当前位置:首页 技术设计 技术讲堂 正文

寻电之路:制造到回收 追溯电池的一生

收藏 阅读全文 (0条) 纠错 向编辑提问

  [汽车之家 新能源频道]  上期内容我们追本溯源,深入中国西部腹地,看到了锂资源开采并提炼成各种材料,为制造新能源汽车的锂离子动力电池做准备。实际上无论是燃油车还是新能源汽车,安全永远是产品的第一指标,但锂离子动力电池天生就有不安全的基因,让它成为了说起新能源车型无法回避的问题。而且有一组数据,2019年相比于2018年,用户对于新能源汽车的购买热情降低了20%,这和因电池安全问题而引发的起火事件不无关系。这期我们深入到制造第一线,从电芯开始到电池包封装,追溯电池安全问题,看看电池厂商和车企又为此付出了什么代价和努力?而整个动力电池的蓬勃发展又给电池厂和汽车制造带来哪些挑战?

汽车之家

一、当我们谈论电芯时我们在谈什么?

  1、一个单体电芯在安全上的打造

  从盐湖和矿区而来的各种原材料被运到了电池工厂,这些年随着新能源车型产销的增长,对动力电池的需求也逐渐增大,动力电池工厂的数量也在近年暴增,据不完全统计,曾经中国市场里动力电池厂多达155家。

汽车之家

  根据韩国的SNEresearch公司预测,预计在2025年动力电池的市场需求将达到1243GWh,年复合增长率达到46%,但头部电池厂商占据大份额市场的结构不会改变,市场将继续追求优质动力电池。那优质的动力电池是如何生产出来的呢?让我们从组成它最小的单元——电芯说起,众数个或者数十个电芯会组成电池模组(Module),众多模组再组成电池包(Pack包),最后电池包会装车使用。小小的电芯不仅和车辆的续航里程、性能息息相关,更重要的是它将与整车的安全强相关,你的车安全与否从制造电芯这个关卡就开始了。

汽车之家

汽车之家

汽车之家

汽车之家

  动力电池的正、负极片主要是通过搅拌、涂布、冷压切分三道工序完成,由于这三道工序工艺复杂、对产品一致率要求高、质量控制的好坏直接决定着电芯质量的好坏。所以目前主流电芯制造工厂在这三道主要工序上都有着较高的自动化率。每道工序几乎都是动力电池厂商的最高商业机密,就仿佛每家老字号美食店一样,总有一些“秘方”概不外传。

汽车之家

汽车之家

汽车之家

  我们都知道锂离子动力电池来是从大家使用的手机、笔记本等消费级电池而来,卷绕的工艺就是从消费级电池那里继承下来的,而消费级电池在发展了多年之后,技术相对成熟、自动化率较高、成本也相对更低,被国内很多动力电池企业所采用。而叠片法由日韩企业研发应用在动力电池领域,由于可带来能量密度更高更高的电芯而逐步被大家所使用。

汽车之家

   在电芯制造过程中,每一步都将影响电池的安全,比如在结构设计阶段,正负极活性物质面积比、极耳长度设计不合理,减薄铜箔、铝箔以及隔膜比例等,这些都可能对电池的安全性埋下隐患。制造工艺更是如此,叠片和卷绕的工艺将影响稳定性、外壳焊接影响电解液封闭性,隔膜材料的透气性和平整性影响晶支,这都将决定电芯的寿命以及安全。

  我们经常说的日韩电池企业在锂离子动力电池方面拥有竞争优势,其中很大的优势就是他们拥有更长的制造经验和优秀的制造工艺,良品率和成本控制表现都很优秀。以松下为例,1998年就开始量产笔记本电脑专用的圆柱形锂离子电池,2009年就开始和特斯拉合作研发高能量密度的锂离子动力电池,凭借业内优秀的锂离子电池生产线和成本优势让它迅速在全球锂离子电池市场上称霸。

汽车之家

  国内动力电池这些年也逐步发力,以宁德时代、比亚迪等为首的电池厂商从研发开始,开发高能量密度的电芯,在圆柱、方壳、软包电池各方面齐头并进,并不断提高制造工艺流程和品质,打造高质量的电芯。这些年来从装机量和车企配套规模来看,国内这些动力电池厂并不输日韩的老大哥,在近一两年内还出现了反超。

2018年全球动力电池企业装机量排行榜TOP10
车型电池企业装机总电量(单位:GWh)
1宁德时代23.54
2松下23.3
3比亚迪11.6
4LG化学7.5
5AESE3.7
6三星SDI3.5
7国轩高科3
8力神2.1
9孚能2
10比克1.8
数据来源:起点研究院(SPIR)

  2、电芯天生就是不安全的?

  上文我们提到,无论是国内动力电池公司还是日韩电池公司,都在追逐高能量密度比的电芯,而高能量密度比又天生会伴随着一些不安全的因素,这个是目前阶段不可调和的矛盾。

汽车之家

汽车之家

  在几种常见的正极活性材料当中,以镍钴锰最为活跃,它能释放的电越多,带来的能量密度越大,随之而来的是更长的续航里程。由于我国前几年对高能量密度、长续航里程的车型采取政策扶持,消费者对于长续航里程车型也情有独钟,让镍钴锰(三元锂)电池更为电动车企所喜爱。数据显示,2019年1月-9月,三元电池装机量27.13GWh,占比乘用车装机量88.65%,同比增长79.82%。

汽车之家

数据来源:高工产业研究院(GGII)

  在三元锂电池当中,镍的比例越高越活跃,越能获得更高能量比,因此三元锂电池从最初的NCM523过渡到611,如今又迅速过渡到了811。可越是活跃就越容易发生热失控的问题,高镍配比的电芯尤其是。如何在能量密度和安全性之间达到平衡,这是动力电池企业和汽车厂商一直苦苦追寻的问题。想要获得高能量比的电芯又要保证安全,只能通过不断优化电极/电芯的结构以及配比设计、严格控制生产工艺,不断升级检测防护机制来实现。如果说电芯生产是一重防护,电池封包就是第二重防护,也是最后的底线,很多车企为了电池包的专利技术把握在自己手中和守住安全底线,都组建了自己的生产线,进行电池封包。

向编辑姚嘉提问
文章标签: 电动车技术
文章导航
展开全部目录收起全部目录
收藏
+1
+1
发表我的评论
您认为文章写的好么:
评价内容: 修改 本文共有 4 个网友评价,其中100.00%好评,0%差评。
评价理由:语句不通/文章阅读困难
0/5000字 提 交 同步到:
最新文章
加载中