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动力锂电池密度还能提高吗?减重和新电池研发皆可行

2015-07-31 08:57
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  目前,我国新能源汽车市场上的纯电动汽车搭载的动力电池,大多数为三元锂材料或磷酸铁锂材料电池。尽管相比铅酸和镍氢电池,能量密度已经有了极大的提高,但是依然难以破解消费者的里程焦虑困扰。毫无疑问,现阶段阻碍新能源汽车产业化的主要因素是动力电池技术瓶颈。但是,现阶段电池增容存在困难,减重是一条可行的办法。

  锂离子电池密度还能提高吗

  现在,无论是三元锂材料电池还是磷酸铁锂电池,基本由四大关键部分组成,即正极、负极、电解液和膜。一位不愿透露姓名的电池研究专家向记者表示,现在基于这四种组成部分的锂电池,再提高能量密度并做到产业化应用,可能性不大。事实上,2020年动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg,现在距离2020年还有5年时间,但可以产业化的下一代动力电池还没有浮出水面。

  上海市机动车检测中心副主任缪文泉认为,提高动力电池比能量的技术途径有很多:一是工艺进步,如今电池工艺设计已相对成熟,提高电池比能量的空间不大;二是材料性能的提升,受制于自身物化性能,以磷酸铁锂和三元锂为正极、碳材料为负极的锂离子动力电池在能量密度上很难有大的突破; 三是新材料、新体系,即开发高比能新材料、发展动力电池新体系是未来动力电池比能量大幅度提升的主要途径。“一项新技术从实验室走向应用,往往要经历很多年的时间。”缪文泉表示。他认为,2020 年并不是一个遥远的未来,目前还没有看到任何确定性的解决方案,能达成上述目标的新一代动力电池体系屈指可数。他透露,目前日韩正在研究胶体电池,这是一种没有电解液和隔膜的新型电池,有可能给电池带来质变,但是现在还没有产业化的消息。

  ■为电池减负是可行方式

  如果现阶段不能有效地提高电池能量密度,那么是不是可以考虑从给电池包整体减重的角度去提高能量密度呢?中国电池工业协会张旻昱博士告诉记者,这个思路完全可行。她表示,动力电池电池包中,电芯的重量一般占比在1/3~2/3之间,其余部分为电路板、壳体等配件。如果将这些配件的重量有效降低,同时维持现有电芯能量密度,电池包整体的能量密度会有一个明显的提高。

  在2010年前后,动力电池包因为安全等需要,往往采用金属外壳,电池包整体能量密度很低。后来更换高聚合物外壳后,能量密度有了大幅提高。张旻昱表示,电池包能量密度是一个系统问题,提高电芯能量密度是一个直接手段,但是做好电芯的布置,电路的规划,减轻壳体重量,为电池减负,也是提高电池能量密度的一个有效手段。

  在实际应用中,记者了解到北汽新能源EV200车型的电池箱下箱体使用铝合金材料,上盖采用复合材料,能够有效减重几十公斤。北汽新能源副总经理王可峰表示,通过降低电池整体重量,可以实现整车减重,是提升电池箱能量密度的一个有效手段。另外他表示,更换更轻材料一般都会导致电池成本的上涨,现在北汽新能源也在加紧这方面的研究,争取应用更轻更强成本更低的材料。

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