48V混合动力车市场与先进电池用电解液的技术发展

王倩

摘要：对48V混合动力系统的国内外现状，48V混合动力系统的优点，48V混合动力系统的关键材料电解液的技术发展进行了总结和分析，从而更好的推动48V混合动力车市场与先进电池用电解液的发展。

关键词：48V混合动力车;电池;电解液;发展

一.48V混合动力系统的国内外现状

从世界汽车市场来看，油电全混（HEV）和微混（MHEV）/轻混（LHEV）车辆在持续发展中。2018年3月法国著名电池咨询公司“AVICENNE ENERGY”发布的市场与技术发展报告指出，2017年日美与欧洲的HEV市场销售达到了280万辆，其中，欧洲市场销售增长了50%。预计2020年增至360万辆，2025年进一步达到500万辆。“报告”给出的数据显示，在欧洲市场上具有起停功能的乘用车已经非常普及，2017年达到2000万辆以上，同时继续呈日益增长态势，预计2020年微混车辆市场销售将至少达到3500万辆以上。

国际能源署（IEA）预测，2030年时，90%以上的乘用车还是要有发动机;2050年时，仍然有58%配有发动机;发动机中，85%是混合动力汽车。国际能源署认为，很长时间里混合动力还是乘用车主流的动力技术。、

国家节能乘用车总体技术路线中指出，大力发展混合动力2020年占比达到8%，油耗4L/100km，2025年占比提升至20%，油耗3.6L/100km，2030年占比提升至25%，油耗3.3L/100km同时提升电子电器节能效果，大力发展48V系统，电动空调、EPS等技术成为标配、持续降低电能损耗。48V系统具有滑行起停、能量回收、电机助力及电爬行等功能，不仅在节油性能方面有优异表现，对车动力性也有大幅提升，可完全取代12V怠速起停系统，节油率可达到10%左右。

尽管国内依然是纯电动车（含插电式和增程式电动车）市场发展的一枝独秀（这在很大程度上是国内对纯电动车采取扶植、特别是補贴政策所致），但在此情况下，在48V混合动力车系统上，吉利和比亚迪两家企业依然坚持在做48V混合动力车系统的自主研发，随后，北汽、一汽、上汽、江淮、长安、风帆等汽车厂企业也在开发应用48V电驱动系统的乘用车。

减低汽车排放是治理大气环境的重要措施，因此我国要大力发展低排放车辆。混合动力将成为乘用车发展主流，而当前我国普通混合动力汽车销售量占比远远落后于世界各国。

二.48V混合动力系统的优点

48V混合动力系统的主要优点有两个，一个是节油，一个是减排放。因为柴油发动机的效率比汽油高，曾经很多人认为柴油车是未来的发展趋势。但柴油车排放问题出现以后，世界各国柴油车的应用量急剧下降。因此，人们需要开发另外一种节能技术来实现节能减排。48V混合动力系统从成本、性能和节油率上，有很大的吸引力，所以，近几年，48V混合动力系统不仅仅在中国，在欧洲也得到迅速发展。

在实际驾驶体验中，48V系统具有滑行起停、能量回收、电机助力及电爬行等功能，不仅在节油性能方面有优异表现，对车辆动力性能也有大幅提升，可完全取代12V怠速起停系统，节油率可达10%左右。

同时，48V电驱动系统成本大多在6000元/套以下，预测2年内最低成本可降至4000元/套，具有良好性价比。

三.48V混合动力系统的关键材料电解液。

从锂离子电池放电过程可知，锂离子从负极里脱出后首先进入SEI，然后在SEI中传导，再进入电解液中被溶剂化，接下来溶剂化的锂离子在电解液中传导，到达正极表面后首先脱溶剂化进入CEI，然后在CEI中传导，最后嵌入正极。其中每一步都对应一个阻抗，阻抗的大小与很多因素有关。为了提高锂离子电池的功率和低温性能，就必须降低整个过程的各种阻抗。当然，受电解液的成分和温度等多种因素的影响，这些阻抗各有不同。

1.溶剂

众所周知，羧酸酯溶剂可以显著提高电池的低温性能，尤其是在-30℃以下的温度下，羧酸酯类溶剂的性能显著优于碳酸酯类溶剂。但羧酸酯类溶剂对负极SEI具有一定的破坏作用。比如常用的羧酸酯溶剂EP，用在磷酸铁锂电池上，低温放电平台有明显提高，但是高温储存性能和循环性能会显著下降，说明该溶剂对负极的SEI有明显的破坏作用，目前来看并不适合作为动力电池的溶剂。

由于轻混及微混车对功率特性及低温特性的要求很高，采用大量低粘度的线性碳酸酯（DMC和EMC）是目前的必然选择。由于EMC的粘度高于DMC且介电常数低于DMC，因此用EMC替代部分DMC会增加电池在常温下的DCIR，但是一定量的EMC取代DMC后能够提高电池的低温性能，其原因可能是由于EMC与锂离子的溶剂化作用弱，降低了低温下脱溶剂化这一步的活化能。环状碳酸酯（EC和PC）由于介电常数高且粘度大，在电解液中的含量需要综合考虑室温功率特性和低温性能来确定。

2.新型添加剂

具体到48V混合动力系统原材料电解液上，首要解决的问题就是提升轻混/微混用12-48V锂离子电池的功率特性及低温性能，需要将电解液的三要素合理搭配，电解液的核心是添加剂，如何选择和组合添加剂是一种平衡的艺术。

以特殊的成膜添加剂为例，对比了空白、添加了不同比例的PS和DTD的电解液充放电时的数据显示，添加了成膜添加剂DTD的充放阻抗更低，容量保持率较高。综合二者的因素，选择添加成膜添加剂DTD的较为适合。

同时，从膜的厚度来看，添加了DTD的成膜添加剂的正极膜CEI膜比添加VC和空白的电液的薄，添加了成膜添加剂DTD的负极膜SEI膜比添加VC和空白的电液的薄。说明DTD 是一个较为适合的特殊成膜添加剂。

3.锂盐型添加剂

从降低界面阻抗，提高电导率的角度考虑，可以选择添加锂盐型添加剂，如LiPO2F2、LiDFOB等新型锂盐，部分替代原有锂盐或者直接添加新型锂盐添加剂。

总上所述，48V混合动力系统是未来要重点推广的产品，具体到原材料电解液上，针对48V混动系统要求的降低界面阻抗、提高低温特性和提高电导率的要求去考虑，电解液选择低粘度的线性碳酸酯（DMC和EMC）溶剂、合适的特殊成膜添加剂（如DTD、TMSB等）和 锂盐型添加剂（如LiPO2F2、LiDFOB等）是当前的研发方向之一。