从目前现状来看,动力电池的研发主体是电池企业与车企,从“降低成本+提升能量密度+提升循环寿命与安全性”三个目标出发,在材料、工艺、电池体系上做出很多突破,主要发展趋势表现在正极减钴到无钴、负极加硅、电解液向固态方向发展。
动力电池电芯研发方向:正极减钴,负极加硅,电解液向固态
近年来,锂电池技术处于快速发展中,锂电池研究主要集中在进一步提高使用寿命、提升安全性、降低成本,以及新的正负极材料等方面。
  1. 动力电池技术发展路线与目标

     

动力电池技术发展方向符合《节能与新能源汽车技术路线图2.0》相关规划。
动力电池技术发展技术路线与目标展望

电池

2025

2030

单体电池

比能量 (Wh/kg)

400

500

比功率  (W/kg)

1300

1500

循环 (周)

2000

2000

成本 (元/Wh)

0.6

0.6

电池材料

分类

新型锂离子电池

革新性锂离子电池

正极

高镍锰基固溶体

高容量富锂正极

负极

高容量硅/碳负极

硅负极

电解液

耐高压有机电解液,逐步提高浓度

全固态电解质

隔膜

耐高温隔膜

正极减钴到无钴,负极加硅,电解质减有机溶剂并逐步向全固态方向发展:面向2025年发展目标,采用更高比容量的富锂材料,高容量的硅碳负极,逐步开始向固态电解质转型。到2030年,全固态电解质预计有望实现大规模商业化。
2. 技术升级方向
2.1 正极材料低钴/无钴化技术不断发展
近来,正极材料低钴/无钴化技术不断发展,继比亚迪“刀片电池”、宁德时代“CTP电池”之后,蜂巢能源、LG化学、三星SDI等近期都在电池无钴化方面展开布局。
2021年无钴化技术布局

时间

企业

事件

2021年11月

蜂巢能源

蜂巢能源二代短刀片电池完成开发,预计2022年量产

2021年10月

LG/三星SDI

LG新能源解决法案和三星SDI将开发无钴电动汽车电池

2021年9月

LG化学

LG化学设定目标2025年之前开发出无钴锂电池正极材料

2021年8月

蜂巢能源

蜂巢能源开发的全球首款无钴电池包正式搭载长城欧拉首款SUV车型樱桃猫,实现量产装车

2021年4月

蜂巢能源

蜂巢能源无钴正极材料正式量产下线

2021年1月

松下

松下将开发无钴锂离子电池

2.2 聚焦电芯,重点关注正负极材料选择提升能量密度
在动力电池领域,系统的能量密度与电动汽车的续航里程直接挂钩,高能量密度几乎成为市场衡量电池性能的绝对标准。从能量密度视角看,正负极选材是提升电芯能量密度的关键与核心。
多研发机构研究新型正负极材料提高能量密度:高性能特种材料制造商Unifrax开发硅纤维负极技术,可提高锂离子电池的能量密度;休斯顿大学卡伦工程学院教授Yan Yao、休斯顿大学博士后Jibo Zhang,与莱斯大学的研究人员共同研究证明,通过溶剂辅助过程来改变电极微结构,可以将有机基固态锂电池的能量密度提高至以前的两倍;SES发布全球单体容量最大锂金属电池,其容量高达107 Ah,也是世界上首次公开展示的超过100 Ah的单体锂金属电池。
2.3 重视安全性,不起火电池备受关注
2021年以来,长城大禹电池、国轩高科302Wh/kg三元电池等陆续推出。为提高动力电池安全水平,多家车企和动力电池厂商纷纷推出不起火电池方案,未来动力电池安全问题依然是企业关注重点。
为了提高动力电池的安全水平,多家车企和动力电池厂商推出不起火电池方案,未来动力电池安全问题依然是企业关注重点。

企业名称

技术方案

技术特点

岚图

“琥珀”,“云母”电池系统“

通过三维隔热墙技术,PACK五层安全防护,云BMS等方面对电池包进行优化

极氪汽车

”极芯“电池包

搭载“NTP无热蔓延不起火”技术,结合预警模型和热管理策略,实现高安全性

广汽埃安

弹匣电池

类似安全舱设计,可阻隔热失控电芯蔓延

宁德时代

“永不起火”811电池

自隔离安全技术,材料创新,电芯结构优化,电池热管理提升,系统热扩散控制

蜂巢能源

果冻电池

基于无钴正极材料和电解液材料的凝胶电池,具备高电导,自愈合,阻燃等特点

欣旺达

“只冒烟,不起火”动力电池

SWD系统五层安全设计,电芯采用镍5X三元材料体系

比亚迪

无烟,无明火“刀片电池”

结构扁平设计,在经历外界损坏后,触发短路导致的发热量减少,利于散热

孚能科技

“永不起火”电池

实验检测电池在加热394秒后,触发第一个电芯失控,之后24小时内未出现起火并逐渐恢复至安全常温状态

2.4 新型电解液改善电池循环寿命,固态电池技术获发展空间
动力锂离子电池的失效直接影响电池的使用寿命与安全性。而失效的诱因通常是一连串的“反常”反应,而且多数难以避免。改善电芯使用寿命的主要方法是对电解液改性。
固态电池技术获发展空间,半固态电池量产在即,全固态还需5-10年
3. 技术总体趋势:正极减钴到无钴、负极加硅、电解液向固态方向发展
从目前现状来看,动力电池的研发主体是电池企业与车企,从“降低成本+提升能量密度+提升循环寿命与安全性”三个目标出发,在材料、工艺、电池体系上做出很多突破,主要发展趋势表现在正极减钴到无钴、负极加硅、电解液向固态方向发展。
来源: 中国汽车工业信息网

原文始发于微信公众号(锂电产业通):动力电池电芯研发方向:正极减钴,负极加硅,电解液向固态

动力电池产业链非常长,从无机非金属材料到金属氧化物,到高分子材料,都有相关。为了让加强艾邦粉丝在新能源电池,特别是与电池相关材料的交流,特建立动力电池微信群,欢迎产业链上下游的朋友加入 中国电池技术展览会,杜邦、赢创、索尔维、阿科玛齐亮相 欢迎关注艾邦锂电产业微信公众号;锂电池产业链交流、资讯、人脉圈。从正负极材料生产到涂布,隔膜、电解液、封装材料到检测组装等这些环节涉及的材料、辅材、添加剂、耗材,以及相关设备,相关企业介绍。

作者 li, meiyong