锂电池技术突破,但何时才能用到汽车上?

发布者:素心悠远最新更新时间:2018-09-25 关键字:锂电池  电池材料 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

随着各种电池材料和先进电池科研成果在媒体上宣传对于我们车辆的提升,而与实际各个大的电池公司的研发和产品进度并没有直接的关联,这使得我们对于目前的现状产生了一些怀疑。本文主要梳理一下,目前可用电芯、开发中的电芯、开发中的材料和研究中的新的电池技术的成熟路径,并探讨一下在目前全球范围内各种研究中产生的专利、材料和制程工艺改进工艺还有后期实验室、中试验,如何跟踪这些电池技术的动态是否对我们的电动汽车事业有意义。另一个角度,我们也是从产业链角度来观察,以电池产品端、电池材料这两方面,主要的供应链企业的发展动态。

图1 锂电池技术的发展

锂电池的革新主要依赖于电池材料的基础研究,如下图所示,第一个步骤是在材料研究方面去评估可用性。折衷研究并不是物理性能的改进,涉及到大量实验验证,因而材料研发周期长,投入大。在第二个阶段是对于材料量的放大并评估材料的低成本制程工艺,在这两个阶段从技术研发到商业推广仍需要 10-20 年。第三个阶段,是电芯企业根据不同的尺寸规格去设计电芯和配套的电芯加工的过程,做出来各种形状的电芯样品。第四个阶段进入商业化阶段,在各个市场根据客户的要求进行评估和测试,并不断的改进电芯的特性,包括安全、性能和寿命等。从梳理锂电池的研发及商业化历史可以发现,锂电池的主要研发方向是提高材料的导电率和能量密度,且因为正极材料和负极材料相比比容量较小,研发主要集中在正极材料领域。前沿研究构成了专利,而拥有技术专利的公司可以率先打开市场,可通过申请专利申诉等手段巩固技术壁垒,形成独断性优势。

图2 电池材料和电池的开发阶段

以目前我们使用的三元电池为例,美国3M公司和美国阿贡实验室都在2001年申请了三元材料的相关专利,一般认为常规三元材料 NMC专利由美国 3M 公司拥有,而层状富锂高锰材料专利则是ANL申请的。目前优美科拥有3M的专利所有权,LG和SK等企业拥有专利使用权。而阿贡国家实验室的三元专利主要转让给 BASF。目前针对NCM分子数量比例的不同对材料企业和电池企业的约束力也不一样。比如NCM333等普通三元组分的核心材料专利绕不开3M、ANL,但在NCM523、NCM622、NCM811、NCA 等材料上定义较为模糊。

所以我们首先判断电池的研究,还是从不同的材料开始看,然后观测电芯企业在材料评估的进度。短期内一定规格和尺寸的电芯,还是以几Ah的速度一点点往前走。在物理形状利用率上面提高,结合对内部电芯设计的挖掘。

图3 电池的效率演进,是尽可能提高有用的材料占比

目前从材料来看,我们短期内3年内能见到的电池会是以622和811为主,围绕这个正极材料不断提高相关的电芯设计。

图4 正极材料的发展模式

文章写到这里,也要写一下目前的忧虑。从动力电池的路线图的发布开始,到现在的情况,电池的主要技术路线,是根据日韩所主导的三元在走。韩国电池企业 LG、三星 SDI 分别于 1998、1999 年开始研发,并逐渐赶超日本技术。日韩电池厂商主要采用三元技术路线,且拥有20年以上消费电池、10 年以上的动力电池研发历史。如下图所示,基于三元之上的电芯是目前2-3年的主流现产的车型选择。

图5 LG目前的622的软包,是下一代上市的国外电动汽车主要选择

还有接下来马上可用看得到在国家层面的补贴下降,什么样的电池能够符合在无补贴、注重安全考核能够立住脚?我们现在的主要的手段是靠规模,在材料端的吨产能和电池端的Gwh的产能。2017 年我国正极材料产量 20.7万吨,NCM产量约8.4 万吨。从三元NCM111、523等到NCM622、NCM811、NCA 等高镍三元材料则需要一段时间来在生产稳定性和电芯安全上面逐步攻坚。从这个角度来看,我们看到媒体报道的各种研究层面,可能在5年甚至10年后才能上车的研究成果,目前主要是各个研发机构的专利价值,很难一下子落实到车上。之前我们报道的300Wh/kg的科研电芯产品,离全面符合车用要求,也有3年的时间左右,对所有人来说,远水解不了近渴。客观来说,这段时间电芯的迭代,也比较快,还需要分一下精力对之前所造的车辆的问题进行总结,以不断完善我们对于电芯的要求。

备注:要保证电芯的安全,是不是在电芯的滥用以及热失控评估上面严守,在各个环节层面上怎么样符合威力更大能量密度越高的电芯,这些都是工程挑战。

小结

作为一名工程师,我也很想活在媒体的世界里面,今天一项成果,明天一项发现,带领大家攻克电动汽车的电池系统的瓶颈。电池技术的铁棒磨成针,真能把小伙熬成大爷,我们要做好长期抗战的准备。


关键字:锂电池  电池材料 引用地址:锂电池技术突破,但何时才能用到汽车上?

上一篇:鹿角资本:锂-碲电池系统技术取得重大进展 碲需求量将走高
下一篇:技术干货:如何使用温度传感器保护汽车变速器

推荐阅读最新更新时间:2024-07-25 20:14

SF Motors旗下电池部门推新固态电池 能量密度破纪录或取代锂电池
据外媒报道,美国新能源公司SF Motors旗下部门TeraWatt Technology宣布推出4.5Ah固态电池设计原型,而且该电池的能量密度达到创纪录的432Wh/kg(1122Wh/L)。目前,包括日本东洋株式会社(TOYO System)在内的第三方都在对该电池原型进行验证测试。 (图片来源:TeraWatt Technology官网) 这款4.5Ah下一代固态电池品牌名为TERA3.0,将于2021年面向部分早期用户推出,在2022年全面上市。同时,TeraWatt Technology将继续迭代TERA3.0设计线,并进一步研发其他电池设计,包括不同的电池模式、尺寸和能量容量。 TeraWatt Tech
[汽车电子]
SF Motors旗下<font color='red'>电池</font>部门推新固态<font color='red'>电池</font> 能量密度破纪录或取代<font color='red'>锂电池</font>
Nano One研发新方法 以低成本制高性能锂电池阴极材料
据外媒报道,当地时间10月21日,总部位于加拿大的Nano One Materials公司告诉投资者,其锂电池相关技术又获得了一项美国专利。目前,该公司的创新成果已经在美国、加拿大、中国台湾地区、中国大陆、日本和韩国获得专利。 (图片来源:Nano One Materials) 简而言之,该公司研发出一种以低成本生产高性能锂离子电池阴极材料的方法。此种材料称为高压尖晶石,不含钴,具备4.7 V的电压,比手持设备和 电动汽车 电池中的电压高30%至40%,利用其制成的电池有望在未来的电动汽车、储能系统和消费电子产品中发挥重要作用。 目前,Nano One Materials公司已经建立了一个示范试点工厂,并与Pulea
[汽车电子]
Nano One研发新方法 以低成本制高性能<font color='red'>锂电池</font>阴极<font color='red'>材料</font>
新能源汽车零部件核心技术水平亟待提高
      金融危机以来,不管是国内还是国外,在汽车业,新能源汽车的推广声不断充斥着我们的耳目,这种现象在各种车展上都能看到。车企大力推广自己的新能源汽车不仅声势强大,而且部分车型已经接近量产。但是,在新能源汽车研发呈“一窝蜂”现状时,就有专家表示担忧,在新能源汽车的核心零部件技术方面,我国汽车业亟待提高,这或许就是新能源汽车发展的瓶颈所在。   新能源电动汽车最主要的部件是动力电池、电动机和能量转换控制系统,而动力电池要实现快速充电、安全等高性能,是技术门槛最高、也是利润最集中的部分。因此,专业人士认为,新能源汽车的发展瓶颈主要在动力电池上,目前应以发展混合动力为主,电动车市场化仍需时间培育。   专家指出,电池对新能源
[汽车电子]
从5个角度看三元电池与磷酸铁锂电池的区别
虽然近期有固态电池的消息来袭,但固态电池仍有相当多难点需要解决,其商业化量产并应用于新能源汽车,还有很长的路要走。 当前动力电池的主流,仍然是三元电池与磷酸铁 锂电池 。过去一段时间,磷酸铁 锂电 池可谓风头正劲,越来越多的新能源乘用车从三元电池转向至磷酸铁锂电池。 本文从安全性、能量密度、低温放电、充电效率、循环寿命等5个角度来看三元电池也磷酸铁锂电池的区别。 1、安全性 刀片电池是磷酸铁锂电池。刀片电池已经证明其可以通过严酷的针刺测试,而三元电池则不能。因此,磷酸铁锂电池是比三元电池更安全的电池。 此外,磷酸铁锂正极材料本身的热稳定性就比三元锂要好很多,在500摄氏度以内,都有着极高的稳定性,超过800摄氏
[汽车电子]
从5个角度看三元<font color='red'>电池</font>与磷酸铁<font color='red'>锂电池</font>的区别
TE Connectivity面向超薄便携式产品推出新的MHP-TAM系列
为用于超薄便携式消费电子产品的锂电池提供紧凑热保护, 可重置热关断(TCO)器件帮助设计人员满足高峰值电流需求。 中国上海,2015年3月17日- 由于大容量锂聚合物和柱状电池供电的超薄笔记本电脑和其它便携式消费电子产品必须满足日益严格的安全标准, 因此TE Connectivity旗下业务部门TE电路保护部推出新的MHP-TAM系列器件,帮助电池应用设计人员完成这项任务。MHP-TAM系列器件具有超低侧高(最大长度: 5.8mm x 宽度: 3.85mm x 高度: 1.15mm )封装和高额定电压 (9VDC)特性,并且提供两种不同的载流容量和多种截止额定温度选择,能够帮助设计人员满足严苛的消费
[电源管理]
TE Connectivity面向超薄便携式产品推出新的MHP-TAM系列
锂电池充电器及其系统优化
小型低成本上网本、超便携 PC (UMPC) 和移动互联网设备 (MID) 正变得越来越流行,并得到了用户的广泛认可。这些便携设备中使用的锂离子 (Li-Ion) 电池充电系统比移动电话中使用的锂离子电池充电系统要复杂得多。理解其电池充电器的诸多要求成为提高系统安全性的关键。本文将讨论锂离子电池充电的许多要求,如:充电系统安全性和充电器与系统之间的性能优化等,还介绍了一个同步开关独立电池充电器IC控制器设计实例,它拥有动态电源管理功能,用于优化上网本应用的适配器额定功率和对电池快速充电。 上网本是小型、轻便和低价笔记本电脑的一种快速衍生品,主要用于一般计算和访问网络应用。大多数上网本均使用Intel Atom 微处理器以及2~
[电源管理]
<font color='red'>锂电池</font>充电器及其系统优化
30秒内充满电?超级电容技术详解
  作为一种新型的电能存储元件,超级电容可以弥补现阶段锂离子电池在功率密度等方面的不足:有着惊人的充放电速度且可以瞬间吸收或释放极高的能量,这是目前任何电池都做不到的。 超级电容为什么有这么“超级”的能力?来认识一下超级电容吧。   超级电容的基本结构   超级电容又叫双电层电容,从结构上来看,其与电解电容非常相似。简单来说,如果在电解液中插入两个电极,并施加一个电压,这时电解液中的正、负离子在电场的作用下就会迅速向两极运动,最终分别在两个电极的表面形成紧密的电荷层,即双电层。 超级电容器工作图   电容的大小取决于电极表面积的大小和两个电极间的距离。传统电容器的电极表面积就是导体的平板面积,为了获得较大的容量,通常都将导
[电源管理]
30秒内充满电?超级电容技术详解
装车占比高达 74% ,为什么大家越来越喜欢磷酸铁锂电池了?
不知道大家发现没有,现在买新能源车,磷酸铁锂电池已经成为主流了。 据中国汽车动力电池产业创新联盟发布数据显示,2024 年 5 月,磷酸铁锂电池装车量 29.5GWh,同比增长 54.1%,占总装车量 74.0%,磷酸铁锂电池的市占率突破 70%大关。 另外在储能领域,据中关村储能产业技术联盟统计,磷酸铁锂电池是主要的储能电池,占 94.4%。 而就在几年前,磷酸铁锂电池还一直是很多人眼中“低廉、落后”的代名词,其市场占有率也不如三元电池,为什么短短几年磷酸铁锂电池就开始逆袭了呢? 能量密度提升,与三元电池差距缩小 2009-2016 年,随着“十城千辆”等政策推出,我国新能源车产业快速发展起来,这个期间
[汽车电子]
装车占比高达 74% ,为什么大家越来越喜欢磷酸铁<font color='red'>锂电池</font>了?
小广播
最新汽车电子文章
换一换 更多 相关热搜器件

 
EEWorld订阅号

 
EEWorld服务号

 
汽车开发圈

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved