鉅大LARGE | 點擊量：870次 | 2019年03月19日
新能源汽車動力電池還會有革命性的突破么
去年國內車市不景氣，哀鴻遍野，滿地涼涼，一向成績優(yōu)秀的合資企業(yè)不少也是由漲轉跌。然而在這樣慘淡的大環(huán)境下，新能源汽車依舊逆勢大漲，產銷破百萬，成為市場最耀眼的明星。
新能源汽車的快速發(fā)展很大程度得益于動力電池性能的大幅提升。自2008年鋰離子動力電池應用于電動汽車已經10年，實際裝車產品的能量密度提高了2.5倍，實現了蓄電池領域百年來革命性的突破。對比2017年、2018年上市新能源車型的能量密度，短短一年間提升巨大，平均數從103.3Wh/kg增長到142.4Wh/kg。
性能提升推動動力電池價格大幅下降。過去十年間，日韓電池龍頭價格已從2010年的600-800美元/KWh降至目前150-200美元/kWh，國內龍頭廠商在2016年底也降至300美元/kWh左右，目前已進入到200-250美元/kWh。據報道，國內電池巨頭比亞迪電池成本可以做到0.9元/wh。
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，能量密度已經有了極大的提高，但是依然難以打消消費者的里程焦慮。毫無疑問，動力電池技術瓶頸在很長一段時間內，阻礙了新能源汽車產業(yè)化進程。那么，鋰離子電池密度究竟還能不能再提高了？新能源汽車電池還會有革命性的突破嗎？
想解答這個問題，首先得從電池的能量密度說起。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。電池的能量密度越大，單位體積、或重量內存儲的電量越多。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
對于電動汽車來說，電池的能量密度常常指向兩個不同的概念，一個是單體電芯的能量密度，一個是電池系統(tǒng)的能量密度。電芯是一個電池系統(tǒng)的最小單元。以軒逸純電為例，8個電芯組成一個模組，24個模組組成一個電池包，這是車用動力電池的基本結構。
單體電芯能量密度，顧名思義是單個電芯級別的能量密度。系統(tǒng)能量密度系統(tǒng)能量密度是指單體組合完成后的整個電池系統(tǒng)的電量比整個電池系統(tǒng)的重量或體積。因為電池系統(tǒng)內部包含電池管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)，高低壓回路等占據了電池系統(tǒng)的部分重量和內部空間，因此電池系統(tǒng)的能量密度都比單體能量密度低。
要提高動力電池包能量密度，一是提高成組效率，二是采用更高能量密度的電芯。成組技術可以通過改善電池包設計以及采用碳纖維的輕型材料，不過提升空間不大，只能看作是零敲碎打。
提高單體電芯能量密度才是解決問題的核心。限制鋰電池的能量密度提升的原因是電池背后的化學體系。一般而言，鋰電池分為五大部分：正、負電極，電解質，膈膜，外殼體。正負極是儲能放電的主戰(zhàn)場，所以絕大部分電池的研發(fā)都集中在正負極材料的擴展。
電池的能量密度受制于由電池的正負極。由于目前負極材料的能量密度遠大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。舉例來說，我們都知道以三元鋰為正極的電池包系統(tǒng)能量密度要高于以磷酸鐵鋰為正極的電池包系統(tǒng)。這是因為正極材料磷酸鐵鋰理論克容量只有160mAh/g，而三元材料鎳鈷錳（NCM）約為200mAh/g。
三元材料通指鎳鈷錳酸鋰氧化物大家族，我們可以通過改變鎳、鈷、錳這三種元素的比例來改變電池的性能。鎳的含量越高，意味著電芯的比容量就越高。目前公認的下一代811電池就是高鎳電池。
當然，電池負極材料也有很大提升空間。目前，用硅碳復合材料來提升電池能量密度的方式，已是業(yè)界公認的鋰離子電池負極材料發(fā)展方向之一。特斯拉發(fā)布的Model3就采用了硅碳負極。硅基負極材料的比容量可以達到4200mAh/g，遠高于石墨負極理論比容量的372mAh/g，因此成為石墨負極的有力替代者。
不過這種提升也是有天花板的，想要有突破性進展，還得在電池結構上另辟蹊徑。
基于上述思想，固態(tài)電池逐漸進入科學家視野。固態(tài)電池的原理與傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池相同，只不過其電解質為固態(tài)，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。
不僅如此，全固態(tài)鋰電池也具有極高的安全性，其固態(tài)電解質不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現象，搭載全固態(tài)鋰電池的汽車的自燃概率會大大降低。
固態(tài)鋰電池當前能量密度約400Wh/Kg，預估最大潛力值達900Wh/Kg，有超過100%的提升空間。固態(tài)鋰電池正是大眾期待的變革性產品。不過，全固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化估計在2025-2030年（再往后）才會真正實現，還需要業(yè)界持續(xù)的努力。
基本上可以這樣預測，鋰電池未來發(fā)展之路將經過以下階段：2020年前采用高鎳正極+準固態(tài)電解質+硅碳負極實現300Wh/Kg，2025年前采用富鋰正極+全固態(tài)電解質+硅碳/鋰金屬負極電池實現400Wh/Kg，2030年前燃料/鋰硫/空氣電池實現500Wh/Kg。
最后，必須要指出的是，電池的能量密度并不是越高越好，電池是一個綜合性產品，提高能量密度同時也會提升電池安全風險，必須綜合考慮。對于新能源汽車來說，續(xù)航也不會無限制的提升，隨著充電樁密集程度的提升，未來的主流續(xù)航里程將縮短到300公里左右。
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