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瞄准能量密度提升 三星/宁德时代/国轩/比亚迪有啥小目标?

2016-12-1 21:23| 发布者: rrssttrst| 查看: 834| 评论: 0

简介:在电动汽车领域,如何通过持续提升动力电池的能量密度来提高单次充电续航里程,已经成为产业界和学术界所共同面临的问题和挑战之一。   日前,在2016中国汽车工程学会年会上,《节能与新能源汽车技术路线图》正式 ...
电动汽车领域,如何通过持续提升动力电池能量密度来提高单次充电续航里程,已经成为产业界和学术界所共同面临的问题和挑战之一。

  日前,在2016中国汽车工程学会年会上,《节能与新能源汽车技术路线图》正式对外发布。根据技术路线,2020年的纯电动汽车动力电池的能量密度目标为350wh/kg,2025年目标为400wh/kg,2030年目标为500wh/kg。
对于此次技术路线图提出的目标,高工产研锂电研究所(GGII)指出,2020年能量密度可以通过对现有材料体系的潜力挖掘实现(即高镍三元+硅碳负极),2020年后需要通过材料和电池体系的升级来完成(锂硫电池+锂空气电池)。

  “提高能量比的密度非常关键,只有这样我们才能够比传统汽车变得效率更高。除此之外,只有通过这种方法电动汽车才可以实现更好的利润增长,并且不再需要依靠政府的资助。”

  三星SDI株式会社副社长郑世雄介绍,三星SDI动力电池能量密度目前为250wh/kg,并预计在2023年达到350wh/kg的目标,届时,其可以实现电动汽车续航里程达800km。

  除了三星,包括松下、LG、比亚迪、宁德时代、国轩高科、比克等国内外动力电池企业都明确的设立了中长期的能量密度目标,并提出了较为清晰的实现路径。

  根据推算,当前采用的高电压层状过渡金属氧化物和石墨作为正负极活性材料所组成的液态锂离子动力电池的重量能量密度极限约为280Wh/kg左右。引入硅基合金替代纯石墨作为负极材料后,锂离子动力电池的能量密度有望做到300Wh/kg以上,其上限约为350Wh/kg。

  “如果能量密度进一步提高,一定从现在开始就要考虑固态锂电池,以及锂空气电池、锂硫电池等新的电化学体系探索研究。” 在中国工程院陈立泉院士看来,电动汽车产业中长期发展需要进行技术储备,而固态电池有望成为我国下一代车用动力电池主导技术路线。高工锂电网获悉,包括宁德时代、比克等国内动力电池企业已经在积极做固态电池的研发和产业化储备。

  高工锂电网梳理了三星SDI、比亚迪、宁德时代、国轩高科、比克等企业在动力电池能量密度提升机新材料电池的规划和实施路径,希望对业内人士有所借鉴。

  三星SDI:2023年目标350wh/kg

  关于三星SDI在动力电池领域的发展目标,三星SDI株式会社副社长郑世雄在中国电动汽车百人会2016夏季论坛做了清晰的介绍。三星SDI汽车动力电池技术主要是关注在四个方向。一是引领高能量比密度,二是安全可靠性,三是打造标准化的进程进一步提高效率,四是建立起好的质量体系。
郑世雄介绍,三星SDI动力电池能量密度现在可以实现250 wh/kg,由其商业化团队负责全权开发。同时,三星已经在 300―350 wh/kg能量密度上的得到技术飞跃。预计350 wh/kg可以在2023年前达到。

  在350 wh/kg达到之后,还将打造更加有效的动力系统。只有这样才可以不再过度地依靠政府的资助,提高能量比的密度非常关键,只有这样才能够比传统汽车变得效率更高。

  郑世雄认为,能量密度的提升才能让电动汽车才可以实现更好的利润增长,但更高的能量比密度也就意味着安全的隐患以及挑战会更多,能量比密度越高,安全问题也可能会更高。

  因此,如何能够在保证安全和可靠性的前提之下去提高能量比密度,并不能产生安全隐患,这也是我们需要找到的突破点,也是电池行业面临的问题,三星也并不例外。

  比亚迪:高镍三元2020年目标300wh/kg

  比亚迪电池技术开发部门经理江文锋介绍,在技术路线上,比亚迪三元电池方面希望在2018年做到500瓦时/升,重量能量密度大概达到240瓦时/公斤。磷酸铁锂方面希望做到150―160瓦时/公斤,到2020年希望达到600瓦时/升,大概是300瓦时/公斤这样的水平。

  为了达到这个目标,在材料方面,比亚迪选用的正极材料是高镍三元材料。高镍体系首先要解决的是安全问题。控制热失控是我们现在主要做的工作。

  负极材料上比亚迪在做硅负极,主要有两个路线:一个是氧化亚硅,一个是纳米硅。用这个材料需要解决两个前提,即首次效率、循环寿命。从目前的研究结果看,氧化亚硅应该比较好解决。用硅材料体系和石墨这个体系相差比较远,对于电池设计体系也要发生变化,在导电剂、连接剂、制备工艺、电解液体系等方面可能都要做大的调整,目前比亚迪做了一些工作,基本上做到500的循环大概90的水平,还在继续实验,进一步提高性能。

  在隔膜质方面,很多安全隔膜质是至关重要的,目前常规的是PP、PE这种涂氧化铝的材料,现在日本已经有人开始在用包括纤维的材料。电解液方面,目前体系逐渐采用一些高电压电解液或者高纯度电解液,来提高耐高压性能。固体电解液方面,江文峰觉得短期内实现固态电解质难度比较大。
宁德时代:高镍三元+硅碳目标350wh/kg

  目前,宁德时代的锂离子电池能量密度可以做到200-250瓦时/公斤。“十三五”期间,宁德将致力于高镍三元/硅碳电池研发,希望能实现350Wh/公斤的目标。

  在电池材料上,宁德时代认为会逐步由磷酸铁锂/石墨、三元、高镍三元/硅碳再到固态锂空气金属演进。“下一代高能量密度电芯将超越国际上的竞争对手。”宁德时代电芯工程师姜玲燕博士表示。

  据推算,当前采用的高电压层状过渡金属氧化物和石墨作为正负极活性材料所组成的液态锂离子动力电池的重量能量密度极限约为280Wh/kg左右。引入硅基合金替代纯石墨作为负极材料后,锂离子动力电池的能量密度有望做到300Wh/kg以上,其上限约为350Wh/kg。

  对于更高能量密度目标的进一步达成,以金属锂为负极的锂金属电池已成为必然选择。目前,宁德时代正在加速开发EV用的全固态锂金属电池研发的步伐,在聚合物和硫化物基固态电池方向分别开展了相关的研发工作并取得了初步进展,针对材料体系特点和规模化生产的要求,宁德时代同步开展了全固态电池制造工艺路线的设计和探索,并着眼于全固态锂金属电池的基础科学问题,以及相关的工程技术问题的理解与突破,将继续推进和深化与学术界之间的联合开发,加快实现产业化应用。

  国轩高科:能量密度提升储备10大黑科技

  国轩高科董事长李缜透露,2020年产能要达到30Gwh,能量密度则要达到300―350 wh/kg。350 wh/kg目标的实现,需要国轩高科研究院的开拓性表现。

  在日前举办2016中美新能源经济论坛上,国轩高科工程研究院副院长张宏立向全球发布了十项招标计划,透露出国轩高科研究院在探索前沿技术和材料,引领行业技术发展的雄心。

  这十项招标包括:高能量密度(350wh/kg)电芯开发;高镍三元材料开发及产业化;高性能硅基负极材料开发;锂离子电池5V高电压电解液体系开发;VDA尺寸三元电芯安全性能提升及设计优化;三元电池PACK系统安全性能提升;动力电池BMS主动均衡技术;实时高精度BMS管理系统开发;全电池系统的电化学仿真分析技术;高能量密度锂硫电池开发。

  这十项招标,既有应对目前产业化要求,在近期应用的技术,也有着眼于未来,为下一代电池储备的技术研发,覆盖范围很宽,目标也定得很高,如能实现,将突破现有商用的动力电池的边界,提升动力电池性能,促进电动汽车产业发展。

  比克:第五代产品明年量产

  比克电池总裁张树全介绍,在动力电池领域,比克电池的第四代产品综合性价比在业内有着不错的口碑,其特点是安全性好,能量密度大,普遍可以达到220-230wh/kg,循环充放电次数1000-1500次没有明显衰减。在2017年上半年,比克电池就会推出自己的第五代产品,届时在能力密度上将会有更进一步的提升。

  在安全保障上,车用动力电池的使用环境和数量决定了电池企业需要更加严格的要求自己在电池设计和生产上的安全性。比克电池利用其在三个重要点上所下的功夫来保障了电池的安全可靠。

  首先是在材料选择上,比克电池坚持使用售价更高的进口铜箔、铝箔以及隔膜材料,虽然成本要高出国内相同材料一倍以上,但是在耐用性和可靠性上表现更加出色,完全可以满足国家8年或12万公里的质保要求。

  第二是在设备上,比克电池坚持使用人工来监督设备,用设备来制造产品的理念,高度自动化覆盖的生产线可以保证良好的一致性,并降低故障率。

  第三是在产品PACK集成上,比克电池采取包括熔断、填充、隔热、水冷等六种防护措施来保证每颗电池的安全性,即使在后期使用中单颗电池出现问题,也会采取将其单独隔断的方式来保证整体的电池的安全性。

  除了目前主流的三元锂电池以及磷酸铁锂电池,比克电池的新产品、新材料研发上也下足了功夫。现在已经进入开发序列的有两款产品,一款是钠离子电池,另一款是固态电池。


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