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动力电池续航里程的提升可以很好的减少甚至消除“里程焦虑”
2019-7-9 16:05:00 新浪网

现如今将纯电动汽车续航里程的长短,作为评判一辆车好坏的前提似乎是一件再正常不过的事情,很多车企也经常用本款车型续航里程高达500公里,超越国内一众竞争对手的宣传来吸引消费者的目光。不可否认,对于大多数消费者而言,续航里程的提升可以很好的减少甚至消除“里程焦虑”,但伴随而来的安全问题同样值得消费者思考和关注。

1.被迫进入811时代

随着补贴政策的进一步收紧,政府对电池能量密度及续航里程提出了更高的要求。2018年年初,四部委发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》(以下简称《通知》)。《通知》要求,2018年补贴系数与能量密度挂钩。乘用车想要拿到最高倍补贴系统能量密度需>140Wh/kg;非快充类纯电动客车要获最高补贴同样需要>140Wh/kg。
      到2019年,调整后的《通知》显示,可享受1倍补贴车型装备的电池能量密度限制需不低于160Wh/kg,且这一限值在2020年将达到260Wh/kg。一边是消费者的需求一边是政策的要求,如何提高动力电池的能量密度便成了近几年最热门的话题,再加上因镍钴铝NCA电池技术壁垒高,且日企垄断了NCA的材料市场,中国电池制造商在综合技术条件、工艺、成本等多重因素下,大多只能选择镍钴锰NCM的路线。
      按照镍、钴、锰三者用量比例不同,镍钴锰三元锂电池具体可细分为111型、523型、622型和811型等,现在市场上多以523和622型为主,单体能量密度在200Wh/kg。而811电池则一举突破300Wh/kg,相当于将能量密度提升了近50%,使得NCM811电池成为了多家中国电池制造商的最佳选择。
      因此2018年也被称为是中国电池的811元年。在那一年的5月,比克电池率先宣布3.0Ah圆柱18650电池NCM811的量产下线。随后鹏辉能源也对外透露,公司NCM811材料的2.8Ah、3.0Ah圆柱18650电池已量产。当然除了比克和鹏辉能源宣称具备量产能力外,国内有数家电池厂也都在去年对外公布了高镍811的未来布局。
      在这其中,动力电池的两大巨头宁德时代和比亚迪的动作并不算快,宁德时代在今年实现了量产并装车,但比亚迪的最终量产及应用时间目前仍未公布。不过宁德时代虽不是最早布局并量产811电池的企业,但却是第一个将811电池装车的电池厂,而第一款搭载811电池并上市的车型便是宁德时代最早的合作伙伴宝马于今年3月上市的X1 PHEV。

2. 811的优势与劣势

那么到底何为811电池?除了能量密度高以外,它又有哪些优劣势?NCM811,即正极材料为镍钴锰,同时含量比例为80%:10%:10%的三元锂电池,因镍在锂离子电池内的主要作用就是拉高克容量,让电池的能量密度更高,所以811电池也就成为了目前能量密度最高的锂电池。
      但镍也是金属活性高的元素,因此它的比重越大电池的安全性就越低。主要表现形式就是循环充电的容量损失和高温环境容量加速衰减,长此以往,811电池的使用寿命便会下降,因热失控导致的自燃风险也将显著上升。
      其次,钴作为三元锂电池的关键材料,既可提高电池的稳定性又可增加电池的循环寿命,对三元锂电池起着至关重要的作用。但在811电池中,钴的比重却只占到了10%,安全隐患不容小觑。
      不过钴的价格是三种元素中最贵的,而且三元锂电池市场经过近几年的开拓,锂、钴等金属资源吃紧,尤其是金属钴,其成交价格更是从2016年的25.5-28万元/吨涨到2017年年终的53.4万元/吨,暴涨97.8%,而镍的成交价格一直也就在10万元人民币/吨上下徘徊,锰的出厂价就更低了,基本只需1.3万元人民币/吨。可见811路线提升镍降低钴的含量,除了能最大程度的增加能量密度外,还能有效降低成本。
      据悉,采用811材料生产的三元电芯,单位成本可相比523电芯下降约7%,核算成电池包成本后,综合单位Wh成本下降幅度可达8%以上。
      值得一提的是,特斯拉在2013年推出的第一款车采用的就是松下研发的镍钴铝80%:15%:5%的三元锂电池,而当时中国新能源汽车普遍都在使用磷酸铁锂电池,这也就是为什么特斯拉的续航里程在多年来都能保持绝对领先地位的原因。

3.安全性如何提升?

这样看来,811电池的优缺点都非常明显,以至于舆论对它也呈现了两种不同的声音。一种认为811电池是目前能量密度最高的电池,纯电动汽车想要突破500公里、600公里甚至更高的续航瓶颈,发展811是不二法门;另一种则认为,当前的电池包防护技术还不足以保证811这种热稳定性较差电池的安全性,电池厂和主机厂全力以赴811并不明智。那难道就没有办法解决这个问题了吗?
      中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高曾就高镍动力电池的安全问题进行过详尽的分析,他认为提高高镍电池的安全性目前主要有三个技术途径。
      首先需对电池包和正极材料进行进一步的研究。例如用单晶颗粒来替代多晶的正极材料,电池的热稳定性和安全性就都能得到一定的改善。
      其次,对热蔓延进行阻隔,即在主导传热的路径上加隔热材料,形成“防火墙”的效果。而这种技术已经在使用811电池的宝马X1 PHEV上有所应用。
      最后就是对热失控的管理。目前宁德时代在这方面已经可以实现提前15分钟将可能引发热失控的内短路预警出来。
      做到以上这些,也许811电池的安全性和耐用性就可实现巨幅提升。但就目前的现状而言,811电池显然还未达到最为成熟的状态,对其过快投放市场的行为消费者除了担忧也会进一步打消购买纯电动汽车的热情,长远来看这并不是笔划算的买卖。


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