当前,我国的新能源汽车市场正在持续扩张,新能源汽车生产量达51.7万辆,销售量达50.7万辆,同比2015年分别增长51.7%和53%。目前虽然有混合动力电动汽车、插电式电动汽车,但是我们的终极目标是实现纯电驱动的普及,彻底摆脱汽车对石油的依赖。
那么,实现这个目标的关键就是在保证高安全性、长寿命、低成本的前提下,提高动力电池的比能量密度。
电池的比能量密度高,可以显著延长电动车续航里程,也可以大幅度提高车的有效负载量,同时还有利于降低成本。提高电池的能量密度,一种方法就是提高工艺水平,尤其是提高电极压实密度,这也实际上是提高电池壳的空间利用率。
近中期来说,电池所涉及的正极材料是NCM、NCA和富锂锰基,负极材料是石墨和硅。这些材料当中,NCM、NCA、石墨的运用是比较成熟的,需要重点攻关的材料就是富锂锰基和硅基负极,而富锂锰基的充电电压较高,这涉及到高抗氧化性电解液的开发问题。
锰基固溶体正极存在的主要问题首先是它的首周销率低,长期循环稳定性得不到保障;其次是它的充电电压达到4.8V,现有的电解液无法满足此条件,需要开发新的电解液。
硅基负极是一种合金化的负极,它的处理过程中伴随着巨大的体积膨胀,这会导致材料的粉化,使容量快速衰减;同时因为体积变化,所以在硅的锂化过程中导致SEI膜的反复破坏和形成,使库伦效率降低。
下一代动力电池需要解决的主要问题是安全性。如果短路和过充某种原因导致电池温度升高,SEI膜分解,之后副反应就会被相继引化。温度升高会导致热失控,电池热量瞬间非常大,导致爆炸和燃烧。但是,如果我们加紧这些技术的应用和开发,就有可能会让电池变得十分安全。
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