动力电池技术的“辩”与“变”:从坐井观天到柳暗花明

安富强

在锂离子动力电池呈“只争朝夕”的发展态势下讨论技术这个问题显的有点“不合时宜”,大家都在扩产能,低头拉车,猛干快上,对技术虽有敬畏、惶恐之心,在狂热市场的背景下,这都不是个事。但我依然认为只有历史地看待过去的技术变化,为什么变化,怎么变化的,也许我们可以更好地思考我们行动的初衷是否依然“初心”,大家且当看故事罢了。【相关文章:动力电池行业发展思考(一):从野蛮生长到有序发展

我们先用下面四个图来引申出我们的话题——动力电池技术是在争辩中变化、发展的。不同体系电池的装机量变化对比图,主流整车用电池容量的范围,以及车厂采用的主流电池厂在电池形状上的差异。可以说每次争论都是激烈的,无论是标准的起草者、制定者,还是参与其中的利益相关者(电池企业),同时每次带来的变化和相应的调整都是疼苦的,也可能是反复的。

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从动力电池开始研究到现在,下面四个方面的讨论、争论一直如影随形。

第一、材料体系之争

这个目前讨论的已经很多了,尤其是三元和磷酸铁锂(可参照:三元与磷酸铁锂之争是必要的,并不能否定三元材料)。辩证地说,没有不好的材料,不好只是因为没找到它最佳的生存空间。实际数据表明磷酸铁锂在大巴上应用是比较合适的,三元在乘用车上优势是很明显的(2016年1-4月乘用车三元占有量下降是受“暂缓三元”政策影响),剩下的就是如何从材料、电池设计、pack设计多维度来缓解、解决安全性的问题。可以乐观的估计,暂缓三元从技术角度看是暂时的,通过技术的改进可以弥补三元安全上的不足。

另外,对于负极侧,钛酸锂电池(负极使用钛酸锂-LTO,不是石墨)由于零应变带来的安全和快充优势在某些特定领域也有一片天地(快充电车,储能);硬炭由于脱嵌Li的能力优于石墨(晶格层间距大于石墨材料)也逐渐和三元配对使用在混合动力车等领域。

第二、容量之争

动力电池发展伊始,在容量方面似乎是做的越大越有水平,有的宣称做400Ah、500Ah,一时风头很足,到处宣传,到后来慢慢的“永久地躺在沙滩上”了。从目前的工艺控制和技术水平来说,这属于不科学、不靠谱的,仅仅可以作为宣传的“噱头”而已,谁敢用?对于容量的合理阈值,应该是基于材料体系、尺寸设计和工艺水平综合平衡下的值,下表列出了电池厂的一些典型容量。另外,容量小好不好?记得2009年的一个行业标准讨论会议上(为了避嫌,不提具体标准),有一项是讨论电动车用电池的容量范围,其中一个公司老总很霸气地说容量大于5Ah的就行(有个人提出应该按能量转换的功能来界定,即可实现化学能转化成动能的,无论大小都归为动力电池,可惜被否定了),我想当他看到现在18650的批量应用时会做怎么感想。

JB T 11137-2001推荐了一些容量,但是基于当时电池厂的特殊产品,目前大家基本不采用,尚没有一个大家公认的标准来界定容量范围。

那就大家各自发挥吧,但发挥空间会慢慢的给你划定,那就是尺寸!


编号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

电池供应商

三洋

PEVE

Panasonic

SK

ENAX

AESC

LG

A123

Litec

电池容量/Ah

20.5

5Ah

3.4

26

25

33.1

15

20

40

应用领域

PHEV

PHEV

EV

EV

EV/PHEV

EV

PHEV

EV/PHEV

EV

电池类型

Al壳方形

卷绕

卷绕

软包装

软包装

软包装

软包装

软包装

软包装

编号

10

11

12

13

14

15

16

17

电池供应商

LEJ

SBL

Toshiba

BYD

BYD

ATL

ATL

国轩

电池容量/Ah

50

5

20

200

100

86

28

26

应用领域

EV

EV

EV

EV

EV

EV

EV

EV

电池类型

钢壳方形

Al壳方形

钢壳方形

钢壳方形

钢壳方形

钢壳方形

钢壳方形

软包装



第三、尺寸之争

和容量一样是个“百家争鸣”的话题,同样的容量,不同的尺寸,带来不同的性能(尤其是倍率,寿命),下图是某款20Ah电池的三个不同尺寸(未标厚度),很明显其功率特性差异会比较明显。目前国内虽然有推荐标准:QCT 840-2010(电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸),但由于代表性不足,抑或考虑尚需完善等问题目前大家基本不采用;欧洲有VDA DIN-91252,德系车企均要求按此标准提供电池,目前国内很多电池厂也在按照该标准的尺寸要求来开发电池。国内标准之所以束之高楼,很大的原因是没有整车厂的参与,同时整车厂没有统一尺寸要求。

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目前VDA标准针对的是乘用车,尺寸给定,那么容量就自由发挥了,余地有多大,就看各自“功夫”;在客车领域,目前还是各自为政,五花八门的尺寸带来的是层出不群的容量产品,统一需要过程,慢慢来!

第四、形状之争

卷绕,硬壳方形,软包装哪种更合适?卷绕小电芯如18650、26650已经作为标准产品在大批量应用,具有自动化生产设备成熟,工艺稳定,一致性好等特点,可以实现ppm甚至ppb级的不良率控制;硬壳方形具有外形尺寸精度高,耐压程度强等优点;软包装电池具有安全防控性好,柔性化设计程度高等优点,但究竟采用哪种形状电池,不仅需要从电池角度考虑,同时也需要从模块设计和成组技术予以综合考虑,不能一概而论。

伴随着争论,锂离子动力电池技术走过了迷茫期,国内也在这个过程中从边做、边学、边改到最后定型,也在不断进步。

目前来说,在这四个方面,材料体系基本是二分天下;容量、尺寸逐渐从无序走向有序;形状是三分天下。简单了很多,规矩了很多,剩下的就是在这个规矩中,越走越深,越走越好。

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