葉幫彬

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淺析新能源汽車動力電池研發(fā)方向

葉幫彬

（四川希望汽車技師學(xué)院，四川 資陽 641300）

新能源汽車的發(fā)展是一個系統(tǒng)工程，包括整車的正向研發(fā)、“三電”核心技術(shù)、輕量化、智能化等很多方面，但是最基礎(chǔ)和最重要的應(yīng)該是電池技術(shù)的突破，它是破解電動汽車里程焦慮、成本過高、性能提升等諸多難題的關(guān)鍵要素。文章主要介紹了動力電池電芯技術(shù)的革新和固態(tài)電池的研發(fā)方向。未來的五年內(nèi)，也就是到2023年左右，動力電芯產(chǎn)品的研發(fā)和落地，以及工藝研究方面到底能進展到多大的幅度，值得仔細研究。

動力電池；電池電芯；NCM；固態(tài)電池

1 動力電池電芯技術(shù)的革新

從中國新能源汽車推廣示范開始，逐漸形成了磷酸鐵鋰的主體地位，從2010-2015年，三元鋰則是后來居上。2015年的新能源汽車市場中，三元鋰和磷酸鐵鋰電池的配套占比還是“三七開”，2018上半年三元鋰已開始反超。

動力電池從磷酸鐵鋰往三元鋰路線的轉(zhuǎn)移并不是一蹴而就，如圖1所示，在國內(nèi)快速轉(zhuǎn)化之前，國外電池企業(yè)已經(jīng)在電芯化學(xué)體系上做了一些變革。之所以給我們“忽如一夜春風(fēng)來”的感覺，主要還是我們在磷酸鐵鋰的路線上堅持了比較長的時間。

目前國內(nèi)三元材料動力電池體系均為鎳鈷錳酸鋰（NCM）。鎳具有提高材料能量密度的作用，根據(jù)三種過渡金屬離子占比不同，分為低鎳的NCM424、NCM333、NCM523和高鎳的NCM622、NCM811等材料。其產(chǎn)業(yè)化進程主要是從低鎳的NCM333、523等向高鎳的622、811 方向發(fā)展。對于整車而言，動力電池有四大關(guān)鍵問題需要重點突破：

（1）電芯價格：隨著新能源汽車補貼不斷退坡，未來的電池價格需要繼續(xù)往下降。分階段來說，在2021年初，電芯價格需要往下探到0.7元/Wh，約100美金/kWh；到2023年進一步降低到6毛/Wh，約80美金/kWh。

（2）電芯壽命：現(xiàn)有NCM523體系的壽命大概是8到10年左右，重度使用的話耗損更快，預(yù)期是把壽命延長到10年。

圖1 國外典型企業(yè)的電芯化學(xué)體系路徑演進

（3）電芯安全：提高電芯的安全性，改良的做法是逐步優(yōu)化電解液配方、隔膜等關(guān)鍵因素，需要更源頭化的安全機制。

（4）電芯能量密度：補貼政策每年都會給電池能量密度刻畫新的基準線，國家也定下了《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年實現(xiàn)電池單體能量密度300Wh/kg。

表1 現(xiàn)有鋰電技與下一代鋰電技對比分析表

我們重點探討一下電池比能量對電動汽車發(fā)展的影響。目前主要的純電動汽車平臺規(guī)劃可以分為以下幾個檔次。電池裝載量普遍會從40kWh開始，想要獲取更長續(xù)航里程光增加電池是不夠的，電池本身的體積和重量都大，堆積得越多，反而會導(dǎo)致能耗增加續(xù)航減少。

表2 不同車型的電池能量及對應(yīng)續(xù)航比較

目前主流的電池系統(tǒng)能量密度在140kWh/kg-160kWh/kg之間，續(xù)航里程設(shè)計已經(jīng)普遍達到350-400Km。國內(nèi)高端電動車型的規(guī)劃是在2020年左右，通過電芯設(shè)計的優(yōu)化，往上把續(xù)航里程提高到500Km。目前來看國外的大眾MEB平臺、寶馬的iNext系列和奔馳的EQ系列都是規(guī)劃了不同的能量密度，通過控制總的電池裝載量來選擇。根據(jù)制造層面環(huán)境控制的要求，短期內(nèi)也有個產(chǎn)線改造的過程。圓柱型動力電池已率先實現(xiàn)高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)，方形、軟包電池突破在即，預(yù)計2019年行業(yè)將迎來高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)的普遍性突破。

2 固態(tài)電池應(yīng)用還有多遠

從主流電池供應(yīng)商的反饋來說，未來五年的電芯層面的技術(shù)研發(fā)可能較快，但是為了符合車輛的要求，實際應(yīng)用的迭代速度其實并沒有我們想象的更快。因此有部分汽車企業(yè)已經(jīng)在嘗試固態(tài)電池，以跨越式的路徑來解決問題。

前段時間，大眾宣布向QuantumScape投資約1億美元，目標是在2025年研發(fā)并擁有可量產(chǎn)的固態(tài)電池。大眾從很多年前開始關(guān)注QuantumScape，2014年12月已持有后者5%的股權(quán)，如今的1億美元為新增投資，這也說明大眾對于后者的技術(shù)實現(xiàn)可能性較為確定。在日本電池制造商及本田、日產(chǎn)和豐田三大主要汽車制造商將聯(lián)合研發(fā)固態(tài)鋰離子電池。但是根據(jù)企業(yè)的表態(tài)來看，時間節(jié)點要在2025年后。

日產(chǎn)研究與先進工程高級副總裁Takao Asami接受采訪說，2025年前，固態(tài)電池技術(shù)還沒完善到用于電動汽車中，障礙包括成本和生產(chǎn)難度等，現(xiàn)在基本上都還處于初始研究階段。這也說明，固態(tài)電池在研發(fā)層面需要在內(nèi)部和外部創(chuàng)新公司共同解決，短期內(nèi)無法派上用處。

3 結(jié)束語

近五年的動力電池電芯技術(shù)每年都有一些逐步的提升，但考慮到要支撐整個電動汽車的快速普及，電芯層面的創(chuàng)新速度可能不及我們的預(yù)期。汽車動力電池是一個系統(tǒng)工程，滿足比能量要求只是條件之一，其他性能（充放電倍率、功率、壽命、安全性等）也至關(guān)重要。在實現(xiàn)高比能量的目標的基礎(chǔ)上，綜合發(fā)展、提高其他各項性能指標，還需要投入更多的時間和精力。

[1] 史利民.我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].電器工業(yè).

[2] 楊帆,孔方方.國內(nèi)外新能源汽車動力電池發(fā)展及供求現(xiàn)狀[J].上海汽車.

[3] 鄭香偉.新能源汽車動力電池應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟.

[4] 郭強,鄭燕萍，孫偉明.新能源汽車動力電池關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].山東工業(yè)技術(shù).

Research and development direction of new energy vehicle power battery

Ye Bangbin

（Sichuan Hope Automobile Institute, Sichuan Ziyang 641300）

The development of new-energy vehicles is a systematic project, including the forward development of vehicles, the core technology of "three electric power", lightweight, intelligent and many other aspects, but the most basic and most important should be the breakthrough of battery technology. It is the key factor to solve the problems such as mileage anxiety, high cost, and performance improvement of electric vehicles. This paper mainly introduces the innovation of power cell core technology and research and development direction of solid state battery. In the next five years, that is, around 2023, the development and landing of power core products, and how much progress can be made in process research, it is worth our careful study.

power battery; battery cell; NCM; solid state battery

U469.7

B

1671-7988(2018)20-33-02

葉幫彬，就職于四川希望汽車技師學(xué)院。

U469.7

B

1671-7988(2018)20-33-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.011