日前，國內(nèi)動力電池行業(yè)大新聞頻頻爆出，先是上汽切入動力電池板塊，與國內(nèi)動力電池企業(yè)寧德時代聯(lián)姻，成立動力電池系統(tǒng)公司；隨后有消息稱比亞迪將分拆動力電池部門，開放門戶或向所有車企供貨.

        電動汽車的發(fā)展需要更好的電池，動力蓄電池的比能量、壽命、性和價格，對純電驅(qū)動汽車的發(fā)展至關(guān)重要。其中具有比能量高、壽命長等優(yōu)點的鋰離子電池是目前具有實用價值的電動汽車電池，在混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車上均得到泛應(yīng)用。目前商用動力電池的技術(shù)水平和未來10年預(yù)期可達(dá)到的目標(biāo)見圖1，而實際產(chǎn)品生產(chǎn)中往往這些指標(biāo)又是互相矛盾的，電池相關(guān)性能需要權(quán)衡考慮。電池性能的提高需兼顧電極材料、電解液、隔膜的性能，同時裝配技術(shù)、電池系統(tǒng)成組、管理技術(shù)的跟進(jìn)也至關(guān)重要。本文旨在從電池材料技術(shù)、單體電池設(shè)計和制造技術(shù)、電池系統(tǒng)技術(shù)等方面總結(jié)目前以鋰離子電池為核心的動力電池發(fā)展成就，同時展望未來！

        1. 鋰電材料技術(shù)

        ? 正負(fù)極材料
        鋰電正負(fù)極材料體系非常豐富（圖2），目前，鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳鋰等正極材料研究已趨于成熟。鈷酸鋰材料比容量有200-210 mA·h/g，其材料真密度和極片壓實密度均是現(xiàn)有正極材料中很高的，商用鈷酸鋰/石墨體系的充電電壓可提升4.40 V，已經(jīng)可n足智能手機(jī)和平板電腦對高體積能量密度軟包電池的需求。錳酸鋰原料成本較低、生產(chǎn)工藝簡單、熱穩(wěn)定性高、耐過充性好、放電電壓平臺高、性高。適合作為輕型電動車輛的低成本電池，但存在理論容量比較低，循環(huán)過程中可能有錳元素的溶出影響電池在高溫環(huán)境中的壽命等問題。n內(nèi)錳酸鋰材料主要滿足移動電源、電動工具和電動自行車市場的需求，有向低端發(fā)展的趨勢。NCM三元層狀正極材料主要應(yīng)用于動力型電池，除鎳、鈷、錳各占1/3 的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在動力電池中的應(yīng)用較為成熟外，較高容量的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2也已經(jīng)進(jìn)入批量應(yīng)用，一般與錳酸鋰混合應(yīng)用于電動車輛電池。鋁摻雜的鋰鎳鈷氧（NCA）能量密度可接近高電壓鈷酸鋰電池，近幾年電動汽車廠商特斯拉將這種電腦電池用于驅(qū)動電動汽車，該材料也可以與錳酸鋰混合用于制造車用動力電池，國內(nèi)NCA前驅(qū)體已形成穩(wěn)定產(chǎn)能，少數(shù)企業(yè)已完成NCA正極材料開發(fā)，處于產(chǎn)品推廣過程中。磷酸鐵鋰電池性高、壽命長，目前納米化的功率型材料和高密度的磷酸錳鐵鋰材料發(fā)展速度較快，高能量型和高功率型材料的性能趨于穩(wěn)定，成本進(jìn)一步降低，逐步滿足了國內(nèi)市場需求和現(xiàn)階段中國新能源汽車推廣的需要。

        ? 負(fù)極材料
        可用于動力電池的負(fù)極材料有石墨、硬/軟碳以及合金材料，石墨是目前廣泛應(yīng)用負(fù)極材料，可逆容量已能達(dá)到360 mA·h/g。無定形硬碳或軟碳可滿足電池在較高倍率和較低溫度應(yīng)用的需求，開始走向應(yīng)用，但主要是與石墨混合應(yīng)用。鈦酸鋰負(fù)極材料具有的倍率性能和循環(huán)性能，適用于大電流快充電池，但生產(chǎn)的電池比能量較低且成本較高。納米硅在20世紀(jì)90年代即被提出可用于高容量負(fù)極，通過少量納米硅摻雜來提升碳負(fù)極材料容量是目前研發(fā)的熱點。但因鋰嵌入硅后導(dǎo)致其體積膨脹，在實際使用時循環(huán)壽命會出現(xiàn)降低的問題有待進(jìn)一步解決。

        ? 電解液
        鋰離子電池電解液一般以高介電常數(shù)的環(huán)形碳酸酯與低介電常數(shù)的線性碳酸酯混合[6]。一般來說鋰離子電池的電解質(zhì)應(yīng)該滿足離子電導(dǎo)率高（10-3~10-2 S/cm）、電子電導(dǎo)低、電化學(xué)窗口寬（0~5 V）、熱穩(wěn)定性好(-40~60℃)等要求。六氟磷酸鋰及其它新型鋰鹽、溶劑提純、電解液配制、功能添加劑技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，目前的發(fā)展方向是進(jìn)一步提高其工作電壓和改善電池高低溫性能，型離子液體電解液和固體電解質(zhì)正在研制中。

        ? 隔膜
        聚烯烴微孔膜以其優(yōu)良的力學(xué)性能、良好電化學(xué)穩(wěn)定性以及相對廉價的特點，是目前鋰離子電池隔膜市場的主要品種。包括聚乙烯（PE）單層膜、聚丙烯（PP）單層膜以及PP/PE/PP三層復(fù)合微孔膜。國內(nèi)采用干法工藝生產(chǎn)的廠家較多，濕法工藝PE隔膜也已經(jīng)有多家企業(yè)可以量產(chǎn)。

        2. 單體電池技術(shù)

        單體的形狀有圓柱、方形金屬殼（鋁/鋼）和方形軟包散裝。方形電池一般容量較大，電芯通過卷饒、Z形疊片、卷繞+疊片、正極包膜疊片、疊片+卷繞等方式制作。圓柱型電芯技術(shù)成熟，制造成本較低，但大型圓柱電池的散熱能力較差，故一般選用小圓柱電池。車用電池組容量大。磷酸鐵鋰單體電池的比能量達(dá)到140 W·h/kg，三元材料混合錳酸鋰單體電池的比能量達(dá)到180 W·h/kg，國際上采用NCA的小圓柱電池比能量達(dá)到240 W·h/kg，未來幾年鋰離子單體電池的比能量將進(jìn)一步提升，預(yù)期至2020年高可達(dá)到300 W·h/kg。

        3. 電池系統(tǒng)技術(shù)

        從商品化的鋰離子動力電池系統(tǒng)角度看，關(guān)鍵核心技術(shù)包括電池成組技術(shù)（集成電池配組、熱管理、碰撞、電等）、電池管理系統(tǒng)（BMS）電磁兼容技術(shù)、信號的準(zhǔn)確測量（如單體電壓、電流等）技術(shù)、電池狀態(tài)準(zhǔn)確估計、電池均衡控制技術(shù)等。

        而BMS及電池系統(tǒng)的其他關(guān)鍵核心部件包括傳感器、控制器、執(zhí)行器等部件基本上由汽車電子技術(shù)強(qiáng)國（德、日、美）壟斷。國內(nèi)目前部分企業(yè)已成功開發(fā)智能電表，可以替代國外電流、電壓、絕緣傳感器。影響電動汽車推廣應(yīng)用的首要因素是鋰離子動力電池的性和使用成本，除了電池本體的性、壽命及一致性進(jìn)一步提升外，電池模塊化技術(shù)、電池成組技術(shù)（集成電池配組、熱管理、碰撞、電等）也與國外有較明顯的差距，MS電磁兼容技術(shù)、信號的準(zhǔn)確測量技術(shù)、電池狀態(tài)準(zhǔn)確估計、電池均衡控制技術(shù)等方面開展了較為深入研[2]。

        電池電管理關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)包括綜合電池電化學(xué)模型、電氣設(shè)計、電池狀態(tài)估計、均衡管理、故障診斷與標(biāo)定以及充電管理等方面。電池?zé)峁芾黻P(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)研發(fā)需根據(jù)電池組的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電池產(chǎn)熱計算分析，研究不同熱管理技術(shù)的散熱均溫效果，得到成本低、工藝簡單、可靠性強(qiáng)的電池?zé)峁芾砩岱桨?。針對電池系統(tǒng)開展故障診斷預(yù)測、熱監(jiān)測預(yù)警和防控關(guān)鍵技術(shù)。

        4. 展望

        在未來相當(dāng)長一段時間里，鋰離子電池仍是適用的電動汽車電池，錳酸鋰正極材料、三元體系正極材料、磷酸鐵鋰正極材料、復(fù)合碳負(fù)極材料、陶瓷涂層隔膜、電解質(zhì)鹽及功能電解液技術(shù)的發(fā)展支撐了電池技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。電池系統(tǒng)技術(shù)在應(yīng)用中進(jìn)步，性和可靠性將在未來幾年得到進(jìn)一步提升。

        鋰離子動力電池的壽命模型及模型影響參數(shù)的研究，電池成組方式特性研究，大容量鋰離子電池組均衡策略研究，單體電池充放電熱模型與成組電池包溫度場分析和控制方法研究，成組電池優(yōu)化快速充電方法研究等有待開展。動力電池系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合整車產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)b并根據(jù)未來車用動力電池的需求進(jìn)行設(shè)計制造模式的升級，在動力電池基礎(chǔ)材料、電池制造和系統(tǒng)技術(shù)全產(chǎn)業(yè)鏈上同時下功夫，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低規(guī)?；a(chǎn)成本，提升產(chǎn)業(yè)競爭力。

        （資料來源于網(wǎng)絡(luò)-材料人）