中國儲能網(wǎng)訊：動力電池單體達(dá)300wh/kg的目標(biāo)已經(jīng)實現(xiàn)，但想要量產(chǎn)應(yīng)用還需克服諸多困難。
近期，由中信國安盟固利動力科技有限公司牽頭承擔(dān)的北京市科技重大專項——“電動汽車用300Wh/kg級三元系高比能量鋰離子電池研制”項目通過了北京市科學(xué)技術(shù)委員會專家組驗收。
據(jù)了解，該項目于2017年1月由北京市科委立項，旨在帶動新能源汽車高比能量動力電池的研發(fā)推廣。項目組此次所開發(fā)的單體電池質(zhì)量比能量達(dá)310.3Wh/kg，體積比能量達(dá)659.3Wh/L，電池循環(huán)壽命可達(dá)到1000次。
項目同時還開發(fā)出了高比能量動力鋰電正極材料，新型高安全、耐高壓電解液等匹配鋰電池材料，對推動300Wh/kg級以上高比能量單體電池的產(chǎn)業(yè)化有積極作用。
而在此之前，包括國軒高科、力神電池、寧德時代等多家電池企業(yè)也開發(fā)出了300wh/kg高比能電池樣品。
具體來看，上述電池企業(yè)都幾乎都采用了高鎳正極+硅碳負(fù)極的材料體系，匹配研發(fā)新型高壓電解液解決電池內(nèi)部膨脹循環(huán)壽命低等問題，采用軟包技術(shù)路線，從而開發(fā)出了300wh/kg的單體電芯。
事實上，在補貼政策的導(dǎo)向作用下，國產(chǎn)動力電池的能量密度在近兩年出現(xiàn)快速上升。磷酸鐵鋰電池單體比能量平均達(dá)到160wh/kg，系統(tǒng)140wh/kg左右；三元電池單體比能量在220-240wh/kg左右，系統(tǒng)能量密度在140-160wh/kg左右。
2019年，動力電池能量密度有進一步上升趨勢。量產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池有望達(dá)到190wh/kg，系統(tǒng)160wh/kg；高比能三元電池單體達(dá)260wh/kg，系統(tǒng)達(dá)180wh/kg以上。
從當(dāng)前動力電池能量密度上升趨勢來看，單體300wh/kg的動力電池有望在2020年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但規(guī)模不會太大。由于高鎳電池還面臨著高鎳材料不成熟、制造工藝待提升、產(chǎn)業(yè)鏈配合不完善等問題，因此距離大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用還存在一定距離。
與此同時，由于動力電池能量密度持續(xù)提升，電池的安全性和一致性可靠程度出現(xiàn)了松動。能量密度提升若是犧牲了電池的安全性和循環(huán)壽命，屆時或?qū)⒁l(fā)一系列的安全事故，進而對新能源汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生致命打擊。
因此，當(dāng)前包括主機廠和電池廠都在圍繞2019年動力電池能量密度水平而討論，普遍認(rèn)為不宜盲目提升。而是要在保證電池安全的基礎(chǔ)上進行多元化開發(fā)設(shè)計，充分發(fā)揮磷酸鐵鋰和三元電池的性能優(yōu)勢，提升電動汽車的產(chǎn)品競爭力。
下面就來看看本周鋰電行業(yè)都有哪些新技術(shù)和大事件吧。
1、美國破壞性創(chuàng)新助力鋰電池技術(shù)突破
德國弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進協(xié)會發(fā)布的一份全球鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的報告中，特別提及了美國在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的破壞性創(chuàng)新，即實現(xiàn)至少一種性能參數(shù)，如能量密度比現(xiàn)有的鋰離子電池有顯著改進的技術(shù)。
從今年開始，包括SilaNanotechnologies、Solid Power、Quantum Scape等幾家初創(chuàng)企業(yè)將把他們的電池推向商業(yè)市場。
SilaNanotechnologies的首席執(zhí)行官GeneBerdichevsky說：“我們花了8年時間，大概進行了3.5萬次材料合成，才有了商業(yè)化的東西?！?
SilaNanotechnologies公司此前獲得了來自西門子等全球知名公司7000萬美元的D輪融資，用于繼續(xù)調(diào)整電池技術(shù)以及建設(shè)其第一條硅負(fù)極電池商業(yè)生產(chǎn)線。Sila目前的汽車合作伙伴之一是寶馬。
點評：實驗室里面從不缺乏創(chuàng)新性的鋰電池技術(shù)，例如鋰空氣電池、石墨烯電池和全固態(tài)電池等。但從現(xiàn)有的技術(shù)來看，上述新型電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化時間還遙遙無期，主要是原材料的制備技術(shù)還不成熟以及電池制造成本難以降低，鋰離子電池依然是當(dāng)前比較成熟可靠的解決方案。
2、動力電池將納入電動汽車“三包”
3月14日，《家用汽車產(chǎn)品修理、更換、退貨責(zé)任規(guī)定(修訂征求意見稿)》(以下簡稱“汽車三包”修訂稿)在司法部中國政府法制信息網(wǎng)和市場監(jiān)管總局網(wǎng)站同時發(fā)布，向全社會公開征求意見。任何單位和個人均可在4月13日前，通過網(wǎng)絡(luò)、電子郵件、信件等方式將意見建議反饋給市場監(jiān)管總局。
此次“汽車三包”修訂稿對家用電動汽車的“三包”責(zé)任進行補充完善：
1）將動力蓄電池、行駛驅(qū)動電機作為與發(fā)動機、變速器并列的家用汽車主要系統(tǒng)，納入免費更換總成的規(guī)定范圍；
2）將動力蓄電池、行駛驅(qū)動電機與其主要零件反復(fù)發(fā)生的質(zhì)量問題納入退換車條款；
3）要求生產(chǎn)者將動力蓄電池放電容量衰減限值和對應(yīng)的測試方法明示在“三包”憑證上；在退換車條款中補充了家用電動汽車動力蓄電池起火的故障。
4）油電混合動力汽車中的動力蓄電池、行駛驅(qū)動電機適用于本規(guī)章。氫能源等其他新能源汽車目前尚未批量上市，本次修訂暫不涉及相關(guān)內(nèi)容。
同時，“汽車三包”修訂稿進一步加大對消費者合法權(quán)益的保護力度。針對當(dāng)前消費者退換車支付使用補償費用偏高的問題，通過對比研究國外類似法規(guī)和測算，將使用補償系數(shù)n從現(xiàn)行《汽車三包規(guī)定》中的0.5%至0.8%調(diào)整到上限不超過0.7%、下限不封底。
考慮到目前“三包”起算日期按開具購車發(fā)票之日起計算，而實際銷售活動中存在向消費者交付產(chǎn)品晚于開具發(fā)票日期的情況，為此增加按照實際交付日期起計算“三包”期限的規(guī)定。
點評：當(dāng)前因為鋰電池技術(shù)、三電系統(tǒng)以及充電網(wǎng)絡(luò)等一系列不成熟、不完善的原因，導(dǎo)致電動汽車存在一系列質(zhì)量問題，動力電池的質(zhì)量問題尤其突出。而此次將動力電池納入電動汽車“三包”范圍，給消費者提供了一個保障，同時也給主機廠和電池廠上了一道箍，避免消費者的權(quán)益遭到侵害。
3、寧德時代采用界面膜包覆解決硅碳硬傷
硅基材料就被看做替代石墨的下一代材料，據(jù)測算，硅基負(fù)極材料的比容量可達(dá)石墨負(fù)極的10倍，被看作是后者的“替代者”。
傳統(tǒng)硅基材料的應(yīng)用，主要采用碳包覆技術(shù)，即在硅材料表面復(fù)合一層碳材料。但由于硅材料充放電過程中體積變化高達(dá)300％，多次循環(huán)后表面包覆的碳材料會破碎、脫落，對硅材料的保護作用大幅減弱，從而導(dǎo)致電池循環(huán)性能不佳。
寧德時代首席科學(xué)家吳凱介紹，寧德時代摒棄了傳統(tǒng)碳包覆技術(shù)，轉(zhuǎn)向研究人造電解質(zhì)界面膜包覆技術(shù)。歷時2年多，將這一技術(shù)應(yīng)用到硅材料制備，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型人造電解質(zhì)界面膜包覆的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，其循環(huán)性能表現(xiàn)顯著優(yōu)于國外產(chǎn)品。
“與碳材料相比，人造電解質(zhì)界面膜與硅材料的結(jié)合作用力更強、彈性更好、不易破碎或粉化，對硅材料起到很好的保護作用，因此能夠在循環(huán)中大幅提高硅材料的界面穩(wěn)定性，從而提升電池的循環(huán)壽命?！?
點評：基于該技術(shù)，寧德時代已經(jīng)率先開發(fā)出比能量(質(zhì)量能量密度)達(dá)304Wh/kg的電池樣品，這表明其采用的人造電解質(zhì)界面膜包覆技術(shù)在一定程度上解決了硅碳材料的膨脹問題。此舉將促進國內(nèi)充分掌握材料改性、前驅(qū)體合成等多方面的核心技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵材料技術(shù)的國產(chǎn)化，為硅碳復(fù)合負(fù)極的逐步商業(yè)化推廣應(yīng)用提供了重要保障。
