钜大LARGE | 点击量：830次 | 2018年11月02日
动力锂电池密度还能提高吗？
目前，我国新能源汽车市场上的纯电动汽车搭载的动力电池，大多数为三元锂材料或磷酸铁锂材料电池。尽管相比铅酸和镍氢电池，能量密度已经有了极大的提高，但是依然难以破解消费者的里程焦虑困扰。毫无疑问，现阶段阻碍新能源汽车产业化的主要因素是动力电池技术瓶颈。但是，现阶段电池增容存在困难，减重是一条可行的办法。
动力锂电池密度还能提高吗？减重和新电池研发皆可行
锂离子电池密度还能提高吗
现在，无论是三元锂材料电池还是磷酸铁锂电池，基本由四大关键部分组成，即正极、负极、电解液和膜。一位不愿透露姓名的电池研究专家向记者表示，现在基于这四种组成部分的锂电池，再提高能量密度并做到产业化应用，可能性不大。事实上，2020年动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg，现在距离2020年还有5年时间，但可以产业化的下一代动力电池还没有浮出水面。
上海市机动车检测中心副主任缪文泉认为，提高动力电池比能量的技术途径有很多：一是工艺进步，如今电池工艺设计已相对成熟，提高电池比能量的空间不大；二是材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸铁锂和三元锂为正极、碳材料为负极的锂离子动力电池在能量密度上很难有大的突破；三是新材料、新体系，即开发高比能新材料、发展动力电池新体系是未来动力电池比能量大幅度提升的主要途径。“一项新技术从实验室走向应用，往往要经历很多年的时间。”缪文泉表示。他认为，2020年并不是一个遥远的未来，目前还没有看到任何确定性的解决方案，能达成上述目标的新一代动力电池体系屈指可数。他透露，目前日韩正在研究胶体电池，这是一种没有电解液和隔膜的新型电池，有可能给电池带来质变，但是现在还没有产业化的消息。
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为电池减负是可行方式
如果现阶段不能有效地提高电池能量密度，那么是不是可以考虑从给电池包整体减重的角度去提高能量密度呢？中国电池工业协会张旻昱博士告诉记者，这个思路完全可行。她表示，动力电池电池包中，电芯的重量一般占比在1/3~2/3之间，其余部分为电路板、壳体等配件。如果将这些配件的重量有效降低，同时维持现有电芯能量密度，电池包整体的能量密度会有一个明显的提高。
在2010年前后，动力电池包因为安全等需要，往往采用金属外壳，电池包整体能量密度很低。后来更换高聚合物外壳后，能量密度有了大幅提高。张旻昱表示，电池包能量密度是一个系统问题，提高电芯能量密度是一个直接手段，但是做好电芯的布置，电路的规划，减轻壳体重量，为电池减负，也是提高电池能量密度的一个有效手段。
在实际应用中，记者了解到北汽新能源EV200车型的电池箱下箱体使用铝合金材料，上盖采用复合材料，能够有效减重几十公斤。北汽新能源副总经理王可峰表示，通过降低电池整体重量，可以实现整车减重，是提升电池箱能量密度的一个有效手段。另外他表示，更换更轻材料一般都会导致电池成本的上涨，现在北汽新能源也在加紧这方面的研究，争取应用更轻更强成本更低的材料。
未来新电池研发与减重并行
根据国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中提及的目标，今年动力电池模块的能量密度达到150Wh/kg(折算成单体电池，其能量密度大约需要达到170-190Wh/kg)，至2020年动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg(对应的单体电池能量密度至少达到330Wh/kg以上)。
张旻昱表示，为了达成300Wh/kg的目标，研发新电池与电池包减重需要并行。她介绍，动力电池因为装配在汽车之上，需要经过各种工况的测试，要保证一定的结构安全。将钢壳换成碳纤维壳或其他材料的外壳，只要能保证强度要求，完全可行。电池包另一项重要指标是散热与均热能力。如果电池组局部过热，会导致电池内阻不一致，电芯放电容量下降，那些放电不充分的电芯从某种意义上说，为电池包增了重。“电池包能量密度达到300Wh/kg，光靠为电池减重可能是无法达到的，但是动力电池作为一个系统，这方面的作用不容忽视。”张旻昱说。中国电动汽车百人会副秘书长王贺武表示，在动力电池的制造上，中国并不落后外国同行。但是国内企业比较缺乏基础性研究，过度追求高比能量电芯，应该均衡发展，在研发新型材料电池的同时，重视对现有电池体系的减重。
电池减重依赖产业化进程
电动汽车动力电池现在售价比较昂贵，以北汽新能源EV200为例，电池成本几乎占据整车成本的一半左右。如果在此基础上，更换轻型材料，成本还会上涨。这是很多整车厂暂时没有采用新型材料的最大原因。另外，新型材料是不是能为消费者接受，也是整车厂需要考虑的一个问题。在纯电动汽车使用成本比较低的情况下，消费者对轻型材料的需求并不高，也从另一个方面制约了轻型材料的应用。
从短期内看，为电池“减负”有点费力不讨好。部分整车厂负责人向记者反映，如果产业链比较成熟，新能源汽车产销量进一步放大，新型材料才有可能大量使用。对于半年销量只有7万余量的新能源汽车来说，这确实是大实话。一位业内专家给记者讲过一个他自己的经历就很说明问题。
这位专家从事新能源汽车的研究工作，所以购买了一辆电动汽车使用。在一次倒车时，不小心撞上了墙，后保险杠和后车窗损坏。他把车送回4S店维修，本以为一个星期就能修好，结果等了一个月才修好。维修费也吓了他一跳，维修保险杠和后车窗竟花费1万多元。专家很不解，向4S店咨询，被告知因为整车厂产量不高，没有配件，一个月里大部分时间在等配件。另外因为配件非常贵，维修费也远远高出传统汽车。专家最后感叹：“都是因为量少啊。”
电池减重需要产业化进程的加速，其实放大到整个新能源汽车而言，也同样依赖产业化进程的提速。今年上半年，新能源汽车市场产销两旺。按照这种势头，今年全年销量有望突破20万辆。在这样一个量级上，产业链会进一步成熟，零部件成本有望进一步下降。
就目前情况来看，小批量的示范运营和大规模的市场化运营中间，远远不是一个简单的数量累加。车企要加大研发投入尽快实现技术的进步，突破技术的门槛和壁垒，提升续驶里程，快速摊薄成本，最终实现幼稚产业在最短的时间内成长和成熟起来。
条条大路通罗马
从目前看，提升动力电池能量密度的方法比较有限，除了研发新型电池以外，无外乎增加正极活性物质的重量和减少电池组配件重量两种方法。对前一种方法而言，能够直接增加电池能量，但是带来的问题也比较多，如安全性的下降和局部过热问题。后一方法效果虽然不那么直观，但是也能达到第一种方法的目的。
减轻配件重量但不能降低配件的强度。从现在电池研发的情况看，我国在这方面的研究和应用比较滞后。在材料学的研究上，我们必须承认和国外还有一定的差距，尤其是在基础研发上。另外，用更轻的材料替换原有较重的材料，普遍面临成本上涨的问题。在动力电池已经很昂贵的情况下，整车厂采用这种方法的可能性不大。
但是，从国外研究的成果看，寻找一种强度大、重量轻且成本低的材料是可能的。前段时间，沃尔沃汽车宣布电动汽车电池轻量化进入实用化测试阶段，沃尔沃表示，新电池材料成本更低，也更加环保。如果将目前的电动车电池全部更换成这种新型材料，可以减低车重超过15%，效果是显而易见的。
通过电池的重新排列布置也是提高系统能量密度的有效手段之一。例如通过对电芯尺寸的研究设计，与整车布置相匹配，更高效放置更多的电池，从而使电池箱体积不变，增加电芯数量，实现更长的续驶里程。总之，提高电池能量密度，完全可以通过各种方法去实现。
除了要长远规划之外，汽车企业眼下的当务之急是研发出更可靠、经济的轻量化材料。在电池技术面临瓶颈的时期，多从轻量化的设计理念思考是电动汽车技术革命的一个重要推力。无论未来新型电池是由何种材料构成，组成电池包的材料基本可以通用，短期看可能收益不大，但从长远来说，这种基础性研究不会徒劳无功。
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