華泰新能源研究院院長楊偉斌:如何加快提升電池性能

時間:2017-09-20 10:21來源:新能源汽車報 作者:楊偉斌
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  隨著新能源汽車銷量的快速攀升,動力電池也得到了快速發(fā)展。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2016年中國鋰電池總量達28GWh,涌現(xiàn)出了多個特大型電池生產(chǎn)企業(yè),電池技術(shù)得到了長足進步。

  總體上看,國內(nèi)電池技術(shù)發(fā)展方向趨于明朗,為后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。與此同時,電池快充、壽命和能量密度等指標也有待進一步優(yōu)化。

  技術(shù)路線趨于明朗

  三元、磷酸鐵鋰和鈦酸鋰等材料體系如何選擇?圓柱、方型和軟包結(jié)構(gòu)又如何取舍?之前爭議較多。

  但是隨著新能源汽車市場的快速發(fā)展,業(yè)界對三元、鐵鋰、錳酸鋰和鈦酸鋰電池的發(fā)展應用方向也逐漸趨于一致,三元電池和磷酸鐵鋰電池主流地位愈加鞏固,能量密度高的三元電池將統(tǒng)領(lǐng)新能源乘用車市場,熱穩(wěn)定性能好的鐵鋰電池是客車市場的主力軍。

  隨著三元電池可靠性的提高以及客車市場限制的取消,三元電池與磷酸鐵鋰電池2:7的占比局面將被打破。其中,三元電池占比將進一步擴大,而鈦酸鋰電池則由于理論壽命長、快充時間短等特點,仍將在快充客車和快充出租車領(lǐng)域占有一定比例,但由于能量密度和價格方面的“偏科”,也決定了其在動力電池領(lǐng)域的配角地位。個人認為,儲能將是鈦酸鋰電池發(fā)揮特長的重要領(lǐng)域。

  碳化硅、鋰硫、鋰空氣和石墨烯,甚至是固態(tài)聚合物電池,仍屬于實驗室技術(shù),離產(chǎn)業(yè)化還有一定距離。例如,話題不斷的石墨烯最好作為添加劑,起到快速導熱的作用,而作為動力電池的負極或正極材料的主要成分還有待突破。

  圓柱型、方型和軟包結(jié)構(gòu)的鋰電池憑借自身技術(shù)的特點,尋找最適合其應用的技術(shù)領(lǐng)域。圓柱型電池具有價格優(yōu)勢且適應于異形包的布置,在私家車、物流車領(lǐng)域占據(jù)主流;方型和軟包電池可克服圓柱電池散熱量大的弊病,適用于快充要求苛刻的出租車和網(wǎng)約車。

  而在方型和軟包結(jié)構(gòu)的電池博弈中,國內(nèi)由于CATL、比亞迪和國軒高科等企業(yè)的路線選擇,方型結(jié)構(gòu)的電池優(yōu)勢明顯,但縱觀世界格局,隨著市場對能量密度為300Wh/kg,甚至是500Wh/kg電池的需求,軟包結(jié)構(gòu)在能量密度方面的優(yōu)勢將得到很好的體現(xiàn),加之軟包的高安全性,比例也將會逐步加大。

  電池性能有待提升

  電池性能遵循著“木桶定律”,電池包是以性能最差的單體或模組進行計算,這就要求單體電芯制造、成組工藝和電池包集成技術(shù)都要做到精益求精。

  現(xiàn)有電池的性能可以滿足特定車型需求,例如,在熱管理方面,客車車速較低,電池包周圍空間大、空氣流動性好,主流自然風冷就可以滿足。在電池壽命方面,8年或12萬公里的質(zhì);緷M足私家車的需求。

  A級新能源車的市場占有率是真正體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展和用戶接受程度的重要指標。當前出租車和網(wǎng)約車是A級純電動汽車銷售的主要市場,電池實際性能還不能滿足該領(lǐng)域車輛需求。

  對于出租車和網(wǎng)約車等車型的快充速度,尤其是在“熱車”和“冷車”情況下的快充速度有著特殊要求,常溫下電池從10%~80%基本需30~40分鐘。但當夏天車輛跑完一個循環(huán)工況后,自然風冷電池包溫度接近45度,有些電池甚至超過50度時,三元電池開始限流,充電速度減慢,時間延長3倍以上,這樣就滿足不了網(wǎng)約車和出租車的需求。

  同樣,在低于零度時,充電電流為零或者僅為常溫下的十分之一。對此,現(xiàn)有方法是加裝PTC或加熱電阻絲,但這種方法一般會導致冷熱不均,最高和最低溫度相差較大,影響到電池包壽命。

  自2017年以來,液冷或直冷熱管理系統(tǒng)應用趨勢明顯,部分車型開始批量使用,其他車企也在加快開發(fā)以解決快充速度問題。

  除了快充指標,電池壽命也是考驗電池的最大難題之一。一般大中型城市的出租車和網(wǎng)約車,年行駛里程在7~8萬公里,而在北京、上海等一線城市里,年行駛里程超過則12萬公里。出租車市場對電動汽車質(zhì)保要求是6年或40萬公里,有些甚至是8年或60萬公里,但電池現(xiàn)有標準的8年或12萬公里根本不能滿足要求。

  近幾年,隨著工藝質(zhì)量的提升,電池循環(huán)壽命從1000次到2000次,甚至提高到3000次,不低于初始放電容量的80%。如國內(nèi)有個別電池廠家對寶馬車型承諾的是電芯萬次初始放電容量達到80%以上,盡管是淺充淺放,但也可見電池壽命快速提升。

  整包能量密度偏低

  180Wh/kg的能量密度是當前國內(nèi)三元單體電池的較高技術(shù),磷酸鐵鋰電池的能量密度為三元的80%左右,鈦酸鋰更是不足三元電池的一半。與國外相比,國內(nèi)電池的能量密度與其差距仍比較大,如特斯拉在三四年前就已經(jīng)實現(xiàn)了236Wh/kg的電池能量密度。

  電池能量密度的大小不僅影響車輛的續(xù)駛里程,還影響著車輛的輕量化進程。A級車車身重量在450kg左右,如果要實現(xiàn)150kg減重,要對四大工藝進行革命性的改造,費用高且周期長。

  例如,一個60度電的電池包,假如能量密度提高20%,即從180Wh/kg提高到220Wh/kg,產(chǎn)生效果堪比四大工藝革命性改造。

  因此《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中提出,到2020年,國內(nèi)純電動汽車動力電池的能量密度達到350Wh/kg的目標具有重要意義,但同樣也面臨著技術(shù)和工藝的諸多挑戰(zhàn)。

  電池包如何滿足生產(chǎn),依據(jù)外企對產(chǎn)品標準的要求,引進國際一流公司合資或獨資建廠是最佳方法之一,“狼來了”短期內(nèi)可能導致競爭加劇,但總體將會加快國內(nèi)動力電池廠家的優(yōu)勝劣汰,促進國內(nèi)電池技術(shù)的快速發(fā)展,甚至提升鹽湖提鋰、碳酸鋰制備、正極、負極和隔膜等全生態(tài)鏈技術(shù)。
(責任編輯:admin)
文章標簽: 電池 楊偉斌
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