低温26650 3300mAh
低温磷酸3.2V 20Ah
低温18650 3350mAh
21年专注锂电池定制

新能源车新战场,电池材料决胜负

钜大LARGE  |  点击量:100次  |  2023年01月09日  

摘要
为了实现更长的续航里程,电池材料以及其能量密度都在不断实现技术迭代与提升。目前,不管是政策还是市场都倾向于高能量密度的锂电池。

全球新能源汽车需求大潮势不可挡。据全球咨询机构德勤的预测,到2030年,全球电动汽车或达3000万辆规模,这意味着2030年前售出的新车中,有三分之一将是电动汽车。目前,已有多个国家宣布将推动100%零排放汽车的销售目标,或到2050年逐步淘汰内燃发动机。电动汽车势将成为未来交通重要的组成部分。


而在国内,政策驱动向产品驱动换挡已成为国内电动汽车的核心上升逻辑。我国汽车工业协会四月九日公布的数据显示,2021年三月,我国汽车销量252.6万辆,同比上升74.9%,其中新能源汽车销量22.6万辆,同比上升238.9%。随着爆款车型和新技术不断推出,电动汽车已表现出相对传统汽车更强劲的竞争力。


电池材料推动电动汽车发展


新能源汽车销量的不断攀升,也持续拉动关于动力锂电池以及上游材料的需求。据预测,2025年全球动力锂电池装机量可达623GWh,我国装机量可达312GWh,全球动力锂电池市场空间将超过6000亿元。此外,不少商家,如蔚来、北汽新能源等,已推出换电模式。在换电模式下,动力锂电池的需求量进一步上升。

低温磷酸铁锂电池3.2V 20A
-20℃充电,-40℃ 3C放电容量≥70%

充电温度:-20~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃支持最大放电倍率:3C
-40℃ 3C放电容量保持率≥70%

动力锂电池是电动汽车最为重要的组成部分之一,也是推动电动汽车时代发展的核心所在。只有能量密度更高、使用更安全、生命周期更长、成本更优的电池组件才能真正推动汽车行业进入电气时代,而当下的动力锂电池准备好迎接这一变革了吗?


提升续航能力,行更远


据艾媒数据中心公布的一份2020年我国新能源汽车用户担忧问题统计来看,59.57%的新能源汽车用户担忧电池续航能力差。冬天掉电严重、续航里程不足是用户的核心痛点之一。长期以来,里程焦虑是限制电动汽车市场大规模发展的重要原因,提升电动汽车的续航里程是其市场化过程中最关键的因素之一。


为了实现更长的续航里程,电池材料以及其能量密度都在不断实现技术迭代和提升。目前,不管是政策还是市场都倾向于高能量密度的锂电池。


市场上电动汽车使用的锂电池,已经从第一代镍氢电池和锰酸锂电池,进化为第二代磷酸铁锂电池,以及目前广泛使用的第三代三元电池(包括镍钴锰或镍钴铝三元)等。磷酸铁锂电池的重要优点在于成本低、热稳定性较强,但能量密度较低,续航能力较差,且在低温环境下能量密度衰减严重。三元电池在能量密度方面有了显著提升,续航能力更优,是未来提升新能源汽车续航里程的方向之一,但缺点在于热稳定性较差、成本较高、循环寿命差。

低温高能量密度18650 3350mAh
-40℃ 0.5C放电容量≥60%

充电温度:0~45℃
放电温度:-40~+55℃
比能量:240Wh/kg
-40℃放电容量保持率:0.5C放电容量≥60%

电池的能量密度受电芯工艺的影响很大。其中,电芯材料的革新或许是一个综合多方面考量都更为可行的解决方法。为此,全球特种化学巨头赢创工业集团认为,电芯正负极材料的选择和突破是能够有效新增电池的能量密度的关键所在。


正极材料是锂电池的关键部分,在锂电池材料成本中占比高达30-40%,直接决定锂电池的能量密度和安全性,并影响锂电池的综合性能。随着正极材料向着三元高能量密度的方向发展,如何平衡电池性能、使用寿命和安全性变得尤为重要。优异的包覆和掺杂材料有助于在确保更高能量密度的同时,提高正极材料的稳定性,实现更长的生命周期。赢创AEROXIDE®气相法金属氧化物可用于正极材料表面包覆,稳定正极活性材料晶体颗粒,防止在充电和放电过程中出现裂纹,从而提高容量保持率,延长电池寿命。


而在锂电池负极材料方面,硅由于其超高的理论容量等优点引起广泛关注。未来,随着动力锂电池能量密度要求的提高,锂电池负极从石墨体系到硅基负极将是升级方向。为此,赢创提出以纳米硅粉作为新型负极材料,可有效提高电池的能量密度,提升快充容量和能效,并实现卓越的稳定性,从而使锂电池性能更强大。


提高电池安全性,走更稳


除了续航里程,电动汽车自燃、起火等事故让其安全性成为广大用户的关注焦点,并成为制约其市场化发展的一大因素。根据国家市场监督管理总局公布的根据《2020年全国汽车和消费品召回情况的通告》,2020年,新能源汽车召回45次,涉及车辆35.7万辆,其中因三电系统缺陷召回11.2万辆,占新能源汽车召回总数量的31.3%。电池安全技术是电池技术革命性突破的第一重点。我国科学院院士欧阳明高表示,这是纯电动汽车性能升级的第一关键,也是电动汽车可持续发展的生命线。


动力锂电池由一个个小电池包单体(cell)并联组成电池模组,数十个电池组串联在一起,构成一个电池单元,数个电池单元构成电池总成。一款安全的动力锂电池,要有安全的电芯,安全的电池包结构搭载安全的电池管理系统,缺一不可。


为了提升现有锂电池系统的安全性,各家车企和电池厂都动足脑筋。除了提高电芯本身的安全性,通过各个层面来辅助保障安全性很有必要。比如,硬件上,改进动力锂电池及其相关结构的材料,有效提高电芯安全性和电池的防火等级,延缓危害的发展过程;软件上,车辆的电池管理系统和智能化系统也已成为众多车企不断完善安全性的重要措施。


以新能源汽车热管理系统为例。在高功率充电循环期间,或在行驶(蓄电池放电),甚至在停车时,电动汽车蓄电池的温度都可能超过限定极值。传统的空气冷却方式,冷却效率低,难以满足电池大倍率放电等要求。而液冷方式则能够很好地解决这些问题,已成为越来越多主机厂的首选。由赢创VESTAMID®尼龙12制成的冷却管具备优秀的耐化学性、耐水解性以及耐低温冲击性,能够有效实现电动汽车的热管理,将汽车电池温度保持在合适水平,同时可以满足对防火的要求,且具备高介电强度。此外,VESTAMID®尼龙12制成的冷却管还具有轻质、柔性的特点,能够有效实现部件的减重,减小管路体积,从而节省电池包内空间,间接新增电芯数量,确保续航里程。


解决回收难题,实现真正可持续


新能源车之所以得到政策的大力支持和市场的高度接纳,其在减少碳排放以及环境污染上的贡献功不可没,但接踵而至的电池回收问题同样值得深思。


随着电动汽车市场化的推进,越来越多的锂电池将达到其使用寿命后退役。我国汽车技术研究中心曾预测,2020年我国国内累计退役的动力锂电池,超过20万吨(约为25GWh)。作为比较,据我国汽车动力锂电池产业创新联盟公布的数据,2020年我国动力锂电池累计销量为65.9GWh。


新能源车使用的锂电池内含锂、镍、钴和锰等重金属元素,同时电解液中含有六氟磷酸锂等高毒性物质和挥发物。假如处理不当,数量如此之大的退役电池,势必会对生态环境造成不良影响,新能源车的环保属性也将大打折扣。


随着我国新能源汽车产销量的提高,退役动力锂电池势必会不断增多。无论是从贵重稀有金属(如锂,钴等)的重复利用,还是从环境保护的角度来说,锂电池回收都具有战略意义。技术的革新、相关经验的累积,以及更加完善的制度约束,才能让新能源车本身的环保意图成为真正的现实。


为此,相关部门已经开始发文并重视动力锂电池的回收问题,车企、回收公司和电池材料供应商也都开始投身其中。在电池回收的处理技术层面,经过多年实践和钻研,赢创针对锂电池回收的不同工艺,供应了多种化学提取金属的技术支持,积极为推进电池材料的回收利用作出贡献。


《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》显示,到2025年,我国新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。据此推测,2025年我国新能源车销量大概在500-600万辆,是现在2.5-3倍。大势所趋的新能源车,对动力锂电池的发展提出了更多问题和挑战。面向未来,高效、安全、环保的动力解决方法将引领电动汽车的发展方向,而围绕着动力锂电池的技术创新也将助推新能源汽车的发展迈上新一级台阶。

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