软包电池就是聚合物电池吗?未来的提升空间有多大?
新能源汽车之所以没有完全普及,主要受制于动力电池产品性能、质量和成本。下面从物理和化学途径聊一下动力电池性能提升空间,并对动力电池未来发展趋势进行展望。
物理途径
01圆柱电池
目前最成熟的技术就是18650电池,即通常所说的5号电池。特斯拉汽车的动力电池就是由7623颗5号电池串并联组成。圆柱形电池由自动化设备卷绕而成,生产效率高,生产流程标准化,普及率高。但是圆柱形电池也有其天生缺陷,因为体积小,所以单体容量较小,且在高强度放电时,发热量大;使用寿命短,电池循环次数在1000次左右。
针对18650电池的缺点,特斯拉采取增大电芯尺寸的方式加以改进,例如特斯拉Model3中用20700替代18650电芯,20700电池增加的尺寸大概为10%,而体积和能量储存提升了1.33倍。20700电芯量产后,其动力电池包能量密度增加3-4%,成本下降5-10%。可见,圆柱电池的发展已经做到极致,再往上提升的空间不大。
02方形电池
方形锂电池,顾名思义,其形状为方形,方便叠加,也方便置于汽车之中。其外壳通常是铝制壳或钢制作壳。其特点是结构简单、能量密度高,国内普及率高。方形电池多采用卷绕式或叠片式工艺,制造效率高,安全性好。随着新能源汽车工业的发展,未来新能源汽车也将如现在的常规能源汽车一样大规模生产,这就涉及到标准化问题。现在的传统燃油汽车,大多数零部件大多采用标准件,全球通用,这样一来不仅降低了制造成本,也降低了研发成本。未来的大趋势是全球采取统一尺寸,统一规格的方形电池。这将极大的推动动力电池的发展。降低动力电池的生产成本及研发成本,推动新能源汽车产业加速发展。美国卡内基梅隆大学的研究成果也证明:圆柱形电池进一步降低成本的空间很小,而方形电池则有很大的潜力。
03软包电池将如现在的常规能
软包电池,又称聚合物锂电池,其内部使用高分子胶态或固态电解质,区别于电解液。其电池形状不固定,可以根据实际需求制作成各种形状。目前在苹果手机电池中广泛使用。软包电池目前价格昂贵,主要因为高分子电解质成本较高,其外包装材料不同于普通电池,为铝塑复合膜。其正负极材料与传统锂电池一样。
由于采用铝塑膜包装,其安全性能得到较好提升,发生安全问题时,软包电池一般会鼓气裂开,而不会发生爆炸;软包电池的优点还包括:质量轻、自耗电小、循环寿命长等。但是,软包电池也有缺点,比如一致性差,成本高,容易漏液。作为一种新型动力电池,软包电池未来提升空间很大。
04物理途径小结
对比分析以上提升动力电池性能的物理途径来看,圆柱电池的发展已经遇到天花板,未来提升空间不大;软包电池与方形电池将来会有较大的竞争力。动力电池降成本的重要途径就是标准化与模块化。未来全国动力电池若能建立统一标准、统一规格、统一形状、统一尺寸以及批量生产,相信动力电池的生产效率将大幅提升,成本将大幅下降。例如,当年福特发明的标准化生产方式让汽车的价格从2000美金降到了300美金。在未来大规模使用新能源汽车过程中,方形电池是最具发展潜力的。它可以让全国的新能源汽车都采用统一标准的方形电池,续航里程大的纯电动汽车,方形电池可以叠加得多一些,续航里程短的混动汽车,方形电池可以叠加得少一些。电池封装系统也可以全国统一标准,依据动力电池容量的不同,分别采取相应的电池封装技术,将方形电池封装起来。将方形电池与封装技术结合起来,形成全国统一标准的方形电池封装技术,将极大的降低动力电池的生产成品,提升动力电池性能。助力中国汽车工业实现弯道超车,达到世界顶尖水平。