中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，如何通過(guò)持續(xù)提升動(dòng)力電池的能量密度來(lái)提高單次充電續(xù)航里程，已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界所共同面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)之一。
日前，在2016中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)上，《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》正式對(duì)外發(fā)布。根據(jù)技術(shù)路線，2020年的純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為350wh/kg，2025年目標(biāo)為400wh/kg，2030年目標(biāo)為500wh/kg。
對(duì)于此次技術(shù)路線圖提出的目標(biāo)，高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)指出，2020年能量密度可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有材料體系的潛力挖掘?qū)崿F(xiàn)(即高鎳三元+硅碳負(fù)極)，2020年后需要通過(guò)材料和電池體系的升級(jí)來(lái)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(guò)這種方法電動(dòng)汽車才可以實(shí)現(xiàn)更好的利潤(rùn)增長(zhǎng)，并且不再需要依靠政府的資助。”
三星SDI株式會(huì)社副社長(zhǎng)鄭世雄介紹，三星SDI動(dòng)力電池能量密度目前為250wh/kg，并預(yù)計(jì)在2023年達(dá)到350wh/kg的目標(biāo)，屆時(shí)，其可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程達(dá)800km。
除了三星，包括松下、LG、比亞迪、寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、比克等國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池企業(yè)都明確的設(shè)立了中長(zhǎng)期的能量密度目標(biāo)，并提出了較為清晰的實(shí)現(xiàn)路徑。
根據(jù)推算，當(dāng)前采用的高電壓層狀過(guò)渡金屬氧化物和石墨作為正負(fù)極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動(dòng)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(fù)極材料后，鋰離子動(dòng)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(jìn)一步提高，一定從現(xiàn)在開(kāi)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(xué)體系探索研究?！?在中國(guó)工程院陳立泉院士看來(lái)，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展需要進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，而固態(tài)電池有望成為我國(guó)下一代車用動(dòng)力電池主導(dǎo)技術(shù)路線。高工鋰電網(wǎng)獲悉，包括寧德時(shí)代、比克等國(guó)內(nèi)動(dòng)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(chǔ)備。
高工鋰電網(wǎng)梳理了三星SDI、比亞迪、寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、比克等企業(yè)在動(dòng)力電池能量密度提升機(jī)新材料電池的規(guī)劃和實(shí)施路徑，希望對(duì)業(yè)內(nèi)人士有所借鑒。
三星SDI：2023年目標(biāo)350wh/kg
關(guān)于三星SDI在動(dòng)力電池領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)，三星SDI株式會(huì)社副社長(zhǎng)鄭世雄在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)2016夏季論壇做了清晰的介紹。三星SDI汽車動(dòng)力電池技術(shù)主要是關(guān)注在四個(gè)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(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程進(jìn)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(dòng)力電池能量密度現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)250 wh/kg，由其商業(yè)化團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)全權(quán)開(kāi)發(fā)。同時(shí)，三星已經(jīng)在 300—350 wh/kg能量密度上的得到技術(shù)飛躍。預(yù)計(jì)350 wh/kg可以在2023年前達(dá)到。
在350 wh/kg達(dá)到之后，還將打造更加有效的動(dòng)力系統(tǒng)。只有這樣才可以不再過(guò)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(rèn)為，能量密度的提升才能讓電動(dòng)汽車才可以實(shí)現(xiàn)更好的利潤(rùn)增長(zhǎng)，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(huì)更多，能量比密度越高，安全問(wèn)題也可能會(huì)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(diǎn)，也是電池行業(yè)面臨的問(wèn)題，三星也并不例外。
比亞迪：高鎳三元2020年目標(biāo)300wh/kg
比亞迪電池技術(shù)開(kāi)發(fā)部門(mén)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(shí)/升，重量能量密度大概達(dá)到240瓦時(shí)/公斤。磷酸鐵鋰方面希望做到150—160瓦時(shí)/公斤，到2020年希望達(dá)到600瓦時(shí)/升，大概是300瓦時(shí)/公斤這樣的水平。
為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，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(wèn)題。控制熱失控是我們現(xiàn)在主要做的工作。
負(fù)極材料上比亞迪在做硅負(fù)極，主要有兩個(gè)路線：一個(gè)是氧化亞硅，一個(gè)是納米硅。用這個(gè)材料需要解決兩個(gè)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(yīng)該比較好解決。用硅材料體系和石墨這個(gè)體系相差比較遠(yuǎn)，對(duì)于電池設(shè)計(jì)體系也要發(fā)生變化，在導(dǎo)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(shí)驗(yàn)，進(jìn)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(kāi)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(lái)提高耐高壓性能。固體電解液方面，江文峰覺(jué)得短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)難度比較大。
寧德時(shí)代：高鎳三元+硅碳目標(biāo)350wh/kg
目前，寧德時(shí)代的鋰離子電池能量密度可以做到200-250瓦時(shí)/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(shí)現(xiàn)350Wh/公斤的目標(biāo)。
在電池材料上，寧德時(shí)代認(rèn)為會(huì)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(jìn)。“下一代高能量密度電芯將超越國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?！睂幍聲r(shí)代電芯工程師姜玲燕博士表示。
據(jù)推算，當(dāng)前采用的高電壓層狀過(guò)渡金屬氧化物和石墨作為正負(fù)極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動(dòng)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(fù)極材料后，鋰離子動(dòng)力電池的能量密度有望做到300Wh/kg以上，其上限約為350Wh/kg。
對(duì)于更高能量密度目標(biāo)的進(jìn)一步達(dá)成，以金屬鋰為負(fù)極的鋰金屬電池已成為必然選擇。目前，寧德時(shí)代正在加速開(kāi)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(kāi)展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進(jìn)展，針對(duì)材料體系特點(diǎn)和規(guī)模化生產(chǎn)的要求，寧德時(shí)代同步開(kāi)展了全固態(tài)電池制造工藝路線的設(shè)計(jì)和探索，并著眼于全固態(tài)鋰金屬電池的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，以及相關(guān)的工程技術(shù)問(wèn)題的理解與突破，將繼續(xù)推進(jìn)和深化與學(xué)術(shù)界之間的聯(lián)合開(kāi)發(fā)，加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
國(guó)軒高科：能量密度提升儲(chǔ)備10大黑科技
國(guó)軒高科董事長(zhǎng)李縝透露，2020年產(chǎn)能要達(dá)到30Gwh，能量密度則要達(dá)到300—350 wh/kg。350 wh/kg目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要國(guó)軒高科研究院的開(kāi)拓性表現(xiàn)。
在日前舉辦2016中美新能源經(jīng)濟(jì)論壇上，國(guó)軒高科工程研究院副院長(zhǎng)張宏立向全球發(fā)布了十項(xiàng)招標(biāo)計(jì)劃，透露出國(guó)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(xiàng)招標(biāo)包括：高能量密度(350wh/kg)電芯開(kāi)發(fā);高鎳三元材料開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化;高性能硅基負(fù)極材料開(kāi)發(fā);鋰離子電池5V高電壓電解液體系開(kāi)發(fā);VDA尺寸三元電芯安全性能提升及設(shè)計(jì)優(yōu)化;三元電池PACK系統(tǒng)安全性能提升;動(dòng)力電池BMS主動(dòng)均衡技術(shù);實(shí)時(shí)高精度BMS管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā);全電池系統(tǒng)的電化學(xué)仿真分析技術(shù);高能量密度鋰硫電池開(kāi)發(fā)。
這十項(xiàng)招標(biāo)，既有應(yīng)對(duì)目前產(chǎn)業(yè)化要求，在近期應(yīng)用的技術(shù)，也有著眼于未來(lái)，為下一代電池儲(chǔ)備的技術(shù)研發(fā)，覆蓋范圍很寬，目標(biāo)也定得很高，如能實(shí)現(xiàn)，將突破現(xiàn)有商用的動(dòng)力電池的邊界，提升動(dòng)力電池性能，促進(jìn)電動(dòng)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(shù)全介紹，在動(dòng)力電池領(lǐng)域，比克電池的第四代產(chǎn)品綜合性價(jià)比在業(yè)內(nèi)有著不錯(cuò)的口碑，其特點(diǎn)是安全性好，能量密度大，普遍可以達(dá)到220-230wh/kg，循環(huán)充放電次數(shù)1000-1500次沒(méi)有明顯衰減。在2017年上半年，比克電池就會(huì)推出自己的第五代產(chǎn)品，屆時(shí)在能力密度上將會(huì)有更進(jìn)一步的提升。
在安全保障上，車用動(dòng)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(yán)格的要求自己在電池設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上的安全性。比克電池利用其在三個(gè)重要點(diǎn)上所下的功夫來(lái)保障了電池的安全可靠。
首先是在材料選擇上，比克電池堅(jiān)持使用售價(jià)更高的進(jìn)口銅箔、鋁箔以及隔膜材料，雖然成本要高出國(guó)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(guó)家8年或12萬(wàn)公里的質(zhì)保要求。
第二是在設(shè)備上，比克電池堅(jiān)持使用人工來(lái)監(jiān)督設(shè)備，用設(shè)備來(lái)制造產(chǎn)品的理念，高度自動(dòng)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(hù)措施來(lái)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(wèn)題，也會(huì)采取將其單獨(dú)隔斷的方式來(lái)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(jìn)入開(kāi)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(biāo)題:瞄準(zhǔn)能量密度提升 三星/寧德時(shí)代/國(guó)軒/比亞迪有啥小目標(biāo)？
