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动力电池要求 300Wh/kg比能量目标如何实现 668866com:

正极材料:高镍三元,或者富锂锰基

1月17日,“新一代锂离子动力电池产业化技术开发”项目在宁德启动。该项目由福建省科技厅重点推动,宁德时代与中科院物理研究所等单位联合申报,研发以高镍三元材料为正极、硅碳复合物为负极的锂离子动力电池,可将锂离子动力电池的比能量从目前的150~180Wh/kg大幅提高至300Wh/kg以上,成本也将显著降低。

电流:C/20,或C/3

高工锂电整理了国轩高科、天津力神、宁德时代三个新能源汽车重点专项的进展情况,且看下文:

3月1日,四部委印发了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》通知,明确指出了当前动力电池存在的不足和今后的发展方向。通知中将提高电池比能量作为今后的重点发展目标之一,关键指标和时间节点如下:

项目团队围绕高比能、高安全、长寿命动力电池的开发,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。

668866com,2016年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》提到了纯电动汽车动力电池的比能量目标是2020年350Wh/kg,
2025年是400Wh/kg,
2030年是500Wh/kg。该目标与四部委提出的指标很接近,也在业内引发了热议。我们梳理一下2016年媒体报道的各大电池企业的比能量目标和实现路径:

进入2017年以来,科技部先后在其官网发布该重点专项的进展情况,高工锂电分析认为,动力电池作为新能源汽车的核心零部件,提高能量比的密度非常关键,只有这样才能够比传统汽车变得效率更高。只有通过这种方法电动汽车的成本才可能不断降低,国家层面以专项扶持的形式来推动企业、科研机构共同协作进行研发和突破,对于未来的动力电池的技术升级以及产业化发展将起到积极作用。

力神:正在开发200-250Wh/kg的产品,圆柱电池已经可以达到250Wh/kg,2020年争取达到300Wh/kg,采用第三代富锂锰基层状材料和硅负极材料

据宁德时代新能源科技股份有限公司市场部总监杨琦介绍,宁德时代一直致力于推出更快、更安全、更高效的创新产品和技术。除了快充电池,在高能量密度电池方面,宁德时代的技术规划是2020年之前电池能量密度要做到300Wh/kg,2025年以后,有进一步提高能量密度的规划。

正极电极:335g/m^2,3.0g/cm^3

目前,采用高镍正极材料匹配硅基负极材料实现单体电池能量密度达281Wh/kg,1C倍率充放室温循环350次容量保持80%;采用富锂正极材料匹配硅基负极材料实现单体电池能量密度达302Wh/kg,0.5C倍充倍放室温循环195次容量保持80%。

  1. 到2025年,单体比能量达500Wh/kg

提升产品能量密度是动力电池企业赢得新能源汽车市场的一把“利剑”。为此,在政策的牵引下,各大主流动力电池企业都在大力投入研发,通过改进正负极材料、隔膜、电解液等原材料体系及优化PACK结构等,希望尽可能快地提升电芯及电池系统能量密度。

正极材料:高镍层状三元

今年4月,工业和信息化部、国家发展改革委、科技部联合印发了《汽车产业中长期发展规划》。规划的新能源领域的阶段性目标是,到2020年,动力电池单体比能量达到300瓦时/公斤以上,力争实现350瓦时/公斤,系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下。到2025年,动力电池系统比能量达到350瓦时/公斤。

负极电极:2.1g/cm^2

高工锂电获悉,在该新能源汽车专项中,对于动力锂电池类申报项目考核指标如下:

从所有公开的信息可以看到,中国各大电池企业实现300Wh/kg的技术路线可以归纳为:

科技部网站5月19日消息称,在国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项的支持下,由合肥国轩高科动力能源有限公司牵头承担的项目“高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”取得了阶段性进展,开发完成能量密度达281Wh/kg和302Wh/kg的电池单体样品。

下面我们看一下日本电池企业的情况。在日本NEDO(New Energy and Industrial
technology Development Organization of
Japan)的牵头下,日本电池企业都积极参与了高能量电池的研究和投入。例如,我们看一组2016年日立Hitachi的数据:

该项目将在2020年产业化应用,届时开发的高比能动力电池,将把电动车续航里程提升一倍,达到450~500公里。该项目的实施将有效提升动力蓄电池产业国际竞争力,对我国在新能源汽车纯电驱动技术领域实现弯道超车,大力提升电动汽车产业技术水平具有显著推动作用。

图1 Hitachi 30Ah电池数据

2、高比能量锂离子电池技术(重大共性关键技术类):考核指标:电池单体能量密度≥300Wh/kg,循环寿命≥1500次,成本≤0.8元/Wh,安全性等达到国标要求;年生产能力≥2亿瓦时,产品累计销售≥3000万瓦时或装车数量≥1000套。

负极材料:硅基材料

1、动力电池新材料新体系:考核指标:新型锂离子电池样品能量密度≥400Wh/kg,新体系电池样品能量密度≥500Wh/kg。

宁德时代:2016年可以做到200-250Wh/kg,“十三五”期间希望实现350Wh/kg目标,材料体系为高镍三元/硅碳材料

4月13日科技部网站消息,由天津力神电池股份有限公司牵头承担的项目“高比能量密度锂离子动力电池开发与产业化技术攻关”开发完成能量密度达260Wh/kg的动力电池单体,相比目前电动汽车普遍使用的动力电池能量密度提升了30%。

放电下限电压:2.0V

事实上,为了达到能量密度不断提升的目标,国家政策层面还专门设立了新能源汽车重点专项来推动代表性企业进行能量密度的攻坚战。2015年底,科技部、财政部、发改委会同相关部门重点布局“新能源汽车”重点专项。

综合来看,
单纯实现300Wh/kg的目标在2020年基本是可行的。问题是:实现了这个目标是否就表示能用在电动汽车上呢?答案肯定是否定的。汽车动力电池是一个系统工程,满足比能量要求只是条件之一,其他性能(充放电倍率、功率、寿命、安全性等)也是至关重要的。在实现高比能量的目标的基础上,综合发展、提高其他各项性能指标,还需要投入更多的时间和精力。

2016年6月,科技部发布“新能源汽车”等10个重点专项,在新能源汽车重点专项中,三家锂电池企业申报项目在列。其中,合肥国轩高科《高比能量动力锂电池的研发与集成应用》项目中央财政经费1亿元,宁德时代新能源《新一代锂离子动力电池产业化技术开发》项目中央财政经费1亿元,天津力神《高比能量动力锂离子电池开发与产业化技术攻关》项目中央财政经费9104万元。

国轩高科:2020年目标是300-350Wh/kg,采用高镍三元正极材料,硅基负极材料,5V高电压电解液

国轩高科

这里我们来主要看一下在锂离子电池体系下的比能量发展途径。

项目团队围绕提高动力电池重量比能量密度、大幅提升循环寿命等方面开展了深入研究和技术攻关,包括研制新型高镍正极材料、硅碳复合负极材料以及新型电解液等;已开发完成重量比能量密度达260Wh/kg的单体电芯,在350次充放电循环后容量保持率达到83.28%;同时开发出了能量密度达280Wh/kg以及300Wh/kg的动力电池样品。

尽管锂硫电池、金属空气电池、固态电池的研究历史已经很长,但是其技术进步还是比较缓慢。如今各种交叉学科发展已经有了较大进步,这将有助于继续开发这些电池体系,期待能有突破。

该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。

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天津力神

3.
力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用

宁德时代

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