續駛里程是人們在選購新能源汽車時考慮的一個關鍵性指標,也是相關部門制定政策的重要考量因素,因此,新能源車企對高比能量動力鋰電池更加偏愛,在三者的助推之下,高比能量動力鋰電池漸成主流。

然而,目前技術條件下的高比能量動力鋰電池壽命衰減快,鋰電池的循環壽命與整車里程壽命不一致,鋰電池的日歷壽命與整車使用年限不一致,這給新能源汽車的推廣帶來不少困擾。

為何高比能量鋰電池壽命衰減更快?

從微觀看,鋰電池在使用的過程中,內部會發生電解液分解、活性材料失活、正負極結構坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數量減少等不可逆的電化學反應并導致容量下降。

尤其在高電壓和高溫條件下,高度脫鋰的正極表面極易與電解液發生反應,比如,充電狀態下的NCM811與電解液反應的活性,遠大于NCM111與電解液反應的活性。因此,充放電電壓越高、溫度越高,鋰電池容量下降越快。

從宏觀看,如何準確測量電流、電壓和溫度,做好熱管理、功率管理和能量管理?如何感知高比能量動力鋰電池的壽命狀態,延長其使用壽命?毫無疑問,電池管理系統扮演重要角色。

從不同維度探索解決之道

關于NCM811等高比能量動力鋰電池壽命衰減過快的問題,目前業內的解決方案多從材料、電解液、隔膜和電池管理系統等方面入手。

材料方面,可通過對NCM811的顆粒表面進行改性處理,提高其各項性能。由于電解液添加劑不同,電池的極化程度和極化速度也不同,因此,采用能夠降低電池內部寄生反應的電解液,可以提高高比能量動力鋰電池的循環壽命和安全性。

鵬輝能源通過對陶瓷和聚合物多功能復合涂層的應用,提高了高比能量動力鋰電池在高溫、高壓下的穩定性和安全性;此外,鵬輝能源還開發出硅碳負極專用的工藝體系和電解液,使電池的首效提高到86%及以上,解決了電池前50周的快速衰減問題,提高了電池的容量和實驗壽命。

在電池管理系統層面,同濟大學汽車學院副院長魏學哲教授提出了基于“電-熱-壽命”耦合模型的電池組優化設計方法,可對電池單體進行阻抗測量、容量估計,采集多空間、時間維度數據。同時,該設計可保證電池組的一致性,實現多因素、多物理場耦合。據魏學哲教授介紹,這就是以壽命估計、預測和管理為核心的第三代電池管理系統(第一代電池管理系統以單體安全監控為核心,第二代電池管理系統以SOC估計為核心),該管理系統有著完備的串并聯方案、均衡方案和熱管理方案,可對高比能量動力鋰電池的壽命衰減進行有效管理。

在市場需求的拉動下,桑頓新能源、國軒高科、鵬輝能源等電池企業都展開了對高比能量動力鋰電池的布局,杉杉股份等材料企業也順勢而為,在上游做好了相應布局。業內對高比能量動力鋰電池壽命衰減問題的探索,無疑有利于動力鋰電池產業的發展,有利于新能源汽車的進一步推廣。