中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：一個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必將帶動(dòng)一個(gè)產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。新能源汽車特別是純電動(dòng)汽車的蓬勃興起，電動(dòng)汽車、動(dòng)力電池，以及與動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)密切關(guān)聯(lián)的回收、梯次利用、后市場(chǎng)等市場(chǎng)，展現(xiàn)出蓬勃的生命力，同時(shí)這些領(lǐng)域的痛點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題引起行業(yè)專家及企業(yè)界人士高度關(guān)注。
在此背景下，2017年11月15-17日，以“突破·決勝：高成本下的新機(jī)遇”為主題的“2017’第二屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)暨第三屆中國(guó)電池行業(yè)智能制造研討會(huì)”在北京召開(kāi)，就新能源汽車及動(dòng)力電池一年來(lái)的發(fā)展成就、存在問(wèn)題、解決方案、發(fā)展機(jī)遇等進(jìn)行深入探討，幫助解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展難題，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。17日上午，桑頓新能源研發(fā)部總經(jīng)理苗力孝博士應(yīng)邀出席會(huì)議并圍繞“電池低溫技術(shù)研究進(jìn)展”做主題報(bào)告。
眾所周知，鋰離子電池市場(chǎng)需求廣泛，鋰離子電池本身的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是日常使用的數(shù)碼產(chǎn)品，還是對(duì)于航天、航空、軍事領(lǐng)域來(lái)說(shuō)都極具誘惑力。隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，鋰電時(shí)代早已來(lái)臨。但伴隨著鋰電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋰電技術(shù)研究不斷突破，鋰電池在應(yīng)用中產(chǎn)生的諸多問(wèn)題也隨之而來(lái)，其中最突出的莫過(guò)于環(huán)境溫度對(duì)鋰電產(chǎn)品的制約。
根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，日常使用的3C電子產(chǎn)品工作溫度介于-20～60℃，家用汽車的動(dòng)力電池低于-30℃則無(wú)法正常工作。目前，中國(guó)北方地區(qū)冬季溫度普遍低于0℃，在極寒地區(qū)甚至低于-30℃，而所有LFP電芯在-20℃以下均不能放電，只有部分廠商提供的三元材料電芯，放電工作溫度可低至-30℃。惡劣的環(huán)境極大縮短了電池的壽命。根據(jù)美國(guó)波士頓電池公司提供的資料，一塊容量為3500mAh的電池，如果在-10℃的環(huán)境中工作，那么經(jīng)過(guò)不到100次充放電循環(huán)，電量就將急劇衰減至500mAh，這對(duì)于電動(dòng)車性能、續(xù)駛里程、動(dòng)力特性、壽命、充電時(shí)間、安全性均產(chǎn)生著惡劣的影響，對(duì)鋰電產(chǎn)業(yè)乃至新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展無(wú)疑是阻礙，而對(duì)于各新能源汽車以及電池企業(yè)來(lái)說(shuō)是一次挑戰(zhàn)。
桑頓新能源研發(fā)部苗力孝博士表示，鋰離子電池對(duì)于工作環(huán)境的溫度敏感，導(dǎo)致鋰電池在低溫情況下面產(chǎn)生諸多問(wèn)題，甚至可能引發(fā)電池內(nèi)部短路造成電池起火爆炸的安全隱患。因此，解決鋰離子電池低溫問(wèn)題對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)新能源電動(dòng)汽車的健康發(fā)展至關(guān)重要。
行業(yè)內(nèi)諸多專家學(xué)者曾表示，當(dāng)前，新一代信息通信、新能源、新材料等技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)加快融合，產(chǎn)業(yè)生態(tài)深刻變革，競(jìng)爭(zhēng)格局全面重塑。工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委、科技部聯(lián)合印發(fā)了《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》 為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展確定了“力爭(zhēng)經(jīng)過(guò)十年持續(xù)努力，邁入世界汽車強(qiáng)國(guó)行列”的總目標(biāo)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)成為了突破口，而新能源汽車產(chǎn)業(yè)電池是核心，電池技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于是充電技術(shù)的突破，環(huán)境溫度對(duì)鋰電池技術(shù)的桎梏目前已成技術(shù)短板，若不能攻克這個(gè)難題，勢(shì)必會(huì)影響到整個(gè)行業(yè)。電動(dòng)汽車低溫特性改善迫在眉睫。那么，對(duì)于低溫問(wèn)題能否得到改善甚至解決的問(wèn)題，苗力孝博士給出了肯定的答案。
實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的全氣候工作以及低溫長(zhǎng)壽命決定了鋰離子電池在動(dòng)力領(lǐng)域的地位和未來(lái)，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的研究，可從三個(gè)方面入手，材料修飾、電芯工藝、PACK系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)方面整體的改善和提高，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的全氣候工作和低溫長(zhǎng)循環(huán)壽命，保障新能源汽車在低溫和高溫條件下實(shí)現(xiàn)正常的續(xù)駛里程，降低能源消耗。
材料方面改善
苗力孝博士指出，材料一次顆粒的納米化，摻雜雜原子于包覆是改善電池低溫性能的關(guān)鍵。目前汽車動(dòng)力電池常見(jiàn)的正極材料以三元材料和磷酸鐵鋰為主，可通過(guò)減小粒徑，采用納米技術(shù)使得材料的一次顆粒納米化，從而縮短鋰離子的遷移路徑；磷酸鐵鋰可以通過(guò)摻雜La、Mg，改變層間距增大鋰離子傳輸通道；在三元NCM表面包覆LBO-S快離子導(dǎo)體以減少SEI的形成，使得鋰離子的傳輸直接可以通過(guò)快離子導(dǎo)體進(jìn)出材料本體。另外通過(guò)優(yōu)化電解液的組成以及優(yōu)化正、負(fù)極材料等方式也可以進(jìn)一步改善電池的低溫性能。
電芯設(shè)計(jì)改善
在會(huì)上，苗力孝博士介紹了在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》的一篇研究成果--全氣候電池，該項(xiàng)技術(shù)通過(guò)在電芯內(nèi)部放置加熱片，通過(guò)開(kāi)關(guān)電路，控制內(nèi)加熱回路實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部自加熱。由于內(nèi)加熱的效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外部加熱，并且能耗更低，所以比現(xiàn)有電池表現(xiàn)出來(lái)更好的低能性能。在續(xù)航能力、充電時(shí)間以及使用壽命實(shí)現(xiàn)大幅改善。全氣候電池較現(xiàn)有18650電池在零度下續(xù)航里程可提高110%，在零下30度實(shí)現(xiàn)15分鐘快速充電，充電速度是現(xiàn)有電池的11.4倍，并且電池的循環(huán)壽命較現(xiàn)有電池延長(zhǎng)40倍。由此可見(jiàn)，通過(guò)電芯工藝方面的改善提高電池低溫性能仍有空間。
Pack設(shè)計(jì)改善
苗力孝博士指出，可以通過(guò)更加合理的PACK熱管理設(shè)計(jì)，目前普遍采用的貼附加熱膜和保溫材料對(duì)電池進(jìn)行加熱保溫來(lái)實(shí)現(xiàn)低溫下電池正常工作，但在夏天高溫時(shí)又不利于電池的散熱。因此苗力孝博士表示，相比固體隔熱加熱裝置，利用惰性液體對(duì)電池進(jìn)行熱管理，可更靈活的控制電池溫度，例如國(guó)內(nèi)外的典型產(chǎn)品如寶馬i3、特斯拉、通用沃藍(lán)達(dá)（Volt）、華晨寶馬之諾、吉利帝豪EV等，都采用的是液冷系統(tǒng)。目前該方案對(duì)電池的熱管理效果較明顯，但工藝復(fù)雜、成本高、致冷液易泄露等問(wèn)題還尚需要進(jìn)一步的完善解決。
未來(lái)已來(lái)，電池低溫技術(shù)盡管仍有問(wèn)題尚待解決，鋰離子動(dòng)力電池的問(wèn)題研究任重而道遠(yuǎn)，唯有通過(guò)一次次不懈努力的變革和創(chuàng)新，不斷堅(jiān)持，才會(huì)在鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用領(lǐng)域迎來(lái)新的曙光。桑頓新能源也將加快腳步，突破桎梏，開(kāi)啟動(dòng)力電池應(yīng)用領(lǐng)域新紀(jì)元。
責(zé)編：杉杉
