經(jīng)進入開發(fā)序列的有兩款產(chǎn)品，一款是鈉離子電池，另一款是固態(tài)電池。
原標題:瞄準能量密度提升 三星/寧德時代/國軒/比亞迪有啥小目標？
