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jdl008 模具制造 2024-04-27 16浏览 0

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　　依据GB/T31484GB/T31485GB/T31486检测标准，分别选取国内外不同材料不同封装形式(软包方形硬壳和圆柱形卷绕)的电池样品进行对标分析，其中包括比较成熟的国内4款磷酸铁锂蓄电池3款三元材料电池和1款锰酸锂材料电池，以及2款日韩系三元材料电池，如下表所示试验对象均为电池模块。

　　能量密度对比

　　电池样品的能量密度对比如下表所示可以看出，对标测试的磷酸铁锂电池单体能量密度在109～143(Wh)/kg之间三元及锰酸锂电池能量密度在130～195(Wh)/kg之间，F型36Ah软包装三元电池能量密度最高达到194.93(Wh)/kg，J型35Ah锰酸锂电池接近130(Wh)/kg总的来说，三元材料电池能量密度高于磷酸铁锂电池，国内最好的磷酸铁锂能量密度可以达到143(Wh)/kg。

　　组成模组后，由于连接件及固定支架的原因，能量密度均有所下降，比能量损失率见上表。其中F型36Ah软包装三元电池模组能量密度损失最大，主要原因是含有散热装置和外壳，且出于模组安全性考量设计的金属外壳材质较厚;A42Ah方形硬壳磷酸铁锂电池和E型33Ah方形硬壳三元电池组成模块后能量密度损失最小，主要是未模块外壳，无固定装置，仅增加了连接片的重量动力电池模块和系统能量密度，是电动车能否在未来市场媲美传统燃油汽车的关键未来动力电池模块及电池系统轻量化设计，是提高电动汽车续航里程的关键技术。

　　低温性能比较

　　汽车用动力电池的低温性能是制约冬季电动车使用效率的瓶颈动力电池的低温性能主要受电解液正负极材料等因素的影响在低温环境下，电解液部分溶剂凝固，造成电子迁移困难，电导率降低;离子在电解液中受阻很大，离子迁移缓慢，导致动力电池充放电效率降低电池样品的-20℃低温放电性能比较如下图所示可以看出，磷酸铁锂电池在-20℃放电曲线差异较大，可以表征为低温下磷酸铁锂电池内阻不同D型270Ah方形硬壳磷酸铁锂电池放电初始压降最小，低温性能最好三元材料电池的低温放电曲线趋势一致，低温放电性能总体要好于磷酸铁锂材料电池由于不同的低温放电深度各有不同，故H型28Ah软包装三元电池的放电曲线稍短三元材料电池中I型6.3Ah圆柱形卷绕三元电池低温下内阻最大，电压平台低，低温性能最差。

　　高温性能对比

　　高温情况下，电池内部离子移动速度增大，浓差极化和电化学极化减轻，极化内阻减小，电池内部化学反应热增大，过分高温会使隔膜发生收缩，电解液发生副反应，造成电池寿命稳定性降低GB/T31486要求电池在室温下充满电，55℃高温下储存5h后评价动力电池的放电容量电池样品的高温放电性能比较如图2所示。

　　可以看出，磷酸铁锂和三元材料电池在高温下放电容量均是初始容量的100%以上在温度高于室温情况下，电池内部热传导率增大，电解液活性增强，内部极化内阻减小，55℃放电容量优于室温放电容量。

　　充放电倍率特性对比

　　GB/T31486以动力电池在3C电流强度放电来考核其放电倍率;以2C电流强度充电，且充电时长控制在30min内，来考核电池的充电倍率特性。放电倍率特性对比如图3所示；充电倍率特性对比如图4所示。

　　由图3可以看出，磷酸铁锂和三元材料电池的倍率放电容量均在96.7%以上，其中B型50Ah方形硬壳磷酸铁锂电池以8C放电电流放电，放电容量是初始容量的99.6%按照GB/T31486的要求，动力电池充放电倍率检测只进行一次倍率评价，而高倍率循环对电池寿命的影响还需进一步测试目前，GB/T标准未对倍率循环后的能量衰减做出要求，无法量化考核大电流冲击对电池循环寿命的影响，这一点还有待完善图4中磷酸铁锂和三元材料电池的充电倍率性能均高于国标要求的初始能量的80%以上在选型的10个样品中，磷酸铁锂电池的充电倍率特性要优于三元材料电池锂离子电池的充放电倍率特性决定了可以以多大的速度将能量存储在电池里;或者以多大的速度将能量从电池中释放出来倍率指标是电池能否作为车用能源系统的关键锂离子电池的充放电倍率性能，与锂离子在正负极电解液以及它们在界面的迁移能力和电池内部散热速率有关。因此，想要提高和改善充放电倍率特性，要从锂离子迁移速率和散热速率两方面着手，主要方法有:（1）提高正负极锂离子扩散能力;（2）提高电解质离子电导率；（3）降低电池内阻;（4）电池内部热场均衡。

　　存储性能对比

　　GB/T31486要求动力电池模块充满电，室温下以1C放电30min后，在45±2℃下储存28天，评价电池的容量恢复能力电池样品储存性能对比如图5所示。

　　可以看出，经过28天的储存后，大部分电池容量恢复率在97%以上，部分磷酸铁锂电池和三元电池的恢复率高于电池初始容量。

　　小结

　　目前国外以三元材料动力电池为主，国内磷酸铁锂和三元材料动力电池均有成熟产品对标测试研究表明，虽然三元材料能量密度优于磷酸铁锂材料，但国内较好的磷酸铁锂电池的能量密度也能达到143(Wh)/kg;在低温特性方面，磷酸铁锂材料电池的低温性能要劣于三元材料电池，充电倍率特性要优于三元材料电池;但是，动力电池由单体组成模块后，能量密度损失较大;GB/T标准缺少高倍率循环对电池容量衰减的考核，这一点还需要进一步完善。

　　盘点：全球掌握核心科技的动力电池巨头

　　烯碳资讯

　　全球电动汽车持续升温，各大厂家争先恐后地投资研发。作为其核心，全球范围内来看，主流电动汽车和最具代表性电动汽车的动力电池技术都是哪些厂商提供的呢？动力电池的核心技术掌握在哪些厂商的手中呢？

　　松下

　　松下是特斯拉电动汽车的独家锂电池供应商，也是世界知名的电池制造商。特斯拉的电池组件相对便宜（虽然可以找到更便宜的锂电池，但是功率及热性能不是很好）。据悉目前双方正在美国建设面向纯电动汽车蓄电池的超级工厂，通过提升电池技术和分摊电池规模化生产成本来进一步降低电池的整体成本。特斯拉MODEL S的电池为松下生产的18650型产品，电池组容量高达85千瓦时，实际上这个电池组由8142个3.4安时电池组成，日本住友化学为松下提供用于生产锂电池的耐热隔膜。

　　AESC

　　AESC是日产汽车和日本NEC的合资公司，日产Leaf（聆风）采用了AESC的电池，其电池单元在日本座间工厂生产，之后运到追浜工厂组装成电池包。与镍氢电池相比，AESC的锂电池可提供近两倍的电力容量，而其独特的层压式结构，也让锂电池模组的体积更为轻巧实用。同时，NEC开发的锰金属制成的电极，拥有更佳的稳定性，片状结构也有助于散热效能。据悉，在真车行驶实验中，不但电池的安全性得到了验证，还实现了行驶100000公里以上的超长使用寿命。

　　LG化学

　　LG化学以石油化学、信息电子材料、二次电池等三个事业为中心，雪佛兰Volt沃蓝达汽车就是使用了韩国LG化学研发的三元锂离子电池。该电池单元采用层压型设计，共配备了192个电池单元。为了提高散热性，以两个层压型单元为一组，在这两个单元之间配置散热板，制成“单元群”。配置方式采用了现行的安装于中央通道和后座下方的T字型方式。LG化学公司还为雷诺Zoe电动车、雪佛兰斯帕可、福特福克斯电动车、沃尔沃V60和XC90T8插电式混动车等车型提供电池技术。

　　三星SDI

　　三星SDI（中国）是指中国三星的显像管生产部门，由于显示技术液晶化，目前转行生产锂电池包（battery pack），三星SDI将中国市场视为全球汽车电池市场上最重要的市场之一，为了在高速发展的中国电动汽车市场抢占先机，在众多国际电池制造企业中，三星SDI率先在中国建成了专门生产汽车动力电池的工厂，并投入批量生产。

　　早在2014年8月份，三星环新（西安）动力电池有限公司（简称“三星环新”）的汽车动力电池项目在西安开工建设，将成为全国最大的汽车动力电池生产基地。

　　于2015年10月份竣工的三星SDI西安工厂拥有年产4万台高性能汽车动力（纯电动EV标准）电池的最尖端生产线，生产线涵盖了生产汽车动力电池单元与模块的全工艺流程。正式投产的西安工厂不仅向现有的国际OEM企业供应电池，三星环新与东风襄阳旅行车有限公司签订了新能源汽车绿色供应链战略合作协议书。三星SDI还向郑州宇通客车、北汽福田供应电池。目前已与中国本地十余家商用车及轿车企业签署了供应动力电池的协议，并已开始供应产品。

　　江森-萨福特JohnsonControls-Saft

　　美国江森-萨福特（JohnsonControls-Saft）由美国江森自控和法国Saft公司合资组建，主要从事锂离子汽车电池的开发和制造，工厂位于法国那萨科（Nersac）。作为世界上首款搭载锂电池的量产混合动力车型,奔驰S400混合动力车也是值得一提的，它真正意义实现了“绿色豪华”。该车就使用了来自江森-萨福特的动力电池。奔驰S400混合动力车搭载的锂离子电池拥有很高的能量密度、更大的电力效率,使发动机舱内的布局和主要内部空间保持不变，而更轻的重量也可以使整车前后重量分配比更容易达到最优。

　　比亚迪

　　作为中国电动汽车的代表之一，比亚迪电动汽车原来一直采用自行研制的磷酸铁离子电池，因为其热稳定性是目前车用锂电池中最好的，但近两年开始在部分新车型上逐步扩展三元锂电池的使用。众所周知，比亚迪最早研究锂电池就是从磷酸铁锂入手的，而且数年来一直坚持使用磷酸铁锂电池并取得了非凡的成就，是其在电动汽车领域遥遥领先的基础，但是随着技术和市场的发展，比亚迪需要快速在三元锂电池上重新建立领先优势。

　　纵观整个市场，一个很有意思的事情是，虽然电动汽车市场越做越大,但动力电池市场却相对越来越集中——松下、LG化学和三星SDI这三大巨头占据了很大的市场份额。此外，值得一提的是，日本和美国的相关企业，在燃料电池领域站在了绝对上游的位置。在产业链完善方面，日本和美国企业也更加成熟，从底层研发到生产配套，再到品牌包装，均有专业的厂商在做。

　　相应地，中国自主品牌电动车的相关技术也大都借鉴于此，比如有的国产电动车的电池来自日本TDK，也有使用三洋技术的，这有点类似于自主品牌汽车的发动机早前广泛依赖国外技术一样不过随着电动汽车的市场化步伐越来越快，动力电池的竞争也越来越激烈，5年之后的市场格局，还真难说一定会怎样，我们拭目以待！

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