探讨软包动力锂电池的技术发展趋势

来源:【拓尔德TRD】 发布日期:2022-10-24 分享 加入收藏 关注:317

未来新能源汽车的发展趋势是电动化、智能化、网联化、轻量化、共享化,这五化对动力锂电池肯定会提出更高的要求,未来的动力锂电池是怎么样的?


这是目前动力锂电池的应用现状,目前在一些低速车、轿车启停电源重要用铅酸电池。铅酸电池便宜,但能量密度很低。镍氢电池重要用于日系混合动力车和储能上,因为镍氢电池的能量密度比铅酸高一点,价格相关于锂离子电池便宜一点。随着新能源汽车的发展,对动力锂电池的能量密度以及寿命要求更高,所以锂离子电池目前是主流的动力锂电池,广泛应用于HEV、PHEV、BEV、FCV等方面。


这是我们国家的三个发展部门对锂离子电池提出的发展规划,从三个规划中,高能量密度电池是未来的发展方向,都要求在2020年电池的能量密度达到300Wh/Kg,力争实现350Wh/Kg,对成本以及电池系统的能量密度也提出了更高的要求,这里我就不一一讲述了,大家在以前也看到过很多。


这是2018年国家的补贴政策,这些大家应该很了解,我只是对2018年的补贴政策做了总结。第一,续航里程方面,续航越长补贴越多;第二,激励车企研发续航里程更高的车型,续航里程低于150公里的车取消补贴;第三,电池系统能量密度要求更高,因为续航里程要求更高。


在锂电产业,中日韩三足鼎立,在电池能量密度、成本方面展开技术竞争。韩国公司已经在我国大规模的扩产,表中统计了日韩公司高能量密度电池研究进展,目前日本、韩国电池的能量密度目前是在250Wh/Kg以上,跟国内的水平相当,中日韩在2020年实现300Wh/Kg的目标也是一致的。目前的研发水平处于同一水平上,但安全性研究上要加强。LG在今年年初说要发行一款NCM811体系的电池,但目前已推迟量产。


要提高单体电池的能量密度要发展新的电化学体系,2017年170~220Wh/kg电化学体系是锰酸锂、磷酸铁锂、中镍三元、锰酸锂掺杂中镍三元对石墨体系,2018年240~260Wh/kg电化学体系是中高镍三元、锰酸锂掺杂中高镍三元对硅碳或硅氧负极,2020年300Wh/kg以上的电化学体系要采用高镍、富锂锰基正极、高电压锰酸锂对硅碳或硅氧负极。


应大规模储能和电动汽车快速发展需求,高比能量、高功率、长寿命和低成本关键材料及其制备技术是锂离子电池发展的重要方向,能量密度、寿命、成本、安全性各方面指标要统筹兼顾到。高比能是锂电行业不懈追求的目标。2016年、2022年和2025年,这些指标都在大幅度地提高,以后我们也不用担心动力锂电池的能量密度、寿命、安全性等。


目前动力锂电池较为成熟的有三种封装方式,软包、方形、圆柱。三种封装形式的电池各有优缺点,三者比较,软包电池,比容量高、安全性好、循环寿命长,内阻小,设计灵活,但是一致性较差,成本较高,容易发生漏液。由于前几年软包锂离子电池设备的自动化程度不高,从而会使得一致性较差点,但目前国内外设备公司加大了研发投入。桑顿新能源公司三厂目前锂离子电池产线设备自动化程度达到90%以上,一致性得到比较好的解决,软包电池会是未来发展的趋势。


第二部分介绍下软包电池技术特性。在相同容量下,软包电池的重量和体积最小;在相同的体积下,软包电池的容量最高。在其他条件相同的情况下,较铝壳和圆柱,软包电池的体积能量密度和质量能力密度最高。目前我们的数据是来自于高工锂电。


目前,重要从电芯设计、模组、Pack轻量化方面进一步提升电池系统能量密度。2017年开始,国内主流的电池厂加大了三元布局,现如今高镍高压三元和硅碳是主流的技术路线。从200-280,变正极,从低镍到高镍,或者低压到高压;280-300,变负极,由石墨到硅碳;300-350,三元变富锂锰基;350以上,要么变电解质,由液态变固态,或者更换锂离子电池体系,发展锂硫电池或全固态电池。


Pack轻量化,可以在很多方面做工作。可以使用一些轻量化的材料,可以优化一些设计,采用CAE的辅助,提前做一些仿真。电芯方面,可以选择一些能量密度高、电池尺寸标准化的电芯,像100302这款电芯既符合国标又符合VDA的尺寸,也可以在箱体、模组方面进行一些设计优化。另外在制造工程、结构设计方面也可以做一些优化。Pack轻量化也是未来的趋势。


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