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【盘点】能量密度“攻坚战”打响 各种动力电池技术进展如何?

北极星储能网  来源:高工锂电网    2017/1/11 9:45:25  我要投稿  

北极星储能网讯:除了需要大幅扩张产能规模以保持竞争优势外,未来几年动力电池企业还面临着提升产品能量密度的“攻坚战”。

这场战斗的压力主要来源于国家政策。一方面,根据2016年12月出台的补贴新政,将以动力电池为补贴核心,并以能量密度为补贴调整系数的依据;另一方面,根据“十三五”规划,到2020年,国家目标要实现动力电池300-350wh/kg的能量密度。

事实上,国家政策引导之下,大力提升动力电池能量密度已成为业界共识。在近日举行的国轩高科股份有限公司第六届科技创新大会暨十周年庆典上,国轩高科董事长李缜特别指出,其实动力电池技术进步的关键就三个,一是安全,二是寿命,三是能量密度。关于能量密度问题,这是根本。

那么,如何提升能量密度?通过改变动力电池的正负极材料、隔膜等原材料体系,是业界公认的关键途径。对于动力电池的主流技术路线,资深人士认为将由磷酸铁锂/石墨、三元/石墨、高镍三元/硅碳再到固态锂空气金属的方向演进。

高工锂电网调研发现,为提升能量密度、把握好技术路线,进而在未来激烈竞争中占据技术优势,不少动力电池企业作了充分的规划与技术储备。截至目前,这些企业技术储备程度如何,离产业化距离有多远,值得捋一捋以供业界参考。

值得一提的是,一些动力电池企业为把握住新能源汽车细分领域的机会,在原有材料体系基础上做了一些突破。这种现象在2016年表现尤为明显,预计2017年会出现更多看点。

且看下文:

1、高压实磷酸铁锂材料电池

高工锂电网了解到,自2016年11月份开始,动力电池企业开始大规模缩减磷酸铁锂电池产能。这种现象的出现与新能源汽车补贴新政有直接关系。

新补贴方案以电池系统能量密度为补贴标准,特别是新能源客车的补贴受动力电池的性能等级差异较大。尽管目前不少电池企业的磷酸铁锂单体电芯能量密度可以做到了120-140wh/kg,但成组后的电池系统能量密度大多不超过100wh/kg。这意味着大部分已经申报的大部分车型只能获最低档补贴标准,从而严重打击车企发展纯电动客车的积极性。

在此情况之下,为配合车企拿到尽可能多的补贴,动力电池企业只能停止生产现有不达标的产品,在短期内通过制造工艺升级、优化PACK方案等提升电池系统能量密度,同时要求正极材料企业研发更高性能的磷酸铁锂材料。这主要指高压实磷酸铁锂材料的研发,但需注意的是,从产品经过测试再到批量生产进入电池厂供应链,最快也要4-5个月的时间周期。

2、高镍三元材料电池

随着三元电池的安全性逐步得到验证,加之消费市场对于续航里程的需求提升,国家政策又倾向扶持高能量密度动力电池,在能量密度上具有显著优势的高镍三元材料电池被业界普遍看好,成为众多动力电池企业的研究热点。

不过,高工锂电网经多方采访了解到,虽然国内大型动力电池企业都将高镍三元材料电池作为下一代动力锂电池的研发目标,但目前基本仍处于研发测试阶段,都未批量生产,离大规模产业化有一定距离。

业内人士指出,高镍三元材料电池的安全性受正极材料制备、制造环境、生产设备、电芯制造工艺等多重因素影响。其中,高镍三元正极材料的不成熟和高镍三元电池制造工艺技术尚未突破是阻碍其产业化的主要原因。

3、固态电池

中国工程院陈立泉院士表示:“2014年我就提出争取5年实现全固态锂电池产业化,全固态电池是我们实现领跑的难得机遇,我国40年前就开始研究,我们有基础。”在他看来,电动汽车产业中长期发展需要进行技术储备,而固态电池有望成为中国下一代车用动力电池主导技术路线。

陈立泉院士的观点得到了业内人士的支持。在近期成功举办的高工年会上,海四达董事长沈晓彦表示,现有的材料体系已经无法达到国家规划的指标(针对根据《节能与新能源汽车技术路线图》,2020年的纯电动汽车动力电池的能量密度目标为350wh/kg,2025年目标为400wh/kg,2030年目标为500wh/kg),而固态电池有可能成为新能源汽车下一代动力电池的技术发展路线。

事实上,高工锂电网调研发现,一大批国际领军企业都已经积极开始做固态电池的储备研发,也不乏一些初创公司,研究类型有聚合物固态锂金属电池、氧化物锂金属固态电池、硫化物固态电池等。

不过,全固态电池尚处在研发早期,离实现产业化有较大差距,主要有两个问题:一是固态电解质在室温条件下的离子电导率不高;二是固态电解质与正负极之间界面阻抗比较大。

目前业界的共识是,认为现在谈全固态锂电池的产业化还为时尚早,因为与其配套的材料、设备、工艺还不成熟,甚至连生产的设备都没有。高工产研锂电研究所(GGII)建议,要实现全固态电池的大规模产业化,技术突破很关键,而且材料、工艺、设备都需要相应提升。

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