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2、提升电池组能量密度
如图6所示,提升电池组能量密度主要有两个办法,一是在不降低安全系数的情况下,使用轻质部材对电池组框架进行轻量化处理,二是提升电芯的能量密度。日产2013年初推出的改款Leaf产品,主要变化是采取了轻量化锂离子电池架构,改进了动力总成布局,这使得Leaf EV的重量减轻了105kg(原来是1,545kg,现在减轻到1,440kg)。减轻重量的具体办法是:①减轻电芯外壳重量(约减轻了20kg);②减少了用来固定电池模块的螺钉的数量,并去掉了支架多余的壁厚;③减轻了电池模块的外装。后两个办法减轻了约85kg。这样,Leaf电池组的能量密度就由之前的86Wh/kg提升到了92.9Wh/kg,车辆的续航里程也由之前的120km提升到了135km(指实际工况)。
根本办法还是提升电芯的能量密度。这也同样有两种途径,一是减轻电芯外包装材料的重量,二是提升电池技术水平。上面已经提到,AESC是直接将Leaf用电芯外壳做轻量化处理,而松下是将电芯做大成20700型号,使得同样电量情况下使用的电芯数量更少,从而减轻电芯外壳总重量,以提升能量密度。把电芯做大目前是多数企业采取的办法。这两种办法殊途同归。同样,提升电芯能量密度的根本办法还是要靠提升电池技术水平,现阶段这主要是要依靠正极材料技术水平的提高来实现。几乎所有电池企业都把工作重心放在这上面。通过电池技术进步提升能量密度的办法主要有两个:一是采用5V级正极材料提升电池的电压,二是采用高容量正极材料提升电池的容量,二者结合当然是最佳。
还是以日产Leaf为例,将于今年晚些时候推出的2016款Leaf EV将会有S、SL和SV三个子款,其中入门版的S款将维持24kWh电池组的配置,而SL和SV则会将电池组可存储电量增加到30kWh,同时电池组体积不变。这样,车辆的续航里程将提升25%,以美国EPA数据看,续航里程将由目前的135km提升到169km。即将采用的30kWh电池组就是采用了新的电池技术,从相关资料来看,正极材料应该是由之前的“LMO+NCA”组合变成了“LNMO+NCA”组合。这个LNMO(镍锰酸锂)就是5V级正极材料。电芯的能量密度也因此由157Wh/kg提升到了200Wh/kg左右。
正极材料高容量化的技术开发,目前主要集中在两种三元材料身上,分别是镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA),其中NCM的技术开发方向是高镍化。目前动力电池用NCM材料主要使用的是NCM111、NCM532和NCM523这三种,三星SDI给宝马等车企提供的电芯使用的是NCM622,有中国企业开发出了NCM701515,该技术下一步的发展就是NCM811,到了NCM811这个阶段,NCM材料的容量就基本上和NCA一样了。中国电池企业的动力电池技术开发目前大多集中在NCM方向;致力于NCA电池技术开发的还不多,真锂研究目前仅知天津力神已经开发出了NCA电池,NCA材料技术的开发企业主要有贝特瑞、天骄科技等。
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