动力电池发展的关键是低成本、高能量密度、高安全、长循环。但目前我国动力电池尚属于发展中的产品,在技术等方面还存在诸多问题有待解决。
8月17-18日,由锂电大数据、电动汽车在线主办,起点研究协办的“2017中国新能源汽车产业生态大会暨第六届中国锂电新能源产业生态峰会”于深圳东海朗廷酒店隆重开幕,1000+新能源汽车及
锂电池产学研金高层共同论道行业未来。
遨优动力电芯研发总监代东举在大会主题演讲中介绍了聚合物软包电池的技术路线。
代东举指出,《中国制造2025》显示,2020年,电池能量密度要求300Wh/kg,单体成1元/Wh,系统成本1.3元/Wh;2025年,电池能量密度要求400Wh/kg,单体成本:0.8元/Wh,系统成本1元/Wh;2030年,电池能量密度要求500Wh/kg,单体成本0.6元/Wh,系统成本0.8元/Wh。
目前我国动力电池发展共分为三个阶段:
第一阶段(2016-2020),为技术升级阶段。新型锂离子动力电池单体比能量超过300Wh/kg,成本降低50%,达到0.6元/Wh;电池系统比能量提高一倍,达到250Wh/Kg,成本降低一倍,达到1.0元/Wh。
第二阶段(2021-2025),为产业发展阶段。动力电池产业发展与国际先进水平接轨,形成2-3家具有较强国际竞争力的大型集团公司,国内市场占有率达到70%,国际市场占有率达到30%,纯电动汽车步入普及应用的发展阶段。新体系电池技术不断取得突破,比能量可达400Wh/kg以上。
第三阶段(2026-2030),为发展成熟阶段。新体系电池实现实用化,电池单体比能量达到500WH/Kg以上,成本进一步下降;产业发展处于国际领先水平,纯电动汽车具有与传统燃油车相当的行驶距离,经济性具有竞争力。
锂动力电池材料体系的发展路线为LFP/LMO+碳(能量密度为110-160Wh/kg)至NMC+碳(160-200Wh/kg)至高镍NMC/ NCA/富锂/5V镍锰+碳(能量密度为200-280Wh/kg)至高镍NMC/ NCA/富锂+硅(能量密度为250-400Wh/kg)至全固态电池、锂金属电池、锂空气电池、锂硫电池等(能量密度>400Wh/kg)。
可见动力电池技术路线未来将会不断进阶,能量密度也将不断提高。
软包动力电池将是未来发展主流
代东举指出,业内专家预计,随着电池路线的发展,软包电池在新能源汽车市场的渗透率将不断提升,未来软包电池在各类型电池中的占比有望超过50%。
电芯类型预测走势图如下:
原材料技术路线
代东举指出,最近正极材料涨价,NMC材料占整个电池比例接近50%。
正极主材料:高镍三元体系将被开发。随着镍含量的增加,材料的克容量也越来越高。
富锂锰:近年来因具有高的可逆比容量,优秀的循环性能,相对较低的成本以及新的电化学充放电机制等优点而受到广泛关注。但仍存在就够、充放电机理、电化学缺陷等问题有待解决。
磷酸锰锂:新型正极。产业化难点为大批量合成的难以及电导率的改善困难。
负极主材料:硅。与传统石墨相对,硅具有超高的理论比容量(4200 mAh/g)、较低的脱锂电位(<0.5 V),且硅的电压平台略高于石墨,在充电时难引起表面析锂,安全性能更好。但自身的电导率较低,且实验表明,硅在脱嵌锂过程中,有300-400%的体积变化,致使活性材料裂化和粉化,导致活性材料损失,造成循环寿命衰减。
快充电池研发与应用
代东举表示,快充动力电池的研发主要的技术难点为锂离子在负极的嵌入。需要通过石墨负极的选型和优化、使用新型电解液,降低SEI膜阻抗和厚度,提高倍率性能及动力电池组PACK-灌封胶应用技术,降低电池温升及提高温场一致性三个方法来解决。