高比能量動力鋰電池壽命衰減難題如何破局？

續(xù)駛里程是人們在選購新能源汽車時考慮的一個關(guān)鍵性指標,也是相關(guān)部門制定政策的重要考量因素,因此,新能源車企對高比能量動力鋰電池更加偏愛,在三者的助推之下,高比能量動力鋰電池漸成主流。

然而,目前技術(shù)條件下的高比能量動力鋰電池壽命衰減快,鋰電池的循環(huán)壽命與整車里程壽命不一致,鋰電池的日歷壽命與整車使用年限不一致,這給新能源汽車的推廣帶來不少困擾。

為何高比能量鋰電池壽命衰減更快?

從微觀看,鋰電池在使用的過程中,內(nèi)部會發(fā)生電解液分解、活性材料失活、正負極結(jié)構(gòu)坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等不可逆的電化學反應并導致容量下降。

尤其在高電壓和高溫條件下,高度脫鋰的正極表面極易與電解液發(fā)生反應,比如,充電狀態(tài)下的NCM811與電解液反應的活性,遠大于NCM111與電解液反應的活性。因此,充放電電壓越高、溫度越高,鋰電池容量下降越快。

從宏觀看,如何準確測量電流、電壓和溫度,做好熱管理、功率管理和能量管理?如何感知高比能量動力鋰電池的壽命狀態(tài),延長其使用壽命?毫無疑問,電池管理系統(tǒng)扮演重要角色。

從不同維度探索解決之道

關(guān)于NCM811等高比能量動力鋰電池壽命衰減過快的問題,目前業(yè)內(nèi)的解決方案多從材料、電解液、隔膜和電池管理系統(tǒng)等方面入手。

材料方面,可通過對NCM811的顆粒表面進行改性處理,提高其各項性能。由于電解液添加劑不同,電池的極化程度和極化速度也不同,因此,采用能夠降低電池內(nèi)部寄生反應的電解液,可以提高高比能量動力鋰電池的循環(huán)壽命和安全性。

鵬輝能源通過對陶瓷和聚合物多功能復合涂層的應用,提高了高比能量動力鋰電池在高溫、高壓下的穩(wěn)定性和安全性;此外,鵬輝能源還開發(fā)出硅碳負極專用的工藝體系和電解液,使電池的首效提高到86%及以上,解決了電池前50周的快速衰減問題,提高了電池的容量和實驗壽命。

在電池管理系統(tǒng)層面,同濟大學汽車學院副院長魏學哲教授提出了基于“電-熱-壽命”耦合模型的電池組優(yōu)化設(shè)計方法,可對電池單體進行阻抗測量、容量估計,采集多空間、時間維度數(shù)據(jù)。同時,該設(shè)計可保證電池組的一致性,實現(xiàn)多因素、多物理場耦合。據(jù)魏學哲教授介紹,這就是以壽命估計、預測和管理為核心的第三代電池管理系統(tǒng)(第一代電池管理系統(tǒng)以單體安全監(jiān)控為核心,第二代電池管理系統(tǒng)以SOC估計為核心),該管理系統(tǒng)有著完備的串并聯(lián)方案、均衡方案和熱管理方案,可對高比能量動力鋰電池的壽命衰減進行有效管理。

在市場需求的拉動下,桑頓新能源、國軒高科、鵬輝能源等電池企業(yè)都展開了對高比能量動力鋰電池的布局,杉杉股份等材料企業(yè)也順勢而為,在上游做好了相應布局。業(yè)內(nèi)對高比能量動力鋰電池壽命衰減問題的探索,無疑有利于動力鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,有利于新能源汽車的進一步推廣。(作者:東塘)