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国内动力电池三大技术发展现状

2017-11-20 19:10      责任编辑:薛雪    来源:www.newsijie.com    点击:
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国内动力电池三大技术发展现状

  2017年,国内动力电池行业大新闻不断,上汽切入动力电池板块,与国内第二大、全球第三大动力电池企业宁德时代联姻,成立动力电池系统公司;比亚迪将分拆动力电池部门,开放门户或向所有车企供货,这一举动或将改变全球市场格局。根据新思界产业研究中心发布的《2017-2021年中国动力电池行业市场调查研究报告》显示,国内电动汽车市场连续两年产销量居世界第一,累计推广超过100万辆,占全球市场保有量50%以上。电动汽车行业前景无限、发展迅猛,其关键在于动力电池技术水平的提高。

  一般情况下,动力电池分为铅酸电池、镍氢电池和锂电池等,由于锂电池的能量密度和性能具备比较优势,现已成为国内新能源汽车的主要选择。根据材料体系的不同,锂电池又分为不同的类型,主要包括磷酸铁锂电池、三元锂电池、锰酸锂电池等,不同类型的锂电池各方面性能和价格又各不相同,有着各自的优缺点。

  锂电材料技术

  锂电正负极材料体系非常丰富,目前,钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰锂等正极材料研究已趋于成熟。可用于动力电池的负极材料有石墨、硬/软碳以及合金材料。其中,钴酸锂材料比容量有200-210mA·h/g,其材料真密度和极片压实密度均是现有正极材料中最高的,商用钴酸锂/石墨体系的充电电压可提升4.40V,已经可满足智能手机和平板电脑对高体积能量密度软包电池的需求。另外,目前负极材料研发热点纳米硅可用于高容量负极,通过少量纳米硅掺杂来提升碳负极材料容量,添加少量纳米硅或硅氧化物的负极材料已开始进入小批量应用阶段,可逆容量达到450mA·h/g。但因锂嵌入硅后导致其体积膨胀,在实际使用时循环寿命会出现降低的问题有待进一步解决。

  锂离子电池电解液一般以高介电常数的环形碳酸酯与低介电常数的线性碳酸酯混合,目前的发展方向是进一步提高其工作电压和改善电池高低温性能,安全型离子液体电解液和固体电解质正在研制中;聚烯烃微孔膜是目前锂离子电池隔膜市场的主要品种,耐高温和高电压的隔膜将成为是未来的研发方向。

  单体电池技术

  单体的形状有圆柱、方形金属壳(铝/钢)和方形软包散装,圆柱电池原来主要用于笔记本电脑;方形电池一般容量较大,电芯通过卷饶、Z形叠片、卷绕+叠片、正极包膜叠片、叠片+卷绕等方式制作。车用电池组容量大,电池数量多,管理系统较为复杂和昂贵。方形电池中卷绕结构电池制作工艺较简单,但主要适合于软极片电池,采用除尖晶石正极材料外磷酸铁锂和三元材料的电池均可用此方法。可靠性高、寿命长的叠片式电池适应于各种材料体系,通用Volt插电式混合动力汽车和日产Leaf纯电动汽车的电池均采用叠片工艺制造。

  电池系统技术

  关键核心技术包括电池成组技术(集成电池配组、热管理、碰撞安全、电安全等)、电池管理系统(BMS)电磁兼容技术、信号的精确测量(如单体电压、电流等)技术、电池状态精确估计、电池均衡控制技术等。BMS及电池系统的其他关键核心部件包括传感器、控制器、执行器等部件基本上由汽车电子技术强国(德、日、美)垄断。电池电管理关键技术研发包括综合电池电化学模型、电气安全设计、电池状态估计、均衡管理、故障诊断与标定以及充电管理等方面。

  新思界化工行业分析人士表示,在未来相当长一段时间里,锂离子电池仍是最适用的电动汽车电池,锰酸锂正极材料、三元体系正极材料、磷酸铁锂正极材料、复合碳负极材料、陶瓷涂层隔膜、电解质盐及功能电解液技术的发展支撑了电池技术的进步和产业发展。电池系统技术在应用中进步,安全性和可靠性将在未来几年得到进一步提升。同时,动力电池系统应结合整车产品进行重新设计并根据未来车用动力电池的需求进行设计制造模式的升级,在动力电池基础材料、电池制造和系统技术全产业链上同时下功夫,提高产品质量,降低规模化生产成本,提升产业竞争力。

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