新能源汽车电池技术_新能源汽车电池技术发展

从探索改进电极及电池结构的设计方法、建立电池极化模型和仿真技术等方面入手，汽车动力电池的“瘦身健体”之旅仍在不断推进：

汽车动力电池的储能将有可能提高至400瓦时/公斤。

要让电池变成“肌肉型男”，在获得合理的正负极材料之余，还需要设计出可行的加工工艺。

着力全新的锂硫电池和锂空气电池的研究，它们的能量密度有望达到500瓦时/公斤。

被欧阳明高点名的科研项目获得了国家重点研发计划的支持，全名为“高比能动力电池的关键技术和相关基础科学问题研究”，该研究基于研究团队研制出的高容量富锂锰基的正极材料，汽车动力电池的储能将有可能提高至400瓦时/公斤。

近年来，在国家政策的大力扶持下，我国新能源汽车得到迅速普及，但“不敢去远郊区县”的“梗”至今难以理顺。打破500公里的单次行程极限将大大推动电动汽车的推广，然而汽车承载有限，如何在受限的体积内尽量多地储备电能成为科研攻关的关键目标。

该项目负责人、北京大学教授夏定国表示：“要进一步提高锂离子电池的能量密度, 正极材料的比容量是关键。”据夏定国介绍，针对正极材料的比容量，研究团队在前期工作基础上，深刻理解富锂材料稳定性机制以及阴离子氧化还原的产生机理，通过调控阴离子氧化还原机制来实现富锂材料性能的优化。

也就是说，团队首先遇到的问题是：阴离子氧化还原能力受什么“左右”？揭示这一规律将引导团队接近并找到性能优良的电极。团队还发现，在物质内部原子之间的几何结构会影响电子的结构，从而影响阴离子氧化还原的能力，研究明确了结构和效能的关系，并希望通过结构的设计改善电极材料的电化学性能。

“提高正极材料中的含锂量，让更多的阴离子稳定参与氧化还原反应是一个重要途径。”夏定国说，研制出高容量富锂正极材料，为进一步提高动力电池的能量密度提供了可能。项目组除制备出了一种高容量的富锂正极材料和两种高容量、高稳定富锂材料—碳复合材料外，还制备出了高容量的锂电池负极材料。

要让电池变成“肌肉型男”，在获得合理的正负极材料之余，还需要设计出可行的加工工艺。例如，富锂化合物在电极中需要很好地分散开来，既保持在体系中60%以上的含量，又不凝结为块状。分散越均匀，可逆性越好，充放电效率越好。

目前该电池还需进一步完善，夏定国介绍，仍存在“枝晶锂”制约新体系电池的进步及电池安全性这两个关键问题。相关实验显示，10—50次循环使用之后，电压衰减明显，电极也不起作用了。

“枝晶锂”是锂离子电池采用液态电解质所特有的，锂离子还原结晶成树枝样，并不断生长，到一定程度可能会刺破隔膜，科学家目前正在从两个角度寻求突破。一是包被涂层，二是研究固体电解质。

夏定国强调，“高能量密度锂离子动力电池的发展有待于电极材料、电解液及高安全性途径的发展，更有待于新的分析方法及电池制备技术进步”。

除了提高锂离子电池的能量密度使其达到400瓦时/公斤外，项目组还将着力全新的锂硫电池和锂空气电池的研究，它们的能量密度有望达到500瓦时/公斤。中国工程院院士陈立泉表示，锂空气电池是动力电池的发展方向之一，“现在大力发展的氢氧燃料电池，必须用金属罐子保障氢气使用时的安全，而锂空气电池（负极为空气中的氧气）只要一个榨菜袋子就可以了。从实用性、成本上来讲锂空气电池也应该发展”。

新能源汽车发展的核心是储能电池，电池的好坏直接影响到汽车的性能，接下来带大家了解一下新能源汽车在电池方面应用的高科技。

一、高集成刀片动力电池。该技术突破传统拉深和挤出工艺制约，并攻克超薄铝壳焊接技术，成功开发长宽比为10:1、厚度为0.3mm的超长超薄铝壳刀片电池，打破传统电池系统的模组概念，利用刀片电池独特长宽比特征，实现超长尺寸电芯的紧密排列，获得超过60%的体积集成效率。

二、动力电池高效成组CTP技术。该技术打破了行业固有的“单体成组模组再成组电池包”三级成组设计思维，从电池包结构高度集成、新工艺研发以及热管理优化等方面开发了全新的动力电池高效成组CTP技术，实现两级成组一“单体直接成组电池包”。

三、高电压镍锰酸锂正极材料及电池。高电压镍锰酸锂材料具有高电压、高能量密度、低成本、高安全和快锂离子传导特性，是下一代动力电池的主流正极材料之一。在高电压下，电极材料与电解液之间剧烈的副反应是限制镍锰酸锂材料商业化的最大障碍，解决该问题的关键就是构造稳定的正极材料与电解液界面和耐高电压的材料体系，具体包含高电压正极材料表面改性技术，高电压镍锰酸锂材料电解液开发匹配技术，高电压辅助配套材料的匹配改性技术，这些技术也将推动电池行业向高电压、高能量密度和高安全的目标前进。

四、聚合物复合固态电解质。固态锂电池以其高比能、高安全等显著优势，成为未来新能源汽车发展的核心动力，设计和制备物理与电化学性能优异的固态电解质迫在眉睫。“刚柔并济”的聚合物复合固态电解质设计理念，是以尺寸热稳定性好的“刚”性材料为骨架支撑，复合电化学窗口宽、室温离子传输性能优异的“柔”性聚合物材料和高离子迁移数锂盐，有效解决了单一聚合物电解质尺寸热稳定性差和力学强度低，以及单一无机固态电解质界面传输和加工性能差的瓶颈问题，利用该聚合物复合电解质研制的固态锂电池具有高安全、高比能、高耐压、长寿命等突出特点，是未来新能源汽车动力电池技术的重要选择。

五、一体化大功率燃料电池系统。一体化大功率燃料电池系统技术通过采用超薄金属双极板、低Pt催化剂、空气侧无外增湿及智能控制策略，有效缩小了燃料电池系统体积，降低成本。

新能源汽车正是通过应用这些高端科技，才让电车的续航里程不断刷新记录。