深度解析動(dòng)力電池提升能量密度的三大路徑

　　在補(bǔ)貼金額與電池系統(tǒng)能量密度掛鉤的壓力之下，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池制造企業(yè)都加緊了研發(fā)新一代高性能動(dòng)力電池的步伐。除了通過(guò)動(dòng)力電池輕量化提升電池系統(tǒng)能量密度之外，硅碳負(fù)極材料的使用也是提升動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度的有效方式。

　　2017年，國(guó)家對(duì)于新能源汽車的補(bǔ)貼較2016年下降幅度較大。曾有知情人士透露，一些規(guī)模較小的新能源整車企業(yè)由于補(bǔ)貼退坡而被迫轉(zhuǎn)行，留下來(lái)的新能源汽車整車制造企業(yè)在提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量上也開始下大力氣。但這些堅(jiān)守陣地的企業(yè)該如何生存，新能源汽車動(dòng)力電池能量密度提高等難題該如何解決？國(guó)家863電動(dòng)車重大專項(xiàng)動(dòng)力電池測(cè)試中心主任王子冬曾就動(dòng)力電池能力密度問(wèn)題表示，電池能量密度不是單純指電芯級(jí)別的能量密度，而應(yīng)該是電池組級(jí)別的，是系統(tǒng)的能量密度，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)提高到系統(tǒng)層面。

　　那么該如何提升動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度？

　　提升輕量化水平間接提高動(dòng)力電池能量密度

　　以前新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)多采用鋼材料制作電動(dòng)汽車動(dòng)力電池托盤，現(xiàn)在很多企業(yè)都在以鋁合金材料為主。鋁合金的密度為2.7g/cm3，無(wú)論在壓縮還是焊接等方面，鋁合金材質(zhì)都已非常優(yōu)秀。而鎂合金的密度為1.8g/cm3，碳纖維是1.5g/cm3，這些材料用來(lái)生產(chǎn)電池托盤，將可以極大地提高新能源整車的輕量化水平。王子冬認(rèn)為，輕量化技術(shù)仍在不斷發(fā)展中，未來(lái)也將有更多輕量化材料問(wèn)世。他表示，不僅應(yīng)研究電池托盤材質(zhì)的輕量化，從動(dòng)力電池單體到系統(tǒng)，都要考慮材質(zhì)的輕量化問(wèn)題，這樣才能最大限度地提高動(dòng)力電池的能量密度。

　　輕量化需要減輕配件重量，但不能降低配件的強(qiáng)度，因此材料的堅(jiān)固性需要考慮。另外，采用更輕的材料，將會(huì)面臨成本上漲的問(wèn)題。因此在動(dòng)力電池成本還未大規(guī)模下降的情況下，實(shí)現(xiàn)整車輕量化的當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)出更可靠、經(jīng)濟(jì)的輕量化材料。在此方面，國(guó)外研究發(fā)展情況較好。2016年，沃爾沃就宣布電動(dòng)汽車電池輕量化進(jìn)入實(shí)用化測(cè)試階段。沃爾沃表示，如果將目前的電動(dòng)車電池全部更換成新型輕量化材料，可以降低車重超15%，而且材料成本更低也更為環(huán)保。但我國(guó)在這方面的研究和應(yīng)用上還比較滯后，須努力追上國(guó)外企業(yè)的步伐。

　　糾結(jié)鐵鋰還是三元不如布局硅碳負(fù)極

　　作為國(guó)內(nèi)兩大主流技術(shù)路線，近些年磷酸鐵鋰和三元材料的能量密度都有所提升。由于三元的能量密度更高，而補(bǔ)貼政策又更傾向于高能量密度產(chǎn)品，因此各大電池企業(yè)都將三元電池作為公司下一代產(chǎn)品的主力。例如，天勁股份稱目前已量產(chǎn)三元單體電芯比能量達(dá)215wh/kg，2017年還將量產(chǎn)230Wh/kg的產(chǎn)品，近期重點(diǎn)發(fā)展高鎳三元材料電池；比克18650圓柱第三代2.9Ah產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，能量密度約218Wh/Kg，目前重點(diǎn)開發(fā)高鎳811/NCA體系。但比亞迪股份有限公司總經(jīng)理沈晞?wù)J為，雖然三元和鐵鋰兩者在單體能量密度方面相差較大，但在成組后的系統(tǒng)能量密度方面相差無(wú)幾，在成本和電池儲(chǔ)存難度上也無(wú)較大差異。所以沈晞建議企業(yè)在提升動(dòng)力電池能量密度的規(guī)劃上，可以考慮從動(dòng)力電池負(fù)極材料入手，在量產(chǎn)產(chǎn)品中應(yīng)用硅材料（如氧化亞硅負(fù)極材料等），從而提升電池組的整體能量密度。

　　更改電池尺寸提升系統(tǒng)能量密度

　　更改電池尺寸依然是提升電池能量密度的有效方式。雖然特斯拉選擇18650技術(shù)路線成功吸引了國(guó)內(nèi)眾多動(dòng)力電池企業(yè)的追隨，但由于18650電芯單顆容量小，普遍在2-4Ah左右，串并聯(lián)數(shù)量太多，單體失效風(fēng)險(xiǎn)概率較大，導(dǎo)致其在主流新能源乘用車和客車領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定限制。2017年，率先使用18650電池的特斯拉將目光轉(zhuǎn)向了21700電池并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)特斯拉CEO馬斯克介紹，當(dāng)使用21700電池的Model3汽車上市之后，將會(huì)重新審核是否選用21700電池制造ModelS和ModelX型號(hào)汽車。一旦審核通過(guò)，21700電池很有可能全面替代特斯拉汽車上的18650電池。據(jù)了解，特斯拉采用21700電池后，由于同等能量下，所需電池的數(shù)量減少約1/3，這將帶來(lái)整個(gè)Pack內(nèi)部金屬連接件數(shù)量的減少，從而進(jìn)一步降低電池Pack的重量，整車的能量密度將得到部分提升。而這種方式也為國(guó)內(nèi)18650電池企業(yè)在提升能量密度和降成本方面提供了參考。據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)18650電池企業(yè)基本上都對(duì)特斯拉的方式表示認(rèn)可，并且也在進(jìn)行相關(guān)布局。其中，深圳比克、遠(yuǎn)東福斯特、猛獅新能源等圓柱電池企業(yè)都明確宣稱將在未來(lái)產(chǎn)能擴(kuò)充中投產(chǎn)21700電池，而億緯鋰能首條21700產(chǎn)線已經(jīng)正式投產(chǎn)，力神的21700產(chǎn)線也即將投產(chǎn)。

　　同樣，對(duì)于軟包和方型電池而言，改變尺寸也可以從一定程度上提升系統(tǒng)能量密度。

　　在后補(bǔ)貼時(shí)代，市場(chǎng)需要的是真正滿足消費(fèi)者需求的電動(dòng)汽車。新能源汽車的動(dòng)力電池也絕不是用小容量的電池并聯(lián)，或者把小容量電池放大這么簡(jiǎn)單。動(dòng)力電池企業(yè)應(yīng)該從新能源汽車的整體角度進(jìn)行考慮，通過(guò)多種方式提升動(dòng)力電池的能量密度，逐步讓消費(fèi)者擺脫“里程焦慮”。