中國儲能網(wǎng)訊：由于傳統(tǒng)鋰離子電池存在安全、壽命、一致性、成本等方面的不足，鋰離子動力電池作為新能源汽車的核心部件，已成為制約電動汽車發(fā)展的關鍵因素。
近十年來，隨著美國、日本、韓國、中國、歐洲的一些國家和跨國公司持續(xù)投入巨資持續(xù)開發(fā)，鋰離子動力電池關鍵原材料的電化學性能、安全、循環(huán)壽命等有了顯著提升，成本有了大幅度下降。同時，以日本、韓國為代表的動力電池裝備技術也取得長足進步。在此基礎上，動力電池企業(yè)通過對高性能電池技術持續(xù)開發(fā)及制作工藝的持續(xù)改善，動力電池技術已取得巨大突破，動力電池的規(guī)?；瘧靡呀?jīng)成為可能。
以我國為例，工信部2012年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》指出，到2015年我國純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產(chǎn)銷量力爭達到50萬輛；到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn)能力達200萬輛，累計產(chǎn)銷量超過500萬輛。
本文分為三個部分，分別介紹國內外動力電池技術發(fā)展現(xiàn)狀、高能量密度正極材料及動力電池未來技術路線展望。
國內外電池公司能量型動力電池技術發(fā)展現(xiàn)狀
目前量產(chǎn)的鋰離子動力電池產(chǎn)品能量密度普遍偏低。國外以日本、韓國的企業(yè)為例，普遍采用層狀鎳鈷錳三元+尖晶石錳酸鋰體系正極材料，單體電池能量密度約160Wh/kg；而國內普遍采用橄欖石型磷酸鐵鋰為正極材料，單體電池能量密度不超過140Wh/kg。動力電池能量密度偏低問題制約了電動汽車的行駛里程，直接阻礙了純電動汽車的市場推廣。國內外主要動力電池企業(yè)已經(jīng)量產(chǎn)能量型動力電池產(chǎn)品關鍵指標及配套供貨企業(yè)見圖表1。
鋰離子電池的能量密度計算方法為：電池能量除以電池重量，而電池能量在數(shù)值上等于鋰電池放電中值電壓和容量的乘積。簡言之，鋰離子電池能量密度取決于正極材料能量密度和負極材料能量密度以及它們之間的匹配程度。
現(xiàn)有的鋰離子電池負極材料多以石墨為主，高容量石墨的單位容量可達到360mAh/g。相對于石墨，鋰電池正極材料的單位容量則少得多，如鈷酸鋰正極材料為140mAh/g；磷酸鐵鋰正極材料高些，為160mAh/g，三元正極可達到180mAh/g以上。可以這么說，正極材料單位容量已經(jīng)成為決定鋰離子電池能量密度的主要因素。
由前述鋰離子電池能量密度的計算方法可知，通過采用高容量正極或高電壓正極，可顯著提升單體電池能量密度。目前正在開發(fā)的高能量密度正極材料信息見圖表2。
根據(jù)2011年NEDO公布消息，日本政府已集合多所大學及企業(yè)進行高能量密度電池的研究，計劃到2020 年達到250Wh/kg(可支持電動車行駛300 公里)，2030 年達到 500Wh/kg(可替代傳統(tǒng)燃油汽車的水平)。當前，我國較好的磷酸鐵鋰電池能量密度可以達到 130Wh/kg，能夠支持行駛130 公里。高比能正、負極材料開發(fā)是未來動力電池比能量大幅度提升的主要途徑。我國部分電池企業(yè)正進行下一代電池的研發(fā)，采用三元材料與改性錳酸鋰等，預計2015年上半年量產(chǎn)動力電池能量密度可達180Wh/kg，不額外增加電池數(shù)量情況下可支持續(xù)駛里程達到 200 公里。技術路線上，按照未來動力電池的能量密度高低來劃分，可分為以下幾類，具體見圖表3。
小結
隨著高能量密度正極材料研發(fā)與批量化制造技術的成熟，加上逐步完善的鋰離子電池制造工藝技術，動力電池的能量密度和一致性有望得到大幅度提高。未來幾年內，高能量密度鋰離子電池在電動汽車領域應用規(guī)模必將呈幾何數(shù)量級增長。高能量密度動力電池安全性差的問題，則有望通過陶瓷涂層隔膜、阻燃電解液等技術手段來改善。電動汽車安全性可通過改進電源管理系統(tǒng)技術來實現(xiàn)保障。
