深度解析動力電池提升能量密度的三大路徑

      2017年，國家對于新能源汽車的補貼較2016年下降幅度較大。曾有知情人士透露，一些規(guī)模較小的新能源整車企業(yè)由于補貼退坡而被迫轉(zhuǎn)行，留下來的新能源汽車整車制造企業(yè)在提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量上也開始下大力氣。但這些堅守陣地的企業(yè)該如何生存，新能源汽車動力電池能量密度提高等難題該如何解決？國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬曾就動力電池能力密度問題表示，電池能量密度不是單純指電芯級別的能量密度，而應(yīng)該是電池組級別的，是系統(tǒng)的能量密度，相關(guān)標準也已經(jīng)提高到系統(tǒng)層面。
      那么該如何提升動力電池系統(tǒng)能量密度？
      提升輕量化水平 間接提高動力電池能量密度
      以前新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)多采用鋼材料制作電動汽車動力電池托盤，現(xiàn)在很多企業(yè)都在以鋁合金材料為主。鋁合金的密度為2.7 g/c m3，無論在壓縮還是焊接等方面，鋁合金材質(zhì)都已非常優(yōu)秀。而鎂合金的密度為1.8 g/ c m3，碳纖維是1.5 g/ c m3，這些材料用來生產(chǎn)電池托盤，將可以極大地提高新能源整車的輕量化水平。王子冬認為，輕量化技術(shù)仍在不斷發(fā)展中，未來也將有更多輕量化材料問世。他表示，不僅應(yīng)研究電池托盤材質(zhì)的輕量化，從動力電池單體到系統(tǒng)，都要考慮材質(zhì)的輕量化問題，這樣才能最大限度地提高動力電池的能量密度。
      輕量化需要減輕配件重量，但不能降低配件的強度，因此材料的堅固性需要考慮。另外，采用更輕的材料，將會面臨成本上漲的問題。因此在動力電池成本還未大規(guī)模下降的情況下，實現(xiàn)整車輕量化的當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)出更可靠、經(jīng)濟的輕量化材料。在此方面，國外研究發(fā)展情況較好。2016年，沃爾沃就宣布電動汽車電池輕量化進入實用化測試階段。沃爾沃表示，如果將目前的電動汽車電池全部更換成新型輕量化材料，可以降低車重超15%，而且材料成本更低也更為環(huán)保。但我國在這方面的研究和應(yīng)用上還比較滯后，須努力追上國外企業(yè)的步伐。
      糾結(jié)鐵鋰還是三元 不如布局硅碳負極
      作為國內(nèi)兩大主流技術(shù)路線，近些年磷酸鐵鋰和三元材料的能量密度都有所提升。由于三元的能量密度更高，而補貼政策又更傾向于高能量密度產(chǎn)品，因此各大電池企業(yè)都將三元電池作為公司下一代產(chǎn)品的主力。例如，天勁股份稱目前已量產(chǎn)三元單體電芯比能量達215wh/kg，2017年還將量產(chǎn)230Wh/kg的產(chǎn)品，近期重點發(fā)展高鎳三元材料電池；比克18650圓柱第三代2.9Ah產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，能量密度約218Wh/Kg，目前重點開發(fā)高鎳811/NCA體系。但比亞迪股份有限公司總經(jīng)理沈晞?wù)J為，雖然三元和鐵鋰兩者在單體能量密度方面相差較大，但在成組后的系統(tǒng)能量密度方面相差無幾，在成本和電池儲存難度上也無較大差異。所以沈晞建議企業(yè)在提升動力電池能量密度的規(guī)劃上，可以考慮從動力電池負極材料入手，在量產(chǎn)產(chǎn)品中應(yīng)用硅材料（如氧化亞硅負極材料等），從而提升電池組的整體能量密度。
      更改電池尺寸 提升系統(tǒng)能量密度
      更改電池尺寸依然是提升電池能量密度的有效方式。雖然特斯拉選擇18650技術(shù)路線成功吸引了國內(nèi)眾多動力電池企業(yè)的追隨，但由于18650電芯單顆容量小，普遍在2-4Ah左右，串并聯(lián)數(shù)量太多，單體失效風(fēng)險概率較大，導(dǎo)致其在主流新能源乘用車和客車領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定限制。2017年，率先使用18650電池的特斯拉將目光轉(zhuǎn)向了21700電池并已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)特斯拉CEO馬斯克介紹，當(dāng)使用21700電池的Model 3汽車上市之后，將會重新審核是否選用21700電池制造Model S和Model X型號汽車。一旦審核通過，21700電池很有可能全面替代特斯拉汽車上的18650電池。據(jù)了解，特斯拉采用21700電池后，由于同等能量下，所需電池的數(shù)量減少約1/3，這將帶來整個Pack內(nèi)部金屬連接件數(shù)量的減少，從而進一步降低電池Pack的重量，整車的能量密度將得到部分提升。而這種方式也為國內(nèi)18650電池企業(yè)在提升能量密度和降成本方面提供了參考。據(jù)了解，目前國內(nèi)18650電池企業(yè)基本上都對特斯拉的方式表示認可，并且也在進行相關(guān)布局。其中，深圳比克、遠東福斯特、猛獅新能源等圓柱電池企業(yè)都明確宣稱將在未來產(chǎn)能擴充中投產(chǎn)21700電池，而億緯鋰能首條21700產(chǎn)線已經(jīng)正式投產(chǎn)，力神的21700產(chǎn)線也即將投產(chǎn)。
      同樣，對于軟包和方型電池而言，改變尺寸也可以從一定程度上提升系統(tǒng)能量密度。
      在后補貼時代，市場需要的是真正滿足消費者需求的電動汽車。新能源汽車的動力電池也絕不是用小容量的電池并聯(lián)，或者把小容量電池放大這么簡單。動力電池企業(yè)應(yīng)該從新能源汽車的整體角度進行考慮，通過多種方式提升動力電池的能量密度，逐步讓消費者擺脫“里程焦慮”。