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電池能量密度和安全性如何協(xié)同提升

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:943次  |  2020年01月13日  

調(diào)查顯示,近期新能源汽車起火事故頻發(fā),已成為私人消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)新能源汽車接受度不高的原因之一。今年夏季是新能源汽車自燃事故的高發(fā)期。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,在5月到7月的3個(gè)月時(shí)間里,新能源汽車國家監(jiān)管平臺(tái)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)了79起電動(dòng)汽車安全事故,涉及車輛96輛。


“新能源汽車行業(yè)面臨的安全問題主要還是電池安全性和可靠性的問題。”北京大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所教授其魯表示,“這些問題的出現(xiàn)不是簡單的補(bǔ)貼退坡所致,本質(zhì)還是材料問題和電池本身的技術(shù)問題。”行業(yè)人士認(rèn)為,能量密度和安全性同時(shí)提升,是電動(dòng)化時(shí)代對(duì)電池的必然要求。


■方形疊片、無模組 BMS管理是重要方向


“電動(dòng)汽車電池能量密度的提高,不但能解決里程焦慮問題,還能減低電池成本,全世界科學(xué)家在這方面做了很多努力。”清華大學(xué)鋰離子電池實(shí)驗(yàn)室主任何向明如是說。據(jù)了解,提升能量密度的傳統(tǒng)方法有提高壓實(shí)密度、減薄隔膜、減薄銅鋁箔、減少安全設(shè)計(jì)冗余等。不過,這些傳統(tǒng)方法,無法兼顧同時(shí)提升能量密度和安全性。目前,很多動(dòng)力電池企業(yè)都在圍繞能量密度與安全性協(xié)同研究創(chuàng)新性解決方案。


電池工藝經(jīng)歷了從圓柱卷繞、方形卷繞、軟包疊片、軟包卷繞、方形疊片的演變過程。據(jù)蜂巢能源科技有限公司總經(jīng)理?xiàng)罴t新介紹,在兼顧能量密度和安全性方面,方形疊片工藝有著先天優(yōu)勢(shì),不僅能夠保持電池密封性,提高密度,還可以降低成本。在保證放電功率性能的同時(shí),提高回充的功率性能,同時(shí)降低短路風(fēng)險(xiǎn)。


值得關(guān)注的是,動(dòng)力電池逐漸向無模組方向發(fā)展。行業(yè)人士表示,無模組電池包能量密度較傳統(tǒng)電池包提升10%~15%,傳統(tǒng)電池包能量密度平均為180Wh/kg,而無模組電池包能量密度可達(dá)到200Wh/kg以上。“取消模組之后,釋放出的空間不僅可以增大電芯間隙,還可以增大電池距離下箱體邊梁的間隙。只要間隙設(shè)計(jì)合理,遠(yuǎn)離側(cè)邊梁,在提高能量密度的同時(shí)還能提高安全性。”楊紅新表示,此外,把電池管理系統(tǒng)做好也是一種更低成本、更高效率解決能量密度和安全性之間矛盾的有效方式。


■多元材料成為主流


由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極材料,所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料。國內(nèi)外動(dòng)力鋰電池正極材料技術(shù)路線主要有3個(gè)流派:磷酸鐵鋰派、錳酸鋰派、三元派(NCA/NCM)。用磷酸鐵鋰作為正極材料,電池充放電循環(huán)壽命長,但其能量密度、高低溫性能、充放電倍率特性均較差,且生產(chǎn)成本較高,目前磷酸鐵鋰電池技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)遇到瓶頸;用錳酸鋰作為正極材料,電池能量密度低、高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性和存儲(chǔ)性能較差;多元材料因具有綜合性能高和低成本的雙重優(yōu)勢(shì)日益被行業(yè)所關(guān)注和認(rèn)同,逐步超越磷酸鐵鋰和錳酸鋰成為主流的技術(shù)路線。


三元材料主要以NCM三元和NCA三元為主。在三元材料中,隨著鎳元素含量的升高,正極材料的比容量逐漸升高。隨著人們對(duì)電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程的要求越來越高,高鎳體系的NCM811和NCA材料的研發(fā)也越來越迫切。楊紅新表示:“由于鈷資源的稀缺性,無鈷材料可以極大程度降低成本,但高鎳無鈷電池材料也面臨著很多技術(shù)挑戰(zhàn),預(yù)計(jì)未來70%的無鈷電池材料有希望開發(fā)成功。”


“電池技術(shù)發(fā)展的路徑,一條是顛覆性的,一條是漸進(jìn)式的。目前電池企業(yè)大部分都在做漸進(jìn)式開發(fā)。”何向明表示,“可以用紅磷做為負(fù)極材料,也可以全部用硅,那么整個(gè)電池的設(shè)計(jì)、電解液體系都要做相應(yīng)改變,這就是顛覆式開發(fā)。”中國動(dòng)力電池創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬強(qiáng)調(diào),提升動(dòng)力電池性能,不僅需要改進(jìn)正負(fù)極材料,還需要兼顧工藝、設(shè)計(jì)等方面的改進(jìn)。


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