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中國電科團體肖成偉:動力電池技術近況及發展趨向
2020-09-08 | 編纂: | 【 】| | 供稿部分:計劃計謀與信息中心
    

  對動力電池而言,須要具有高的能量密度、功率密度、平安性、長的輪回壽命、疾速充電和低本錢等等請求。 

  94-6日,由中國汽車技術研討中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業協會和中國汽車報社配合主辦的第十六屆中國汽車家當發展(泰達)國際論壇盛大召開。96日,在以“動力電池競爭格式之變”爲主題的第一會場中,中國電子科技團體公司第十八研討所研討員肖成偉揭櫫了出色演講,申報《車用電池技術近況及發展趨向》,包含六個方面。 摘要以下。 

  1、新動力汽車的發展概略 

  汽車家當正進入百年未遇的大變更時期,汽車家當電動化轉型正在加快。世界重要汽車強國,像美國、歐盟、德國和日本等這些國度和地域均宣布了新動力汽車相幹的發展計謀和目的。很多國度和地域宣布了燃油車禁售的時光表,一些汽車企業宣布了傳統燃油車停售的時光和相幹的停售籌劃。 

  國際動力署宣布的《2019全球電動汽車瞻望》中,預期到2030年,全球新動力汽車保有量將到達2.5億輛閣下。中國政府宣布《新動力汽車家當發展計劃》中,到2025年,新動力汽車新車銷量占比將到達20%以上。 

  在中國政府的鼎力支撐下,中國新動力汽車家當獲得了疾速的發展。截至2019年,新動力汽車保有量到達419萬輛。2019年,新動力汽車銷量到達了120.6萬輛,占2019年汽車總銷量的比例到達了4.68%。從2015年起,中國新動力汽車銷量占全球新動力汽車總銷量的比例均跨越了50% 

  中國2020-2035年的新動力汽車市場目的。2025年,新動力汽車年銷量將到達500萬輛,2030年到達1500萬輛,2035年到達2000萬輛。本年受疫情的影響,新動力汽車的銷量估計在100萬輛閣下的程度,較2019年有所下滑,但到2020歲尾,總的保有量到達500萬輛的國度目的如今看來完成是沒有成績的。 

  2、動力電池國際外的計劃情形 

  動力電池作爲新動力汽車的焦點部件,是汽車家當電動化轉型的癥結支持,也是汽車家當轉型國際競爭的必爭之地,相幹汽車強國均制訂了動力電池相幹的發展計劃。 

  花費者對新動力汽車有哪些希冀呢?他願望新動力汽車的續駛裏程要長,應用壽命要長,平安靠得住性要高,充電時光要短等等,新動力汽車的機能就能夠跟慣例的燃油車相媲美。對動力電池而言,須要具有高的能量密度、功率密度、平安性、長的輪回壽命、疾速充電和低本錢等等請求。 

  從今朝適用化的電池系統來看,锂離子電池可以比擬好地知足化新動力汽車對動力電池的機能目標的一些相幹請求。 

  從國外的一些國度和地域電池的發展計劃來看,像歐盟、日本、美國、德國制訂了國度級動力電池計劃,從這些計劃我們可以看到重要觸及到三個層面的內容:第一是適用化的锂離子電池,第二是高機能化的锂離子電池,第三就是新系統電池。國外的計劃根本上觸及到這三個條理的內容。異樣,中國新動力汽車相幹計劃觸及到動力電池的內容也包含了上述的三個條理。像適用化的锂離子電池,能量密度要做到300瓦時/千克,高機能化的锂離子電池能量密度要做到400瓦時/千克,新系統電池能量密度要做到500瓦時/千克。 

  如今正在制訂2.0版的節能與新動力汽車技術道路圖,2.0版的技術道路圖包含一個總道路圖和九個分道路圖,動力電池是個中一個異常癥結的分道路圖。 

  2.0版的動力電池分道路圖跟1.0版有甚麽差別呢?從技術偏向和運用的範疇我們可以看一下,1.0版電池分爲能量型和能量功率統籌型兩類,運用于乘用車的市場。而2.0版電池的品種停止了一個擴大,觸及到能量型、能量功率統籌型和功率型三大技術種別,同時它的運用範疇也停止了擴大,包含乘用車和商用車這兩大運用範疇都在內,完成了動力電池家當鏈的全籠罩,包含癥結資料、動力電池、電池體系集成、新系統電池、測試評價、臨盆配備、資本收受接管和梯級應用。 

  3、動力電池的技術停頓和相幹發展趨向 

  在國度四個五年籌劃的鼎力支撐下,動力電池及其癥結資料技術有了長足的提高。動力電池能量密度逐年在晉升,高比能的動力電池是國度重點支撐的研討偏向。 

  再看一下在國度的支撐下,哪些資料系統的電池完成了家當化。以後完成家當化的電池系統負極重要是以石墨爲主,隔閡以外面改性的聚乙烯和聚丙烯爲主。電解質鹽是采取六氟磷酸锂,正極重要包含磷酸鐵锂、錳酸锂和三元資料。個中磷酸鐵锂電池的能量密度根本上做到170-190瓦時/千克的程度。錳酸锂平日與三元資料混雜,它的本錢會比擬低一些,電池的能量密度大致在180瓦時/千克的程度,重要運用于物流車的市場。三元資料電池中,高鎳資料電池的能量密度最高,523中鎳資料電池絕對高鎳而言平安性更好一些,本錢也更低一些,今朝這類電池在乘用車範疇配套量是最大的。 

  磷酸鐵锂,它的平安性好、輪回壽命長,今朝是大巴車範疇的首選産品,配套量最大。國際重要電池企業像比亞迪、高雄時期等等都開辟了大容量的鐵锂電池産品,並完成了範圍化配套。 

  三元高比能電池的能量密度到達了230±30瓦時/千克的程度。因為能量密度高,重要運用在乘用車市場和範疇裏,完成了範圍化的運用。電池的封裝情勢,像圓柱形的、方形的軟包電池都完成了比擬好的運用。 

  今朝锂離子電池的快充技術獲得了明顯停頓,在大巴車範疇完成了運用,開辟的快充電池能量密度到達了120瓦時/千克,可以在15分鍾內將電池的容量充到80%,也就是說它的充電才能可以到達4C的技術程度。 

  從動力電池全部配套的情形來看,三元資料锂電池2019年的市場份額到達了65%,磷酸鐵锂的市場份額是32%,乘用車是動力電池重要的運用範疇。從電池體系的目標來看,電池體系能量密度2018年廣泛到達了120瓦時/千克以上,2019年廣泛到達了140瓦時/千克以上。 

  從電池發展的趨向來看,中期,經由過程在高電壓電解液、薄型的塗層隔閡、硅碳負極和高鎳正極、負锂正極和高電壓正極等等方面展開研討任務,磷酸鐵锂的能量密度可以到達200-220瓦時/千克的程度,磷酸鐵锂的能量密度還可以在如今的基本上做進一步晉升。高鎳資料電池的能量密度可以做到300瓦時/千克,負锂資料電池的能量密度可以做到400瓦時/千克,同時固液混雜電解質的锂離子電池也是重點發展的偏向。 

  像高雄時期、台灣力神、新竹國軒等等這些電池企業采取高鎳的三元正極和硅碳負極開辟了300瓦時/千克的軟包裝電池,獲得了比擬好的技術停頓。比亞迪采取高鎳三元和石墨負極開辟了270瓦時/千克的方形電池,也獲得了比擬好的技術停頓。力神和孚能采取高鎳三元正極和石墨負極,開辟了290瓦時/千克的軟包裝電池,展現了優越的輪回機能。台灣大學研制出比容量到達400毫安時/克的新型負锂錳基的正極資料和高比容量的硅碳負極資料,爲400瓦時/千克的新型高比能電池的研討奠基了比擬好的基本。 

  固液混雜電解質的锂離子電池在輪回壽命和平安性方面展現了較好的技術停頓,1000次輪回容量堅持率如今可以做到90%以上,經由過程了針刺、短路、擠壓、過充、過放和熱沖擊等等平安性測試項目。 

  從歷久來看,重要照樣要展開新系統電池的基本性研討任務,包含锂空氣、锂硫、全固態電池等新系統電池的研討。今朝試驗室階段,锂空氣電池能量密度可以做到700瓦時/千克,锂硫電池的能量密度可以做到500瓦時/千克,固態電池的能量密度可以做到300瓦時/千克。下一步,須要進一步晉升它們的輪回機能、倍任性能,包含體積能量密度等技術相幹方面的研討內容。 

  今朝,動力電池重要在國際有四大家當會聚區,包含珠三角、長三角、京津和華夏地域,構成了較爲完美的家當鏈,動力電池的配套量逐年在晉升。2019年動力電池的配套量到達了62.6GWh。從電池企業的數目來看,2019年由巔峰時的144家下降爲80家閣下的程度,今朝全部電池行業的産能範圍跨越了4000億瓦時,然則優良産能和優良産品如今還處于一個求過於供的局勢。 

  4、電池的平安性技術 

  隨著新動力汽車保有量賡續增加,著火等平安變亂出現多發的態勢。從初步統計的成果來看,充電過程當中和無變亂,這類無變亂指的是無任何症狀下新動力汽車產生平安變亂,這兩類是新動力汽車平安變亂的重要緣由。 

  在無變亂症狀情形下產生平安變亂的比例高,經由過程後面的統計數據,我們可以看到是如許一個情形,須要我們從動力電池全鏈條的角度來停止平安風險的掌握,包含資料、電芯制作、體系集成、現實應用、測實驗證和平安監控。 

  我們經由過程智能制作,來晉升動力電池的品德,包含它的分歧性、平安靠得住性和平安性等等。我們也要從電池資料,電池體系,三個條理來增強全性命周期、全工況前提下平安靠得住性的測實驗證任務。還要從電池級、企業級、國度級三級平安監控網絡展開平安監控任務,經由過程大數據剖析,發明潛伏的平安風險,並提出預警計劃,實時采用辦法,好比像改換電池,電池治理體系參數阈值的一些調劑等等,這些方面我們也要做大批任務。 

  5、以後幾個電池技術立異的熱門 

  這是比亞迪開辟的刀片電池技術,經由過程刀片電池技術進步了電極外部的體積應用率和電池體系的體積應用率。高雄時期開辟的CTP技術、台灣捷威開辟的大模組技術,這些技術進步了電池體系的體積應用率,從而也進步了電池體系的能量密度。就是說我們在必定的體積空間內可以多裝一些電池,在體積應用率進步的情形下,我們可以把電池的能量密度做進一步晉升。 

  固然我們在CTP和大模組技術方面,還須要在以下幾方面增強研討任務:第一是增強長模組、熱分散的考察驗證任務。二是晉升CTP,或許說大模組外面電池的單體維修和改換的方便性,這方面也要做比擬多的任務。第三是我們要研討車型適配的普遍性,對CTP和大模組技術停止比擬好的拓展運用。 

  無钴電池可以下降對钴元素的依附度,未來無望下降電池的制作本錢。蜂巢開辟的無钴電池能量密度曾經到達了240瓦時/千克,綜合機能看起來照樣比擬不錯的。 

  針對平安變亂頻發的態勢,電池體系熱分散測試辦法和它的響應測試規程如今照樣急需展開深刻的研討任務,若何完成熱掉控觸發的可反復性和熱分散試驗的可反復性,今朝是世界級的困難,整車企業和電池企業對這方面的內容異常存眷,在人力、物力、財力方面投入是很大的,如今也在展開比擬深刻的研討任務。 

  隨著新動力汽車保有量的疾速增加,新動力汽車應用年限到期後,須要展開服役電池的梯級應用和資本收受接管。從今朝的情形來看,磷酸鐵锂重要是停止梯級應用,資本收受接管的價值照樣比擬低的,三元電池重要停止資本收受接管,如今梯級應用的還比擬少。隨著動力電池制作程度的晉升和服役電池數目的增大,兩類電池的梯級應用和資本收受接管技術和經濟性都可以完成,從而完成動力電池全性命周期的可連續輪回發展。 

  6、動力電池行業須要看重的幾個成績 

  第一個,我們必定要把平安性放在首位,包含從設計的角度,從考察驗證的角度,從運用的角度,我們把平安性要放在首位,去做一個比擬充足的斟酌。第二是經由過程數字化工場的應用,來進步動力電池的臨盆效力和産品的品德,CPK值我們力爭要到達2.0以上。第三個是晉升電池體系的設計開辟的才能和程度,像電池的熱治理技術、熱分散的防控技術和電池體系高電壓技術,我們都要做響應的技術開辟。第四個是晉升電池和電池體系的尺度化程度,來增強特別是動力電池體系的全性命周期的考察和驗證。在這個驗證外面,是以平安靠得住性作爲重點,同時在輪回經久和情況順應性方面也要增強。最初一點,是增強新資料和新系統電池的基本研討任務,像固態電池、锂硫電池、锂空氣電池,從基本研討方面要展開深刻的任務。

 

  編纂:計劃計謀與信息中心 藏書樓 

  信息起源:https//www.china5e.com/news/news-1099266-1.html 

 
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