三元鋰電池最大的優(yōu)勢(shì)在于什么？它的技術(shù)還能突破嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-04 23:29
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三元鋰電池最大的優(yōu)勢(shì)在于電池能量密度高，其儲(chǔ)能密度通常在200Wh/kg以上，相對(duì)于磷酸鐵鋰的90-120Wh/kg來(lái)說(shuō)，這樣的表現(xiàn)對(duì)于輕量化設(shè)計(jì)更加友好，也更適合現(xiàn)階段新能源乘用車(chē)市場(chǎng)對(duì)續(xù)航里程的需求。
三元鋰電池能量密度接近極限
三元鋰電池目前的單體能量密度已經(jīng)接近極限，很難再有大的突破。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將重心集中到了固態(tài)電池上。目前純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展一直受到電池能量密度低的桎梏。電池能量密度沒(méi)有大的突破，純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程就無(wú)法大幅提高，純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展將智能依賴于政策支持，缺乏市場(chǎng)動(dòng)力。
業(yè)內(nèi)人士表示三元鋰電池目前的單體能量密度已經(jīng)接近極限，很難再有大的突破。要想進(jìn)一步提升三元鋰電池的能量密度，就需要進(jìn)一步提升電池中鎳的比重。但是電池中鎳的比重提升后，由于高鎳的熱穩(wěn)定性很差，電池內(nèi)部的熱反應(yīng)就會(huì)非常劇烈，安全問(wèn)題令人擔(dān)憂。
依靠三元里電池技術(shù)路線，動(dòng)力電池能量密度要做到350Wh/kg的目標(biāo)，難度很大。因此行業(yè)希望依靠固態(tài)電池進(jìn)一步提升電池能量密度。固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，高溫下表現(xiàn)良好，安全性更高。固態(tài)電池會(huì)大大降低電動(dòng)車(chē)自燃的概率。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將重心集中到了全固態(tài)鋰電池上。大眾曾宣布計(jì)劃研發(fā)續(xù)航1000km固態(tài)電池;豐田汽車(chē)預(yù)計(jì)2022年完成固態(tài)電池的研發(fā)工作，并計(jì)劃于2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心，目前固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在三大類(lèi)材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好，已經(jīng)有商業(yè)化的應(yīng)用案例;氧化物循環(huán)性能良好，適用于薄膜柔性結(jié)構(gòu);硫化物電導(dǎo)率最高，是未來(lái)主要方向。
提高動(dòng)力三元鋰電池比能量的技術(shù)途徑
一、工藝進(jìn)步，但如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟，提高電池比能量的空間不大；
二、材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池在能量密度上很難有大的突破；
三、新材料、新體系，即開(kāi)發(fā)高比能新材料、發(fā)展動(dòng)力三元鋰電池新體系是未來(lái)動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。
四、鋰電池包能量密度是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，提高電芯能量密度是一個(gè)直接手段，但是如果做好電芯的布置，電路的規(guī)劃，減輕殼體重量，為電池減負(fù)，也是提高電池能量密度的一個(gè)有效手段。
無(wú)論技術(shù)如何改進(jìn)，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池電芯的能量密度達(dá)到300Wh/kg的希望都較為迷茫，相對(duì)來(lái)說(shuō)，三元鋰電池技術(shù)路線則較有希望。
那么就目前情況而言，當(dāng)下最主流的電池封裝方式有三種，圓柱型、方殼型和軟包型，優(yōu)劣得所。軟包型電池雖然有尺寸變化靈活、能量密度高、重量輕、內(nèi)阻小的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是同樣具有機(jī)械強(qiáng)度差、封口工藝難、成組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度大等缺點(diǎn)，甚至在成本、一致性和安全性方面都表現(xiàn)一般。
而圓柱與方形雖然都屬于硬殼封裝，但也有各自對(duì)應(yīng)的特性。比如圓柱型封裝尺寸小、成組靈活、成本低且工藝成熟。目前特斯拉的純電車(chē)型所采用的封裝方式便是硬殼圓柱型電池，但作為國(guó)際一線品牌來(lái)說(shuō)，依然要面對(duì)圓柱封裝的成組后散熱設(shè)計(jì)難度大、一致性差、重量沉、能量密度低等問(wèn)題。
方殼電池封裝顧名思義是將單體電池做成方形，并且采用高強(qiáng)度鋁合金作為封裝材料，具有重量輕、硬度強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。另外，這種封裝有利于讓電池的內(nèi)部材料卷覆得更加緊密，并在硬殼的高硬度限制下，電池不容易膨脹所以相對(duì)更加安全。例如在國(guó)內(nèi)新能源領(lǐng)域首屈一指的比亞迪汽車(chē)，作為擁有電池、整車(chē)同步制造能力的車(chē)企，一直以來(lái)用產(chǎn)品技術(shù)實(shí)力塑造著新能源產(chǎn)業(yè)的風(fēng)向標(biāo)，比亞迪在動(dòng)力電池封裝方面便采用了硬殼方形的動(dòng)力電池封裝工藝，例如王朝系列的最新純電車(chē)型秦ProEV500就搭載了能量密度高達(dá)160.9Wh/kg的鋁合金方形電池，并且，比亞迪的方殼型封裝方式還在內(nèi)部配備了防爆塞，如果有熱失控的情況，會(huì)從防爆塞的固定方向釋放膨脹空氣，不容易影響其它電芯，大大增加了用車(chē)的可靠性和安全性。
從另一層面來(lái)講，比亞迪采用方形封裝工藝，相對(duì)于圓柱形封裝縮小了電芯間的縫隙，讓整體尺寸更加緊湊，再加上殼體采用了密度更小、重量更輕且強(qiáng)度更高的鋁鎂合金，讓電池的能量密度和安全性做到更高。在續(xù)航方面的表現(xiàn)也會(huì)更加突出。
行業(yè)普遍認(rèn)為，未來(lái)5年內(nèi)，依然是三種電池并存的局面，相信軟包、方形、圓柱等三種封裝工藝電池也會(huì)憑借各自優(yōu)勢(shì)，在不斷完善的道路上實(shí)現(xiàn)突破。而作為最終搭載的車(chē)型產(chǎn)品或車(chē)企品牌來(lái)說(shuō)，像比亞迪這種已經(jīng)具備全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)的主機(jī)廠，勢(shì)必會(huì)沿著現(xiàn)有方殼封裝技術(shù)路線，更快實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，以低成本、高品質(zhì)實(shí)現(xiàn)電池封裝技術(shù)的進(jìn)步。
三元鋰電池能量密度接近極限
三元鋰電池目前的單體能量密度已經(jīng)接近極限，很難再有大的突破。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將重心集中到了固態(tài)電池上。目前純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展一直受到電池能量密度低的桎梏。電池能量密度沒(méi)有大的突破，純電動(dòng)車(chē)的續(xù)航里程就無(wú)法大幅提高，純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展將智能依賴于政策支持，缺乏市場(chǎng)動(dòng)力。
業(yè)內(nèi)人士表示三元鋰電池目前的單體能量密度已經(jīng)接近極限，很難再有大的突破。要想進(jìn)一步提升三元鋰電池的能量密度，就需要進(jìn)一步提升電池中鎳的比重。但是電池中鎳的比重提升后，由于高鎳的熱穩(wěn)定性很差，電池內(nèi)部的熱反應(yīng)就會(huì)非常劇烈，安全問(wèn)題令人擔(dān)憂。
依靠三元里電池技術(shù)路線，動(dòng)力電池能量密度要做到350Wh/kg的目標(biāo)，難度很大。因此行業(yè)希望依靠固態(tài)電池進(jìn)一步提升電池能量密度。固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，高溫下表現(xiàn)良好，安全性更高。固態(tài)電池會(huì)大大降低電動(dòng)車(chē)自燃的概率。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)將重心集中到了全固態(tài)鋰電池上。大眾曾宣布計(jì)劃研發(fā)續(xù)航1000km固態(tài)電池;豐田汽車(chē)預(yù)計(jì)2022年完成固態(tài)電池的研發(fā)工作，并計(jì)劃于2030年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心，目前固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在三大類(lèi)材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好，已經(jīng)有商業(yè)化的應(yīng)用案例;氧化物循環(huán)性能良好，適用于薄膜柔性結(jié)構(gòu);硫化物電導(dǎo)率最高，是未來(lái)主要方向。
提高動(dòng)力三元鋰電池比能量的技術(shù)途徑
一、工藝進(jìn)步，但如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟，提高電池比能量的空間不大；
二、材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池在能量密度上很難有大的突破；
三、新材料、新體系，即開(kāi)發(fā)高比能新材料、發(fā)展動(dòng)力三元鋰電池新體系是未來(lái)動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。
四、鋰電池包能量密度是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，提高電芯能量密度是一個(gè)直接手段，但是如果做好電芯的布置，電路的規(guī)劃，減輕殼體重量，為電池減負(fù)，也是提高電池能量密度的一個(gè)有效手段。
無(wú)論技術(shù)如何改進(jìn)，磷酸鐵鋰動(dòng)力電池電芯的能量密度達(dá)到300Wh/kg的希望都較為迷茫，相對(duì)來(lái)說(shuō)，三元鋰電池技術(shù)路線則較有希望。
那么就目前情況而言，當(dāng)下最主流的電池封裝方式有三種，圓柱型、方殼型和軟包型，優(yōu)劣得所。軟包型電池雖然有尺寸變化靈活、能量密度高、重量輕、內(nèi)阻小的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是同樣具有機(jī)械強(qiáng)度差、封口工藝難、成組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)難度大等缺點(diǎn)，甚至在成本、一致性和安全性方面都表現(xiàn)一般。
而圓柱與方形雖然都屬于硬殼封裝，但也有各自對(duì)應(yīng)的特性。比如圓柱型封裝尺寸小、成組靈活、成本低且工藝成熟。目前特斯拉的純電車(chē)型所采用的封裝方式便是硬殼圓柱型電池，但作為國(guó)際一線品牌來(lái)說(shuō)，依然要面對(duì)圓柱封裝的成組后散熱設(shè)計(jì)難度大、一致性差、重量沉、能量密度低等問(wèn)題。
方殼電池封裝顧名思義是將單體電池做成方形，并且采用高強(qiáng)度鋁合金作為封裝材料，具有重量輕、硬度強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。另外，這種封裝有利于讓電池的內(nèi)部材料卷覆得更加緊密，并在硬殼的高硬度限制下，電池不容易膨脹所以相對(duì)更加安全。例如在國(guó)內(nèi)新能源領(lǐng)域首屈一指的比亞迪汽車(chē)，作為擁有電池、整車(chē)同步制造能力的車(chē)企，一直以來(lái)用產(chǎn)品技術(shù)實(shí)力塑造著新能源產(chǎn)業(yè)的風(fēng)向標(biāo)，比亞迪在動(dòng)力電池封裝方面便采用了硬殼方形的動(dòng)力電池封裝工藝，例如王朝系列的最新純電車(chē)型秦ProEV500就搭載了能量密度高達(dá)160.9Wh/kg的鋁合金方形電池，并且，比亞迪的方殼型封裝方式還在內(nèi)部配備了防爆塞，如果有熱失控的情況，會(huì)從防爆塞的固定方向釋放膨脹空氣，不容易影響其它電芯，大大增加了用車(chē)的可靠性和安全性。
從另一層面來(lái)講，比亞迪采用方形封裝工藝，相對(duì)于圓柱形封裝縮小了電芯間的縫隙，讓整體尺寸更加緊湊，再加上殼體采用了密度更小、重量更輕且強(qiáng)度更高的鋁鎂合金，讓電池的能量密度和安全性做到更高。在續(xù)航方面的表現(xiàn)也會(huì)更加突出。
行業(yè)普遍認(rèn)為，未來(lái)5年內(nèi)，依然是三種電池并存的局面，相信軟包、方形、圓柱等三種封裝工藝電池也會(huì)憑借各自優(yōu)勢(shì)，在不斷完善的道路上實(shí)現(xiàn)突破。而作為最終搭載的車(chē)型產(chǎn)品或車(chē)企品牌來(lái)說(shuō)，像比亞迪這種已經(jīng)具備全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)的主機(jī)廠，勢(shì)必會(huì)沿著現(xiàn)有方殼封裝技術(shù)路線，更快實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，以低成本、高品質(zhì)實(shí)現(xiàn)電池封裝技術(shù)的進(jìn)步。
