浅析新能源汽车动力电池研发方向

叶帮彬



浅析新能源汽车动力电池研发方向

叶帮彬

（四川希望汽车技师学院，四川 资阳 641300）

新能源汽车的发展是一个系统工程，包括整车的正向研发、“三电”核心技术、轻量化、智能化等很多方面，但是最基础和最重要的应该是电池技术的突破，它是破解电动汽车里程焦虑、成本过高、性能提升等诸多难题的关键要素。文章主要介绍了动力电池电芯技术的革新和固态电池的研发方向。未来的五年内，也就是到2023年左右，动力电芯产品的研发和落地，以及工艺研究方面到底能进展到多大的幅度，值得仔细研究。

动力电池；电池电芯；NCM；固态电池

1 动力电池电芯技术的革新

从中国新能源汽车推广示范开始，逐渐形成了磷酸铁锂的主体地位，从2010-2015年，三元锂则是后来居上。2015年的新能源汽车市场中，三元锂和磷酸铁锂电池的配套占比还是“三七开”，2018上半年三元锂已开始反超。

动力电池从磷酸铁锂往三元锂路线的转移并不是一蹴而就，如图1所示，在国内快速转化之前，国外电池企业已经在电芯化学体系上做了一些变革。之所以给我们“忽如一夜春风来”的感觉，主要还是我们在磷酸铁锂的路线上坚持了比较长的时间。

目前国内三元材料动力电池体系均为镍钴锰酸锂（NCM）。镍具有提高材料能量密度的作用，根据三种过渡金属离子占比不同，分为低镍的NCM424、NCM333、NCM523和高镍的NCM622、NCM811等材料。其产业化进程主要是从低镍的NCM333、523等向高镍的622、811 方向发展。对于整车而言，动力电池有四大关键问题需要重点突破：

（1）电芯价格：随着新能源汽车补贴不断退坡，未来的电池价格需要继续往下降。分阶段来说，在2021年初，电芯价格需要往下探到0.7元/Wh，约100美金/kWh；到2023年进一步降低到6毛/Wh，约80美金/kWh。

（2）电芯寿命：现有NCM523体系的寿命大概是8到10年左右，重度使用的话耗损更快，预期是把寿命延长到10年。

图1 国外典型企业的电芯化学体系路径演进

（3）电芯安全：提高电芯的安全性，改良的做法是逐步优化电解液配方、隔膜等关键因素，需要更源头化的安全机制。

（4）电芯能量密度：补贴政策每年都会给电池能量密度刻画新的基准线，国家也定下了《汽车产业中长期发展规划》，到2020年实现电池单体能量密度300Wh/kg。

表1 现有锂电技与下一代锂电技对比分析表

我们重点探讨一下电池比能量对电动汽车发展的影响。目前主要的纯电动汽车平台规划可以分为以下几个档次。电池装载量普遍会从40kWh开始，想要获取更长续航里程光增加电池是不够的，电池本身的体积和重量都大，堆积得越多，反而会导致能耗增加续航减少。

表2 不同车型的电池能量及对应续航比较

目前主流的电池系统能量密度在140kWh/kg-160kWh/kg之间，续航里程设计已经普遍达到350-400Km。国内高端电动车型的规划是在2020年左右，通过电芯设计的优化，往上把续航里程提高到500Km。目前来看国外的大众MEB平台、宝马的iNext系列和奔驰的EQ系列都是规划了不同的能量密度，通过控制总的电池装载量来选择。根据制造层面环境控制的要求，短期内也有个产线改造的过程。圆柱型动力电池已率先实现高镍产品量产，方形、软包电池突破在即，预计2019年行业将迎来高镍产品量产的普遍性突破。

2 固态电池应用还有多远

从主流电池供应商的反馈来说，未来五年的电芯层面的技术研发可能较快，但是为了符合车辆的要求，实际应用的迭代速度其实并没有我们想象的更快。因此有部分汽车企业已经在尝试固态电池，以跨越式的路径来解决问题。

前段时间，大众宣布向QuantumScape投资约1亿美元，目标是在2025年研发并拥有可量产的固态电池。大众从很多年前开始关注QuantumScape，2014年12月已持有后者5%的股权，如今的1亿美元为新增投资，这也说明大众对于后者的技术实现可能性较为确定。在日本电池制造商及本田、日产和丰田三大主要汽车制造商将联合研发固态锂离子电池。但是根据企业的表态来看，时间节点要在2025年后。

日产研究与先进工程高级副总裁Takao Asami接受采访说，2025年前，固态电池技术还没完善到用于电动汽车中，障碍包括成本和生产难度等，现在基本上都还处于初始研究阶段。这也说明，固态电池在研发层面需要在内部和外部创新公司共同解决，短期内无法派上用处。

3 结束语

近五年的动力电池电芯技术每年都有一些逐步的提升，但考虑到要支撑整个电动汽车的快速普及，电芯层面的创新速度可能不及我们的预期。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）也至关重要。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。

[1] 史利民.我国新能源汽车产业现状及发展趋势[J].电器工业.

[2] 杨帆,孔方方.国内外新能源汽车动力电池发展及供求现状[J].上海汽车.

[3] 郑香伟.新能源汽车动力电池应用现状及发展趋势[J].内蒙古科技与经济.

[4] 郭强,郑燕萍，孙伟明.新能源汽车动力电池关键技术的研究现状[J].山东工业技术.

Research and development direction of new energy vehicle power battery

Ye Bangbin

（Sichuan Hope Automobile Institute, Sichuan Ziyang 641300）

The development of new-energy vehicles is a systematic project, including the forward development of vehicles, the core technology of "three electric power", lightweight, intelligent and many other aspects, but the most basic and most important should be the breakthrough of battery technology. It is the key factor to solve the problems such as mileage anxiety, high cost, and performance improvement of electric vehicles. This paper mainly introduces the innovation of power cell core technology and research and development direction of solid state battery. In the next five years, that is, around 2023, the development and landing of power core products, and how much progress can be made in process research, it is worth our careful study.

power battery; battery cell; NCM; solid state battery

U469.7

B

1671-7988(2018)20-33-02

叶帮彬，就职于四川希望汽车技师学院。

U469.7

B

1671-7988(2018)20-33-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.011