登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
一.研究背景
随着能源短缺及环境污染等问题的日益加剧,发展可再生能源、使用电动汽车逐渐取代燃油车已成为不可逆转的趋势。电动汽车的动力来源于动力电池,在已经发展的各种电池体系中,锂离子电池由于其能量密度高、无记忆效应、环境友好等诸多优点逐渐成为现有阶段电动汽车动力电池的不二选择。然而,由于电池化学体系的限制,目前市售的电动车与传统燃油车相比还面临着续航里程短、安全性能不佳等诸多问题,这大大阻碍了终端消费者对电动汽车的接受度。为了加快电动汽车在中国的推广,国家科技部、发改委、工信部等几大部委相继出台了一系列相关的政策,如《节能与新能源汽车国家规划(2012—2020)》、新能源汽车重点研发专项(科技部“十三五”计划,2016—2020)、《中国制造2025》以及《汽车产业中长期发展规划》。这几项政策中,都对动力电池的能量密度做了相关的要求。举例来说,在新能源汽车重点研发专项中,便规定“到2020年,产业化的锂离子电池能量密度达到300 W˙h/kg以上,系统能量密度达到200 W˙h/kg以上,循环寿命达到1200次以上。新型锂离子电池能量密度达到400 W˙h/kg以上,新体系电池能量密度达到500 W˙h/kg以上”。
在动力电池起初的发展阶段,磷酸铁锂电池由于其非常高的安全性能受到整车厂及消费者的青睐。然而,在现有的政策体系下,磷酸铁锂的能量密度已经达不到要求,必须发展更高能量密度的体系。作为新能源汽车重点研发专项的承担单位,本文主要探究300 W˙h/kg单体电池及相应系统的开发,以飨读者。
二.重点内容导读
01
300 W˙h/kg电池体系
1.1 正极材料
开发锂离子电池动力电池用高容量正极材料,是解决电动车辆用长寿命、安全型、低成本的高能量密度锂离子动力电池的关键。在诸多正极材料中,高镍材料由于其高比容量特性而备受关注(图1)。
图1 不同材料体系的能量密度及电动车续航里程对比
要想实现单体电池能量密度达到300 W˙h/kg,正极材料的克容量需要达到210 mA˙h/g以上。为了获得如此高容量的正极材料,高镍材料中的镍含量一般要达到³85% (摩尔比)。然而随着材料中镍含量的增加,其结构稳定性与热稳定性会大幅降低,如图2所示。镍含量较高的材料,在释放高比容量的同时,其充电状态下能脱出更多的锂离子,因而产生大量的亚稳态Ni4+。这些高价态的镍离子具有强烈的氧化性,会引发电极/电解液界面处的副反应。温度升高时,这些副反应更加明显。此外,Ni4+还原后的二价镍离子易与锂离子发生锂镍混排现象而进入锂层。这一过渡金属向锂层的迁移行为,诱导了层状结构-尖晶石-岩盐相的结构转变,并贯穿整个循环过程,使电池性能劣化。除此之外,材料镍组分高,表面残碱度高,吸水性很强,易与空气中水分、二氧化碳等发生不可逆的反应,直接影响材料的存储性能、加工性能和克容量性能的发挥。
图2 不同Ni含量三元材料的容量、循环及热稳定性关系图
为了克服这些问题,研发人员采用多种阴、阳离子进行体相掺杂,来提升高镍材料中阴阳离子结合键能,以稳定材料结构,达到提升循环及存储性能的效果。
此外,对材料进行表面包覆也是一种防止电解液对正极材料腐蚀、抑制副反应发生、提升材料循环及存储稳定性的有效方法。氟化物的改性效果较为明显。
从产业化方面来说,日韩企业尤其是日本的企业走在了NCA高镍正极材料产业化的前列。国内方面,目前也已有多家企业通过自身研发或者直接引入日韩技术,大力推进NCA的产业化进程,除了NCA材料外,NCM材料近年来也在国内外掀起了一股热潮。
目前高镍材料主要通过氢氧化物前驱体与锂盐反应制备,而氢氧化物前驱体采用共沉淀法制备。与常规三元材料不同的是,高镍材料由于需要维持较高比例的Ni3+,因此烧结需要纯氧气氛。此外,由于Ni3+在高温下易发生歧化反应,因此烧结温度一般低于800℃,这就要求锂源需要采用低熔点的氢氧化锂。另外,为了使氧气进行更好地扩散,高镍三元材料烧结时的装钵量也低于常规三元材料。同时,高镍材料制备对烧结窑炉密封性的要求、对车间环境(水分、温度等)的要求都比较高,这也是其产业化进程相对较慢的一个原因。
为了满足科技部重大专项对高镍正极材料的需求,国轩高科及项目参与单位目前通过前驱体的优化控制合成及后续的掺杂及包覆改性,制备出了0.2C克容量大于220mA˙h/g的材料,材料首次充放电效率高达95%,1C循环50周容量保持率大于95%。此外,面对当下应用需求,我们还制备了容量略低(210 mA˙h/g, 0.2 C)但是循环稳定性更好(98%@50th)的三元材料,目前已用于全电池测试。目前使用自制的高镍材料匹配石墨负极制备的能量密度250 W˙h/kg的软包全电池1C循环超过1500周。
1.2 负极材料
在锂离子电池负极材料方面,硅被认为是最有潜力的新一代高容量锂离子电池负极材料。与传统的石墨负极材料相比,硅具有极高的质量比容量(理论比容量高达4200 mA˙h/g)。针对电池单体能量密度达到300 W˙h/kg的要求,负极材料主要采用高性能氧化亚硅/碳复合负极材料,复合材料的比容量必须高于600 mA˙h/g。但氧化亚硅/碳材料在使用过程中面临首次库仑效率低、循环性能差、体积膨胀大、导电性差等技术难题,必须从氧化亚硅、碳材料及二者的复合工艺、黏结剂以及电解液等多方面进行综合改进。
1.2.1 研究内容
(1)高性能硅基负极材料的研发
(2)硅/碳复合材料的研发
(3)硅基负极材料的黏结剂开发
1.2.2 相关工艺
1.2.3 产业化现状
1.3 电解液
锂离子电池电解液为离子电池的“血液”,它浸润在正、负极极片、隔膜以及电池壳体之间的空隙中,主要起到离子导通的作用。如前文所述,为了实现300 W˙h/kg高能量密度电池体系,我们需要使用高镍三元正极匹配硅基负极。然而,高容量的正极或者负极不可避免地对电解液提出更高的要求。为了应对挑战,一般情况下是往电解液中添加添加剂。本小节将从正极成膜添加剂和负极成膜添加剂两个维度来阐述高能量密度电池体系中电解液的相关信息。
1.3.1 正极成膜添加剂
1.3.2 负极成膜添加剂
1.4 隔膜
1.4.1 隔膜性能要求
1.4.2 隔膜种类
1.4.3 高比能电池隔膜
为增加高比能电池的安全性能,本项目采用高安全性湿法涂覆隔膜作为高能量密度电芯隔膜,在涂覆陶瓷的基础上又进行了涂胶(图4),这样既可以充分发挥纯陶瓷隔膜的优势外,胶可以将正负极片粘结在一起,避免了锂离子在嵌入,脱嵌过程中的“死区”,缩短了锂离子的传输路径,对于界面的改善具有重要意义,另外,有效避免了电池在跌落,碰撞过程中造成的隔膜与极片的错位现象,降低短路发生率,提高电池的安全性能,最后可以提高电池的加工性能,方便入壳,从而提高电池制作效率。
图3 干法隔膜(a)、湿法隔膜(b)
1.5 电池体系
1.5.1 封装形式
1.5.2 制备工艺
制备工艺主要有卷绕和叠片两种形式。两种工艺间的比较简单概括于表1。
方法内阻倍率性能放电平台能量密度厚度控制厚度变形电池形状生产控制入行门槛
卷绕较高低低低难易单一简单低
叠片较低高高高易难灵活繁琐高
表1 卷绕和叠片工艺比较
1.6 整车PACK
实现电池系统的高比能,在应用高能量密度电芯的同时,需要重点开展系统轻量化的研究工作。以科技部2017年新能源汽车试点专项对乘用车动力电池系统的要求,系统能量密度需要³200 W˙h/kg,2018年指标则是³210 W˙h/kg。这意味着即使采用300 W˙h/kg能量密度的电芯,系统的成组效率也要达到66.7%~70%。即电芯在系统中重量比占7成左右,因此轻量化是电池系统开发的重点方向。图5给出的是一款电池系统结构件的设计目标。
图5 电池系统结构件重量分配设计目标
图6 电池系统安全防护策略
1.7 BMS主动均衡
1.8 云平台
图7 远程监控平台系统架构图
02
总结与展望
围绕高比能、高安全、长寿命动力电池的开发,国轩高科牵头承担的“高比能动力锂离子电池的研发和集成应用”项目团队通过电池模型模拟分析,从材料体系匹配和电芯设计工艺角度对新型正极材料、硅基负极材料以及高安全电解液等开展了深入研究和技术攻关。项目突破了高比能量电芯的材料体系匹配技术、极片加工制备技术与环境控制技术,在电芯极片设计、电芯制备过程工艺技术、性能及安全性能测试等方面取得了显著成绩,形成了高比
能电池开发的标准化作业流程与开发平台。
动力电池是一个全方位的产品,做好动力电池性能的平衡也是一个系统性工程。材料的选型、化学体系的优化是实现高能量密度的关键,但是电池的循环寿命和安全性能则受到影响,因此,必须从材料、隔膜、电解液以及电池结构设计等多方位优化以提高电池循环性能,同时建立从材料、电池、模组到电池系统多级的防护措施以保证动力电池的安全可靠性。国轩高科团队将继续开展高比能动力锂离子电池体系深入探索,项目研究成果将逐步拓展应用于各类动力电池产品的研发,为我国高比能量、高安全锂离子电池的开发提供关键基础。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星电池网获悉,据工信部消息,为进一步做好新能源汽车动力电池综合利用工作,3月25日,节能与综合利用司组织召开线上研讨会,部分省份工信部门的相关工作负责同志参加会议。节能与综合利用司重点介绍了《新能源汽车动力电池综合利用管理办法》编制进展,反馈了2023年摸底调研相关情况。各地介绍了
北极星电池网获悉,来自瑞典电池制造商Northvolt的消息显示,3月25日,其位于德国海德的NorthvoltDrei电池超级工厂正式开工。据悉,该工厂将利用德国第一个风电场所在地区的可再生风力发电,计划雇用约3000名员工,最大年产能为60GWh,足以为大约100万辆电动汽车提供电池产品,将于2026年开始首次运营
潺潺的流水应和着青山和花海,悠扬的驼铃传唱着千年的故事,这片古老的西北大地,早已改变雾霾沙尘的旧貌,绿色新颜扮靓了西宁湟中的山河。清洁能源送进千家万户、袅袅炊烟中飘出欢声笑语,绿色发展让西宁民众的生活更加美好。日前,格力钛新能源系列车型齐进青海省西宁市,承担湟中区绿色交通网络建设
2024年政府工作报告指出,过去一年来,我国的电动汽车、锂电池、光伏产品“新三样”出口增长近30%。下一步,要加强大型风电光伏基地和外送通道建设,推动分布式能源开发利用,发展新型储能。政府工作报告首次提及锂电池、新型储能,这对锂电行业发展无疑是个积极的信号,在一定程度上会推动产业的发展
日前,中国台湾省固态电池厂商辉能科技(下称辉能)官宣:今年量产固态电池。消息只在自媒体、垂类媒体中赚到了些点击量,却未在电池制造业、新能源汽车商和学术界引发太大波澜。平心而论,动力电池和新型储能电芯市场规模足够大,人们乐见固态电池领域取得的每一项技术突破,无论实现突破的是中国企业
北极星储能网获悉,据宁德时代消息,3月21日,上海久事(集团)有限公司(以下简称“久事集团”)与宁德时代新能源科技股份有限公司在福建宁德签署战略合作协议。根据协议,宁德时代将为久事集团提供动力电池维保等授权,拓宽动力电池售后衍生服务市场;完善新能源客货运、旅游交通工具数字管理平台,
北极星电池网获悉,据“江宁发布”消息,近日,江苏南京江宁招商团赴瑞典、韩国开展招商引资促进与经贸合作交流,签约引进总投资达17.67亿美元的9个外资项目。其中,江宁滨江开发区与韩国电池巨头LG新能源进行签约,总投资约8亿美元(约57.7亿元人民币),主要涉及动力电池、储能电池等生产项目。资料
近日,中建二局华东公司承建的翔蜂新能源产业园项目一期正式完工。项目位于江苏省常州市金坛区,占地约656亩,建筑面积约41万平方米,是江苏省重点工程,定位为高标准、智能化、零排放的环保型AI工厂,旨在打造国内领先的洁净厂房,配置世界先进的电池自动化生产设备,自动化率达95%。项目建成后,对蜂
根据公告显示,2023年,比亚迪集团营业额为人民币602315百万元,(约为6023亿)同比提升42.04%。其中汽车、汽车相关产品及其他产品业务的收入约人民币4834亿元左右,同比增长48.90%。2023年,比亚迪汽车销量强势领跑,实现同比超60%的大幅增长,持续创历史新高,蝉联中国车企乘用车销量第一。去年11月
锂电池行业去库存以及价格战,将是一个非常长期的过程。据工信部的数据,自2022年我国锂电池行业总产值首次突破万亿元大关之后,2023年这一数据再创新高,超1.4万亿元。同时,2023年,锂电池行业产品价格出现明显下降,电芯价格降幅超过50%。产品价格下滑的同时,产能利用率也在下滑。以锂电池头部上市
3月26日,智己汽车联席CEO刘涛在社交媒体上称,凭借纳米级固态电解质等独家专利技术,智己L6所采用的电池将成为行业首个准900V超快充固态电池,可在更短时间完成近千公里的补能。更安全的固态电解质,从电芯层面就保证电池的超高等级安全,将实现整包L0无热蔓延、不起火。除了智己,丰田、本田、长安、
2023年全年,宁德时代在磷酸铁锂电池领域的市场份额被比亚迪超过,引发市场担忧。2024年1月、2月为传统淡季,宁德时代反而以45.22%的市占率实现了排名反超,并将同比亚迪在铁锂份额上的差距拉大至16个百分点。宁德时代在稳定铁锂基本盘的同时,正通过快充铁锂、CTC等一系列措施,实现更为强劲的反攻。
据内蒙古自治区呼和浩特市清水河县人民政府网站消息,3月18日,内蒙古蒙能环保科技有限公司新能源材料与绿色纤维循环利用的源网荷储项目开工建设。该项目总投资20亿元,项目一期拟建成以红土镍矿为原料的1万吨/年电池级硫酸镍生产线,二期建成退役三元电池和磷酸铁锂电池回收利用生产线。
2023年是国内锂电池产业链企业走向海外的一年。随着中国企业全球化落子提速,电动汽车市场减速的背景下,2024年将是全球新能源产业链争霸白热化的一年,中韩两国电池之争“厮杀正酣”。(本文来源:微信公众号起点锂电ID:weixin-lddsj作者:张清辉)2023年,中企拉大了与韩企的差距,前者市占率已突破
铁锂电池上车高端车型,正在成为一股不容小觑的“新势力”。(本文来自:高工锂电,ID:weixin-gg-lb)一方面,2023年“降本”逻辑已被锂电产业链充分演绎,随着铁锂电芯价格接近腰斩、材料厂盈利不断收窄、向下继续大幅降本的空间有限,2024年的电池研发及产品策略正逐渐放大“增效”的重要性。另一方
北极星储能网获悉,近日,英国克利夫山373MW光伏项目的配备150MW储能项目申请,被当地规划委员会拒绝。该委员会的报告称,磷酸铁锂电池“比其他类型的电池更容易发生爆炸”。值得注意的是,克利夫山项目于2023年4月开始建设,投资者QuinbrookInfrastructurePartners将该设施描述为英国“最大的太阳能和
2024年开年,正极材料行业愈发处境艰难,企业面临着“生死”考验。(本文来自:高工锂电,ID:weixin-gg-lb)终端新能源车市场增速放缓、电芯价格跌下0.4元/Wh、电池制造极致降本等产业链连锁反应逐渐传导至正极材料端。三元材料方面,受到国内新能源车市场价格战、海外磷酸铁锂路线切换的影响,其市场
2月29日上午,甘肃金麟年产20万吨磷酸系锂离子电池正极材料生产线建设项目正式动工建设。该项目总投资30亿元,年度计划投资5亿元,建成后预计实现年销售收入106亿元、税收2.2亿元,将有力促进新区锂离子电池产业聚链发展。
大圆柱磷酸铁锂电池凭借其在安全性、成本、容量、性能、制造效率、灵活性及循环寿命等方面的优势,被认为在储能领域,尤其是户储和工商业储能领域具有较大的发展空间。不过,就目前来看,国内锂电企业大圆柱磷酸铁锂电池产品仍处于开发与验证阶段,并逐渐向批量生产与交付阶段发展,业界普遍认为,2024
北极星储能网获悉,欣旺达2月22日在接待机构调研时表示,公司目前已开发完成4C磷酸铁锂电池,后续将召开产品发布会;固态电池产品处于实验室研发阶段,研发进度正常,后续将根据客户需求进行配套量产。
北极星储能网讯,近日,拓邦股份发布《关于中标中国铁塔2023-2024年备电用磷酸铁锂电池产品集中招标项目的公告》。根据公告显示,深圳拓邦股份有限公司于近日收到招标代理机构发来的中标通知书,确认公司为中国铁塔2023-2024年备电用磷酸铁锂电池产品集中招标项目的中标人,中标金额约为3.40亿元(含税
据博格华纳(纽约证券交易所代码:BWA)官网消息,近日,公司宣布与比亚迪(002594)公司旗下的弗迪电池签署战略合作协议。根据该协议,博格华纳将成为仅有的一家非汽车制造商、与弗迪电池无隶属关系的本地化生产商,在欧洲、美洲及亚太部分地区拥有使用弗迪刀片电芯为商用车本地化生产LFP电池包的权利
北极星电池网获悉,据工信部消息,为进一步做好新能源汽车动力电池综合利用工作,3月25日,节能与综合利用司组织召开线上研讨会,部分省份工信部门的相关工作负责同志参加会议。节能与综合利用司重点介绍了《新能源汽车动力电池综合利用管理办法》编制进展,反馈了2023年摸底调研相关情况。各地介绍了
北极星储能网获悉,据中国宝武官微消息,3月22日,宝钢工程旗下苏州大方举行新品发布会,一款DCD型换电式电动框架运输车给业界带来全新期待。DCD型换电式电动框架运输车是一款主要适用于冶金行业的特种运输装备,车辆可满足国内外钢厂各类钢产品如钢卷、钢板、线材、钢管等的运输作业。该换电式电动框
北极星电池网获悉,据“江宁发布”消息,近日,江苏南京江宁招商团赴瑞典、韩国开展招商引资促进与经贸合作交流,签约引进总投资达17.67亿美元的9个外资项目。其中,江宁滨江开发区与韩国电池巨头LG新能源进行签约,总投资约8亿美元(约57.7亿元人民币),主要涉及动力电池、储能电池等生产项目。资料
北极星储能网获悉,据北京汽车集团有限公司官网消息,3月27日,北汽集团召开干部大会。北京市委常委、副市长靳伟出席会议并讲话,北京市委组织部分管日常工作的副部长、北京市委编办主任李世新宣读北京市委、市政府决定,北京市国资委党委书记、主任曾劲主持会议。按照市委、市政府决定,张建勇同志任
3月24日,南京某车展上一辆极氪X展车在用户体验时意外启动,造成现场5名观众受伤,相邻展台车辆受损。对此,3月24日晚间,极氪官博发布相关情况说明称,因参展车辆管理失误,未按规定开启展车模式,处于驻车舒享模式且汽车钥匙在有效适用范围内。目前极氪已紧急在全国范围内开启展车自查,避免类似风险
初春的湛江,海湾波光粼粼,城市脉络清晰。近日,以“碧海绿”为主色调的格力钛新能源经典公交车再次“游”入国家省域副中心城市广东湛江,投运于东海岛沿海重要交通干线——开发区公交500K快线(东堤客运站至东南码头客运站),为这座海滨城市再增添一道亮丽的风景线,打造“绿色海岛交通”新名片。助
北极星储能网获悉,3月21日,理想汽车发布公告,公司预计2024年第一季度的车辆交付量为7.6万辆至7.8万辆。这较此前的交付预期,下调2.4万辆至2.5万辆。李想表示,公司错误地把理想MEGA从0到1阶段(商业验证期)当成了从1到10阶段(高速发展期)进行经营。理想MEGA和高压纯电,必须经历一个与理想ONE和
北极星电池网获悉,据蜂巢能源官微消息,近期,蜂巢能源旗下全资子公司章鱼博士智能技术(上海)有限公司(以下简称“章鱼博士”)第50万套BMS产品下线仪式在保定曼德工厂隆重举行。目前,章鱼博士BMS产品不仅在国内已经搭载坦克、哈弗、欧拉、理想、领克、几何、岚图等20余款热销车型,在国际上也崭露
北极星储能网获悉,3月20日内蒙古自治区交通运输厅、财政厅印发关于修订《“十四五”推广应用新能源巡游出租汽车奖补实施细则》的通知。新修订的《细则》提出,购买符合要求的充电巡游出租车每车补贴4万元,购买符合要求的换电巡游出租车每车补贴4.5万元,以国家规定的强制报废标准计算,燃油(气)巡游
3月19日,小鹏汽车发布2023年第四季度及全年财报。数据显示,2023年,小鹏汽车实现营收306.8亿元,同比增长14.2%;亏损进一步扩大至103.8亿元,毛利率持续下滑至1.5%,汽车毛利率为负1.6%。其中,2023年第四季度,小鹏汽车实现营收130.5亿元,较2022年同期增长154%;净亏损为13.48亿元,同比收窄42.9%
北极星储能网获悉,3月24日,小米集团董事长雷军发微博称,这段时间很多人在追问,小米SU7为何迟迟不公布价格?整个汽车行业新车发布周期都比较长,从第一次发布到正式上市,长达半年。价钱,都是在产品正式发布会上公布的。小米SU7从技术发布到产品上市,只有3个月。我们计划在28日发布会上公布。这个
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!