【三元鋰離子動力電池目前已經(jīng)看到能量密度的“天花板”了】

導(dǎo)讀：三元鋰離子動力電池目前已經(jīng)看到能量密度的“天花板”了，高鎳材料、碳硅負(fù)極的鋰電池單體能量密度最高應(yīng)該在300Wh／kg左右，正負(fù)不超過20Wh／kg。

圖片來自“123rf”

三元鋰離子動力電池目前已經(jīng)看到能量密度的“天花板”了，高鎳材料、碳硅負(fù)極的鋰電池單體能量密度最高應(yīng)該在300Wh／kg左右，正負(fù)不超過20Wh／kg。

——國家“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體專家組專家肖成偉。

按照國家動力電池技術(shù)路線圖的規(guī)劃，2020年鋰離子電池的單體能量密度目標(biāo)為350Wh／kg，從目前的動力電池技術(shù)來看，肖成偉認(rèn)為這一目標(biāo)可能無法達(dá)到。

而現(xiàn)在距離2020年還有2年時間，可以產(chǎn)業(yè)化的下一代動力電池也并沒有浮出水面。

目前，我國新能源汽車市場上的純電動汽車所搭載的動力電池，大多數(shù)為三元鋰材料和磷酸鐵鋰材料電池。盡管相比鉛酸和鎳氫電池，能量密度已經(jīng)有了極大的提高，但是依然難以打消消費(fèi)者的里程焦慮困擾。

毫無疑問，動力電池技術(shù)瓶頸在很長一段時間內(nèi)，阻礙了新能源汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

那么，鋰離子電池密度究竟還能不能再提高了？

無論是三元鋰材料電池還是磷酸鐵鋰電池，基本都由四大關(guān)鍵部分組成，即正極、負(fù)極、電解液和膜?，F(xiàn)在基于這四種組成部分的鋰電池，再提高能量密度并做到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，可能性不大。

一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用，往往要經(jīng)歷很多年的時間。

上海市機(jī)動車檢測中心副主任繆文泉認(rèn)為，2020年并不是一個遙遠(yuǎn)的未來，目前還沒有看到任何確定性的解決方案，可能達(dá)成上述目標(biāo)的新一代動力電池體系也屈指可數(shù)。

那么動力電池達(dá)不到技術(shù)路線規(guī)劃的目標(biāo)，我國新能源汽車發(fā)展的進(jìn)程會不會受阻？

當(dāng)然不會！

因?yàn)橛绊憚恿﹄姵匦阅艿牟粌H僅是比能量密度一個指標(biāo)，還有動力電池的比功率密度、安全性、一致性、循環(huán)壽命等多種因素，在眾多指標(biāo)和成本之間找到一個產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的平衡點(diǎn)，才是支撐新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵。

此外，目前日韓正在研究膠體電池，這是一種沒有電解液和隔膜的新型電池，有可能給電池帶來質(zhì)變，但是現(xiàn)在還沒有產(chǎn)業(yè)化的消息。

在繆文泉看來，提高動力電池比能量的技術(shù)途徑有很多：

一是工藝進(jìn)步，但如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對成熟，提高電池比能量的空間不大；

二是材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動力電池在能量密度上很難有大的突破；

三是新材料、新體系，即開發(fā)高比能新材料、發(fā)展動力電池新體系是未來動力電池比能量大幅度提升的主要途徑。

如果不能有效地提高電池能量密度，那么是不是可以考慮從給電池包整體減重的角度去提高能量密度呢？

中國電池工業(yè)協(xié)會張旻昱博士告訴《電動公會》，這個思路完全可行。她表示，動力電池電池包中，電芯的重量一般在1／3－2／3之間，其余部分為電路板、殼體等配件。如果將這些配件的重量有效降低，同時維持現(xiàn)有電芯能量密度的情況下，電池包整體的能量密度會有一個明顯的提高。

在2010年左右，動力電池包因?yàn)榘踩刃枰?，往往采用金屬外殼，電池包整體能量密度很低。后來在更換高聚合物外殼后，能量密度就有了一個大幅的提高。

電池包能量密度是一個系統(tǒng)問題，提高電芯能量密度是一個直接手段，但是如果做好電芯的布置，電路的規(guī)劃，減輕殼體重量，為電池減負(fù)，也是提高電池能量密度的一個有效手段。

在實(shí)際應(yīng)用中，《電動公會》了解到北汽新能源EV200車型的電池箱下箱體使用鋁合金材料，上蓋采用復(fù)合材料，能夠有效減重幾十公斤。

北汽新能源副總經(jīng)理王可峰表示，通過降低電池箱整體重量，可以實(shí)現(xiàn)整車減重，是提升電池箱能量密度的一個有效手段。另外他表示，更換更輕材料一般都會導(dǎo)致電池成本的上漲，現(xiàn)在北汽新能源也在加緊這方面的研究，爭取應(yīng)用更輕更強(qiáng)成本更低的材料。

目前來看，各大電池企業(yè)為達(dá)成350Wh／kg的目標(biāo)，不僅需要研發(fā)新電池，還要對電池包進(jìn)行減重，兩者要并行。

動力電池因?yàn)檠b配在汽車之上，需要經(jīng)過各種工況的測試，要保證一定的結(jié)構(gòu)安全。將鋼殼換成碳纖維殼或其他材料的外殼，只要能保證強(qiáng)度要求，完全可行。

另外，電池包另一項(xiàng)重要指標(biāo)是散熱與均熱能力。如果電池組局部過熱，會導(dǎo)致電池內(nèi)阻不一致，電芯放電容量下降，那些放電不充分的電芯從某種意義上說，為電池包增了重。

雖然電池包能量密度達(dá)到350Wh／kg，光靠為電池減重可能是無法達(dá)到的，但是動力電池作為一個系統(tǒng)，這方面的作用不能忽視。國內(nèi)企業(yè)比較缺乏基礎(chǔ)性研究，過度追求高比能量電芯，這是錯誤的，應(yīng)該均衡發(fā)展，在研發(fā)新型材料電池的同時，重視對現(xiàn)有電池體系的減重。