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    新能源日渐走俏,汽车动力电池知多少

    发布日期:2018-11-17 作者: 点击:

    新能源日渐走俏,汽车动力电池知多少


    经过2017一年的酝酿,再加上将会在今年4月1日正式实施的双积分政策助力,2018年的新能源汽车市场注定厮杀惨烈。

    当然了,繁荣的景象掩盖不了新能源汽车所面临的阶段性问题,最大的问题便是动力电池的续航以及充电问题,这也是目前制约新能源汽车销售的主因。某种程度上讲,我们谈论新能源汽车,本质上就是在谈论电池。新年伊始,我们就来全方位的聊一?#21335;?#38454;段的动力电池。

    1 我们该把电池摆在怎样的高度? 

    同内燃机在传统能源汽车上的作用一样,电池是新能源汽车的动力源,其重要意义不言而喻。

    在纯电动汽车上,电池除了提供动力来源外,电空调、电刹车、电转向三小电系?#36710;?#20063;全部由动力电池来供应能源。

    在?#26432;?#26041;面,现阶段,电池?#26432;?#21344;比达到了整车的 30%-40%,是三大电系统(电池、电控、电机)中占比最高的部分。作为对比,传统能源汽车上的发动机大概占整车?#26432;?5%左右。综合来看,电池是决定电动汽车续航、价格、驾乘?#20998;?#30340;关键所在,每一点都是影响消费者购买意愿的重要因素。

    2 动力电池的种类以及优缺点

    不同电动车的续航、价格以及充电时间不同,其中很重要的一个原因就是车辆的动力电池种类不同。至于种类是如?#20301;?#20998;的,各自种类有什么特点,稍后再说,我们先来?#32431;?#36710;辆动力电池的组成。

    动力电池常被称作是电池包,本质上来说,电池包就是靠一个个单个的电池芯组成的。首先,一定数量的电池芯会被组?#31995;?#19968;起形成电池模组,然后多个电池模组再被组?#31995;?#19968;起形成电池包。这样的组成形式有利于对电池进行统一管理与监控,同?#26412;?#26377;不错的安全性。

    电池芯、电池模块与电池包三者之间的关系

    对动力电池有了大概的认识之后,我们再聊电池的种类就比较清楚了。说是电池种类,其实严谨一些应该说是电芯的种类。前面讲到电池包是由一个个电池芯组成的,电池芯的种类就决定了电池包的形态、续航能力、充放电效果等。

    首先,按照结构划分,电池芯可以分为圆柱电池、方壳电池以及软包电池。目前这三种结构电池芯在新能源车型上都有应用,采用的是软包电池。

    圆柱电池、方壳电池与软包电池典型形态

    圆柱电池应该?#20431;?#20204;最容易想象到的结构,因为日常生活中我们最常接触的电池形式就是这种圆柱形。同我们常见的5号、7号电池类似,车用圆柱电池也具有特定的规格型号,比如18650、21700型号等,其中前两位数字表示圆柱电池的?#26412;叮?8即代表18mm。三四位表示圆柱电池的高度,最后一位“0”则表示电池为圆柱形态。

    因为圆柱电池具有统一的规格,因此设计打包成模组非常方便,但是其能量密度因为规格限制会受到影响。

    方壳电池通常指具?#26032;?#21046;或钢制外壳方形电池,这种电池没有统一的规格限制,可以根据客户要求进行定制,相对来说,这种电池能量密度?#32454;擼?#37325;量较轻,但是长时间使用后其边角处电解液化学性能退化会比较明显,影响电池性能。

    软包电池,顾名思义其电池外壳是由一层?#20102;?#33180;包装而成,因此设计较为灵活,可以随意改变形状、薄厚,打包成模组较为灵活方便。另外,这种电池重量轻、能量密度高、循环性好。安全方面?#24808;?#27604;方壳电池和圆柱电池要高,是目前发展潜力较大的一种电池结构。

    采用软包电池的日产Leaf电池组,可以看到其电池模块并不统一,摆放方向也不一致,电池包呈现出来的形态为不规则形。

    上面是按照电池的形态划分,如果按照电池材料划分的话,电芯有磷酸铁锂、镍钴锰三元锂等不同类型,这里的材料指的是电池的正极材料,负极材料目前主要以石墨为主,硅碳负极因为能够极大拓展电池能量密度因?#21496;?#26377;很高的关注度,是目前电池发展方向之一。

    拿目前常见的磷酸铁锂电池和三元锂电池对比,两者属于优势互补,一方面磷酸铁锂具有?#32454;?#30340;安全性,但是其循环寿命以及能量密度都较差一些。另一方面,三元锂电池具备?#32454;?#30340;能量密度、循环寿命以及抗低温衰减能力,但是其安全性相对要低一些,至今我国仍然规定三元锂电池不能应用在大巴等商用车上。

    不过也不用担心,无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,应用之前都会经过火烧、碰撞、穿刺等安全测试。通过合理的电池管理系统以及温度控制系统,三元锂电池的安全性还是可以得到保障的。

    3 电池供应商的崛起

    要说新能源汽车发展最大的受益者是谁,?#20431;?#30097;是电池供应商了。在此之前,这些电池供应商的主要客户是消费电子类厂商,相比汽车厂商而言,这些客户的需求量只能算是九牛一毛。目前全球电池供应商主要集中在中日韩美四国,其中?#19978;隆?#19977;星SDI、LG、AESC、比亚迪、宁德时代等电池供应商年出货量都呈?#31181;?#24180;递增态势。其中电池供应?#35848;?#26159;?#29992;?#19981;见经传的“小厂”?#30097;?#34892;业领导者。

    面对崛起的电池供应商,大部分汽车厂商都抱以扶持和合作姿态,以谋求共赢,车企与电池厂商联姻的例子举不胜举。

    ?#21422;?#25289;位于内达华州的Gigafactory工厂计划产能是35GWh,这一数字相当于2013年全球电池产量总和,最大产能实?#31181;?#21518;电池?#26432;?#39044;计可以削减30%。

    在合作浪潮中也有不少例外,比如日产便?#36164;?#20102;?#32422;?#25511;股的电池公司。日产表示随着电动汽车的普及,电池行业将告别高利润,格局可能面临洗牌。从整车企业角度来看,开放采购而不是把控一两家电池供应商,技术路线上风险更低,也有利于降?#32479;杀尽?/p>

    有人看?#27599;?#23601;有人着?#20445;?#27431;盟在前段时间召开会议商讨电池产业问题,在汽车行业一直强势的?#20998;?#21378;商面对新能源发展似乎动作缓慢了些,在电池行业上更是被中日韩美拉开差距,为此欧?#26031;?#21169;?#20998;?#22320;区公司对电池产业进行投资,甚?#28872;?#32463;采取了相关部署。

    4 电池回收问题

    废旧电池存在高污染性,这一点想必是?#21496;?#30342;知,随着新能源汽车的增多,将来废旧电池回收问题不得不考虑。回想一下,?#32422;?#23478;中的废电池都是怎样处理的,如果我没有猜错的话,百分八十是放在抽屉里当它不存在一样吧。

    目前三元锂电池包循环寿命大概在2000次左右,磷酸铁锂电池包表现会相对差一些,但是按照正常使用的话使用年限也在10年左右,对于现阶段来说电池回收可能不是大问题,但两三年后就不得不“还债”了。对于?#38750;?#21033;润的车企来说,废电池回收显然是费力不得好,但不得不面对,现阶段还没有特别明确的规定或制度,将来政府、电池生产厂商、车企应该会联合起来应对这一难题。

    目前已有的处理方案是对老旧电池进行筛选,?#32431;?#36739;好的可能会被用作低耗能设备的储能装置,对于状态较差的就要拆解回收了。

    这是BOSCH公司关于电池回收问题的解决方案,把废旧电池进行拆解重组,然后当做储能系统用来平衡电网电压。

    5 未来电池发展

    虽然说电动车的续航里程不只是由电池来决定的,但现阶段电动汽车续航确实受到电池技术的制约,下面列出了目前比较具有发展潜力的电池种类。

    5.1 硅碳复合负极材?#32454;?#28378;流进气道

    硅碳复合材料作为未来负极材料的一种,其理论克容量?#20161;?#22696;类负极高出了10倍有余,其产业化后,将大幅提升电池的容量。目前各大材料厂商?#36861;?#22312;研发硅碳复合材料。现在硅碳复合材料存在的主要问题有:充放电时,体积膨胀,吸液能力强;循环寿命差。目前正在通过硅粉纳米化,硅?#21450;?#35206;、掺杂?#20161;?#27573;解决以上问题,且部分企业已经取得了一定进展。

    5.2 石墨烯高

    石墨烯自2010年获得?#21040;?#20197;来,广受全球关注,特别是在中国。国内掀起了一股石墨烯研发热?#20445;?#20854;具诸多优良性能,如导电性能优异、导热性?#32454;擼?#26426;械强度高。

    由于石墨烯当前的批量生产工艺不成熟、价格高昂、性能不稳定,石墨烯将率先作为正负极添加剂在锂离子电池中使用。

    5.3 固态电池高

    固态电池是用特殊的固态材质代替液态的电解液,这样一来,锂电池自身的安全问题就彻底得到了根治。另外,固态电池相比同体积的锂电池容量至少提升两倍,在相同的续航里程下,固态电池体积可以做得更小、更轻。在充电速度方面,固态电池也具有明显的优势。


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