動力電池：增容困難 減重可行

目前，我國新能源汽車市場上的純電動汽車搭載的動力電池，大多數為三元鋰材料或磷酸鐵鋰材料電池。儘管相比鉛酸和鎳氫電池，能量密度已經有了極大的提高，但是依然難以破解消費者的里程焦慮困擾。毫無疑問，現階段阻礙新能源汽車產業化的主要因素是動力電池技術瓶頸。但是，現階段電池增容存在困難，減重是一條可行的辦法。

■鋰離子電池密度還能提高嗎

現在，無論是三元鋰材料電池還是磷酸鐵鋰電池，基本由四大關鍵部分組成，即正極、負極、電解液和膜。一位不願透露姓名的電池研究專家向記者表示，現在基於這四種組成部分的鋰電池，再提高能量密度並做到產業化應用，可能性不大。事實上，2020年動力電池模塊的能量密度達到300Wh/kg，現在距離2020年還有5年時間，但可以產業化的下一代動力電池還沒有浮出水面。

上海市機動車檢測中心副主任繆文泉認為，提高動力電池比能量的技術途徑有很多：一是工藝進步，如今電池工藝設計已相對成熟，提高電池比能量的空間不大；二是材料性能的提升，受制於自身物化性能，以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負極的鋰離子動力電池在能量密度上很難有大的突破；　三是新材料、新體系，即開發高比能新材料、發展動力電池新體系是未來動力電池比能量大幅度提升的主要途徑。「一項新技術從實驗室走嚮應用，往往要經歷很多年的時間。」繆文泉表示。他認為，2020年並不是一個遙遠的未來，目前還沒有看到任何確定性的解決方案，能達成上述目標的新一代動力電池體系屈指可數。他透露，目前日韓正在研究膠體電池，這是一種沒有電解液和隔膜的新型電池，有可能給電池帶來質變，但是現在還沒有產業化的消息。

■為電池減負是可行方式

如果現階段不能有效地提高電池能量密度，那麼是不是可以考慮從給電池包整體減重的角度去提高能量密度呢？中國電池工業協會張旻昱博士告訴記者，這個思路完全可行。她表示，動力電池電池包中，電芯的重量一般佔比在1/3~2/3之間，其餘部分為電路板、殼體等配件。如果將這些配件的重量有效降低，同時維持現有電芯能量密度，電池包整體的能量密度會有一個明顯的提高。

在2010年前後，動力電池包因為安全等需要，往往採用金屬外殼，電池包整體能量密度很低。後來更換高聚合物外殼后，能量密度有了大幅提高。張旻昱表示，電池包能量密度是一個系統問題，提高電芯能量密度是一個直接手段，但是做好電芯的布置，電路的規劃，減輕殼體重量，為電池減負，也是提高電池能量密度的一個有效手段。

在實際應用中，記者了解到北汽新能源EV200車型的電池箱下箱體使用鋁合金材料，上蓋採用複合材料，能夠有效減重幾十公斤。北汽新能源副總經理王可峰表示，通過降低電池整體重量，可以實現整車減重，是提升電池箱能量密度的一個有效手段。另外他表示，更換更輕材料一般都會導致電池成本的上漲，現在北汽新能源也在加緊這方面的研究，爭取應用更輕更強成本更低的材料。

■未來新電池研發與減重并行

根據國務院頒布的《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》中提及的目標，今年動力電池模塊的能量密度達到150Wh/kg(折算成單體電池，其能量密度大約需要達到170-190Wh/kg)，至2020年動力電池模塊的能量密度達到300Wh/kg(對應的單體電池能量密度至少達到330Wh/kg　以上)。

張旻昱表示，為了達成300Wh/kg的目標，研發新電池與電池包減重需要并行。她介紹，動力電池因為裝配在汽車之上，需要經過各種工況的測試，要保證一定的結構安全。將鋼殼換成碳纖維殼或其他材料的外殼，只要能保證強度要求，完全可行。電池包另一項重要指標是散熱與均熱能力。如果電池組局部過熱，會導致電池內阻不一致，電芯放電容量下降，那些放電不充分的電芯從某種意義上說，為電池包增了重。「電池包能量密度達到300Wh/kg，光靠為電池減重可能是無法達到的，但是動力電池作為一個系統，這方面的作用不容忽視。」張旻昱說。中國電動汽車百人會副秘書長王賀武表示，在動力電池的製造上，中國並不落後外國同行。但是國內企業比較缺乏基礎性研究，過度追求高比能量電芯，應該均衡發展，在研發新型材料電池的同時，重視對現有電池體系的減重。

電池減重依賴產業化進程

電動汽車動力電池現在售價比較昂貴，以北汽新能源EV200為例，電池成本幾乎佔據整車成本的一半左右。如果在此基礎上，更換輕型材料，成本還會上漲。這是很多整車廠暫時沒有採用新型材料的最大原因。另外，新型材料是不是能為消費者接受，也是整車廠需要考慮的一個問題。在純電動汽車使用成本比較低的情況下，消費者對輕型材料的需求並不高，也從另一個方面制約了輕型材料的應用。

從短期內看，為電池「減負」有點費力不討好。部分整車廠負責人向記者反映，如果產業鏈比較成熟，新能源汽車產銷量進一步放大，新型材料才有可能大量使用。對於半年銷量只有7萬餘量的新能源汽車來說，這確實是大實話。一位業內專家給記者講過一個他自己的經歷就很說明問題。

這位專家從事新能源汽車的研究工作，所以購買了一輛電動汽車使用。在一次倒車時，不小心撞上了牆，后保險杠和後車窗損壞。他把車送回4S店維修，本以為一個星期就能修好，結果等了一個月才修好。維修費也嚇了他一跳，維修保險杠和後車窗竟花費1萬多元。專家很不解，向4S店諮詢，被告知因為整車廠產量不高，沒有配件，一個月里大部分時間在等配件。另外因為配件非常貴，維修費也遠遠高出傳統汽車。專家最後感嘆：「都是因為量少啊。」

電池減重需要產業化進程的加速，其實放大到整個新能源汽車而言，也同樣依賴產業化進程的提速。今年上半年，新能源汽車市場產銷兩旺。按照這種勢頭，今年全年銷量有望突破20萬輛。在這樣一個量級上，產業鏈會進一步成熟，零部件成本有望進一步下降。

就目前情況來看,小批量的示範運營和大規模的市場化運營中間，遠遠不是一個簡單的數量累加。車企要加大研發投入儘快實現技術的進步，突破技術的門檻和壁壘，提升續駛里程，快速攤薄成本，最終實現幼稚產業在最短的時間內成長和成熟起來。

條條大路通羅馬

從目前看，提升動力電池能量密度的方法比較有限，除了研發新型電池以外，無外乎增加正極活性物質的重量和減少電池組配件重量兩種方法。對前一種方法而言，能夠直接增加電池能量，但是帶來的問題也比較多，如安全性的下降和局部過熱問題。后一方法效果雖然不那麼直觀，但是也能達到第一種方法的目的。

減輕配件重量但不能降低配件的強度。從現在電池研發的情況看，我國在這方面的研究和應用比較滯后。在材料學的研究上，我們必須承認和國外還有一定的差距，尤其是在基礎研發上。另外，用更輕的材料替換原有較重的材料，普遍面臨成本上漲的問題。在動力電池已經很昂貴的情況下，整車廠採用這種方法的可能性不大。

但是，從國外研究的成果看，尋找一種強度大、重量輕且成本低的材料是可能的。前段時間，沃爾沃汽車宣布電動汽車電池輕量化進入實用化測試階段，沃爾沃表示，新電池材料成本更低，也更加環保。如果將目前的電動車電池全部更換成這種新型材料，可以減低車重超過15%，效果是顯而易見的。

通過電池的重新排列布置也是提高系統能量密度的有效手段之一。例如通過對電芯尺寸的研究設計，與整車布置相匹配，更高效放置更多的電池，從而使電池箱體積不變，增加電芯數量，實現更長的續駛里程。總之，提高電池能量密度，完全可以通過各種方法去實現。

除了要長遠規劃之外，汽車企業眼下的當務之急是研發出更可靠、經濟的輕量化材料。在電池技術面臨瓶頸的時期，多從輕量化的設計理念思考是電動汽車技術革命的一個重要推力。無論未來新型電池是由何種材料構成，組成電池包的材料基本可以通用，短期看可能收益不大，但從長遠來說，這種基礎性研究不會徒勞無功。

更多詳情請點擊汽車報官網：www.cnautonews.com