一、背景介绍
随着国家双碳战略的提出,目前我国的新能源汽车销量呈现爆发式增长,从2020年136.7万辆,到2022年688.7万辆,预计到2025年将会达到1137万辆,从这个数据可以看出,近年来的新能源汽车销量呈现了井喷式状态。从2022年数据来看,新能源汽车市场渗透率已经达到25.6%,预计到2030年将会达到50%。
虽说新能源汽车销量提升,但是大家对于新能源汽车的安全焦虑并没有减少。从目前来看,新能源汽车火灾风险总体高于传统汽车,2022年达到千分之0.29,从新能源汽车保有量增加以及网络发达,大家可以从新闻上看到有些地方烧车的新闻,更加加大了大家对于安全性的焦虑。
续航焦虑,大家都希望自己的电动车能够少充电,充一次电能够跑得更远,特别是长途旅行时,希望自己的车能够带来更好的体验,所以大家对于里程有一定的焦虑。现在新能源汽车都向着长续航,比如600、800、1000公里以上方向发展,要实现长续航,现在堆电量,电量100多千瓦时,很大的电量,但也会带来极大的重量增加。所以高比能电芯提升能量密度技术方向是解决续航焦虑最有效的手段。奥迪a5敞篷图片
电池技术通过150余年的发展,当前阶段锂离子电池处在非常广泛的应用阶段,包括下一阶段的锂金属电池,锂离子电池当前的应用非常广泛,也是国家战略里的关键核心技术。当前的锂离子电池能量密度、循环寿命、安全性,以及成本等各方面还难以满足用户全面的需求,需要进行协同性提升。
从高能量密度、高安全,以及液体电解质含量下降,“两升一降”维度,从当前的液态锂离子电池到固液混合态到固态的发展技术方向,也是解决当前车用动力电池痛点的重要技术途径,当前世界各个国家也都在进行相应的布局。
江铃驭胜论坛 深圳闯红灯扣几分二、固态电池面临的技术挑战
当前在世界上以及国内主流的固态电池研究方向就是聚合物、氧化物、硫化物这三条技术路线,欧美比较青睐于聚合物,国内大多是氧化物路线,日韩就是硫化物路线,呈现百花齐放,大家都在进行相应的探索。
当前动力电池采用液态电池,技术和产业都相对成熟,能量密度在200-350Wh/kg之间,但是相对来说安全性较低,易发生热失控风险。采用固态电池之后,能量密度、安全性可以
得到显著提升,但是在实现全固态进程中,还需要一定周期,所以当前阶段采用固液混合态电池技术,能量密度能在350-450Wh/kg,具有相对高的安全性,也不容易发生热失控,但这个技术当前处在中试建设阶段。
材料层级。固态电池核心材料是固态电解质,当前无论是液态电解质还是三种固态电解质技术路线,都难以同时满足高离子电导率、宽电化学窗口,以及化学稳定性及热稳定性全方面的性能。从电池性能上来看,与传统液态电池相比,固态电池在能量密度、安全性、寿命上有明显优势,但当前主流液态电池快充性能能够实现3-4C,高端电池实现6C超快充,基本跟燃油车加油速度相当,也缓解了消费者充电焦虑。
电池性能。固态电池,在快充性能方面还达不到业态电池水平,还有较大差距,同时在锂枝晶、低温性能方面还存在一些技术难点,所以固态电池的性能提升、技术突破,包括下一阶段的产业化,都面临着极大的挑战。
三、固态电池在整车搭载上亟待突破的技术瓶颈哈弗h2什么时候上市
电芯能量密度从260上升到400Wh/kg以上,需要针对锂电池的材料体系、界面特性、制备
工艺进行多方面创新优化,使电池循环性、能量密度、安全性、倍率特性、高低温性、析锂等性能达到相对均衡状态,能够保证在整车端应用安全可靠的运行。
从模组上,电芯也向着大尺寸、大容量、高比能方向发展,系统向着高集成化方向发展。目前模组循环寿命从8年15万公里提升到了终身质保。安全性能从满足国标的38031到无热失控发生的转变。从模组集成化,从MTP到CTP、CTC结构集成化的技术路线。
CTP与整车进行高度集成,能够从空间上、从成本上降低整车制造成本。现在大家都在大力发展电芯快充性能,从快充性能提升之后,为了进一步提升快充效率,大家都在发展高电压平台800V,800V现在需要整车端做一些电器件、电子兼容、安全性、功率器件、电机等升级换代,目前产业链都在搭建中。800V平台相比原来400V平台快充功率能提升1倍,时间也能够起到减半。铜排线缆等都能降低线径,达到轻量化的目的。
电池热管理,基于固态电池产热特性,可开展余热利用,实现热量能量回收利用,降低能耗。基于固态电池耐温性更优,可以在更宽温度窗口工作,热管理能耗更低,带来整车续航的提升。
从电芯设计到生产到制造到装车到后面的回收利用,包括前端的梯次利用,全生命周期阶段实现对电芯的全生命周期的管理,利用电池的电化学模型,包括电池管理系统的电化学算法,实现对电池的SOC、SOH的精确估计,包括一些风险预警、安全监控等。从电池系统来说,搭建电池系统数字孪生模型,实现端云一体化的分析系统,从云端,包括大数据、深度学习等手段,实现对云端数据的分析,来进一步实现对电池的故障预警、安全性监控、性能监控、SOH分析等。从电芯,包括车端运用、梯次利用到回收利用整个全生命周期阶段实现对电池数据的监控和闭环应用。
当前全球制造商都在向着电动化转型,预计在2028年能实现产量3890万辆。中国市场也从前几年的政策驱动到现在的市场驱动转变,2021年之后都保持良好的发展势头。
从液态电池到全固态电池转变进程中,当前全固态电池还面临着较多技术难点,比如技术成熟度、成本较高、产线等各方面因素亟待突破,需要一定周期。当前半固态成为大家比较优选的过渡方案,固液混合态电池可以最大程度兼容现有液态电池工艺设备、材料,能够具备快速落地产业化的可能性,同时兼顾液态电池和全固态电池优势,对安全性能和能量密度具有相应的保障。
当前各个电池厂、主机厂都在进行固态电池相应布局,较多企业都已经进行了装车搭载应用,但是量产的程度还远远达不到。奔驰、宝马、蔚来、岚图等发布了自己的半固态电池车辆。东风公司在2018年正式立项固态电池研发,2021年12月获得了国内首款固液混合态锂电池乘用车公告,2022年1月份50辆固液混合态锂电池E70完成了交付,客户在开展示范运营。这50台车目前在6省10地平稳运营状态,累计里程78万余公里,加上其他车的累计里程,固态电池项目规范运营里程突破100万公里。
东风固液混合态E70示范运营业打下了半固态产业化第一,实现了小批量示范运营项目,也获得了国内多家主流媒体的关注和报道,在2022年获得了国内第九届创青春大赛银奖。
基于整车应用全固态电池能量密度高、安全性高,当前阶段还存在固固接触的界面电阻大、界面不稳定等因素,实际当前阶段能量密度、快充性能和循环性能在面向装车来说还具有较大的差距,达不到上车的预期。所以对于电池来说,包括对于整车提出了更高的要求,比如电芯设计要向着更高能量密度、更长寿命的电芯开展设计,包括整车端要向CTC、CTB高集成化结构设计开展,包括高精度算法、高效热管理系统等四方面开展相应设计工作。
为了能够国内尽快推出在比能量上国际领先的固态或半固态电动车,提出四点建议:广州本田歌诗图
1.加强固态电池核心技术研发,鼓励创新、创业平台搭建。
2.建立完善车规级固态电池产业规划制度体系,持续加强顶层设计和动力电池发展规划。
3.实现“龙头+产业链+集”发展思路,打造固态动力电池产业化链条。
4.推动产学研融合,促进新能源汽车产业高质量、规模化、可持续发展。
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