动力电池350时代更有利于电动汽车的普及

2021-07-19 08:55:39

一味地强调动力电池的能量密度,忽视安全则有失偏颇。如果动力电池的能量密度不能突破瓶颈,电动汽车的使用窘境也难改变。研发出安全可靠,能量密度高的动力电池,成为大家的共同目标。

2016年,中国汽车动力电池产业创新联盟成立,工信部随即下达了研发高比能量密度电池的任务。联盟联合各大高校与科研机构,大家共同努力,终于取得了成果。4月30日,中国汽车动力电池产业创新联盟2021年年度会议在北京召开,国联研究院创新事业部总经理王建涛向大家介绍了350Wh/Kg锂电池成果。“随着350Wh/Kg锂电池被广泛推广,动力电池将迎来锂电350时代。”

2016年以来,创新中心高能量密度动力电池的研发工作稳步前进,从最初的260Wh/Kg到280Wh/Kg,再到300Wh/Kg,到如今350Wh/Kg的动力电池取得了成果,一步一个脚印。据介绍,350Wh/Kg的电池容量达到80Ah,循环500周后容量保持率大于90%,3C放电倍率大于97%,-40℃容量保持率大于85%,而在安全方面,350Wh/Kg锂电池满足法规性检测要求。

“300Wh/Kg锂电池正极材料具有高比容高热稳定的特点。” 王建涛表示 。据介绍,正极材料采用了高温固相合成、表面掺杂、组分梯度的设计和工艺技术,开发了不同镍含量的系列三元材料,并且实现了工程化制备,已经完成2000吨试产和客户批量验证。“通过技术授权转让,形成了材料设计,产品设计和制造设计的技术体系。在四川建立了年产4000吨的示范生产线。”

针对高比容量高镍三元正极材料稳定性差的这个难题,创新中心开展了“基体掺杂+表面包覆改性”研究,改善其微观结构和表面稳定性,提升材料的释氧分解温度和循环稳定性。“通过一系列改进,我们取得了210mAh/g材料的稳定性试制。” 王建涛说。

关键材料研发取得进展是350Wh/Kg锂电池取得成果的重要因素。创新中心的研究人员发展了不同Li2MO3组分的系列富锰材料及工程化技术,230~260mAh/g富锰材料实现工程化稳定试制,基本上解决了这种材料在新型锂离子电池设计应用中的关键技术,并初步完成客户验证。“富锰材料相比高镍材料的BOM成本降低约30%。联合产学研各方力量正在开发比容量300Ah/g的富锂锰基材料,有望将锂离子电池比能量提升至400Wh/Kg以上。” 王建涛说。

动力电池的负极也非常关键。350Wh/Kg锂电池负极采用机械纳米化和熔盐电解法两种技术路线,开发了纳米硅碳复合、原位生长、表面包覆技术 ,并且发展了多维纳米硅材料,碳载纳米硅以及纳米硅碳复合材料等系列新材料。“这些新材料新技术都是实现了工程化的工艺技术。高比容量负极材料已被申请了50多项专利。”王建涛表示。

高低温性能是动力电池的重要指标,350Wh/Kg锂电池的低温性能也很出色,工作温度从-20℃扩展至-40℃,在-40℃温度时,1C放电容量为常温25℃时1C放电容量的89.36%。在45℃时循环性能可以达到700周。“我们开发了低温溶剂体系+低温抗成膜添加剂的低温电解液技术,使得350Wh/Kg锂电池的低温性能表现良好。” 王建涛说。

如果不计成本,动力电池的许多性能指标会亮瞎人们的眼睛,但是商业化的动力电池必须考虑成本因素。350Wh/Kg锂电池的成本优势也很明显,电池容量72Ah的电池,能量密度达到354Wh/Kg,BOM成本比高镍体系降低14%。350Wh/Kg锂电池推广开之后,更有利于电动汽车的普及。

创新中心作为我国动力电池创新平台,并不满足于现有的成果,也在着手研发高比能量、高安全的全固态电池。目前,创新中心联合加拿大西安大略大学、加拿大固态电池公司,在国际上率先开发出高离子导卤化物基固体电解质。王建涛说:“我们将坚持固态电池的研究,目前的工作重点是完善350Wh/Kg锂电池的系列工作,让这项科研成果早日惠及广大消费者。动力电池进入350时代,里程焦虑、充电难题都将有所缓解。”

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