电动汽车动力电池技术新进展

时间：2019-03-06 作者：91再生 来源：91再生网

　　至今锂离子电池的基本设计仍与 SONY 公司于 1989 年专利申请公布的相同：

 

　　锂化合物正极活性材料、碳黑等材料与粘接剂混和制浆，涂覆在集流体铝箔上，经烘干、辊压制成正极片；

 

　　石墨等碳负极材料涂覆在铜箔上，采用与正极相同的方法制成负极片；

 

　　正、负极片间插入微孔聚丙烯等薄隔膜作隔离层，卷绕或叠片成圆柱形或矩形，装入电池壳，经焊接引出电池正负极；

 

　　再加入电解质溶液，化成、封口，即成为单体电池。

 

　　单体的形状有圆柱、方形金属壳（铝/钢）和方形软包散装：

 

　　圆柱电池原来主要用于笔记本电脑，现在特斯拉等公司选用的 18650 圆柱电池和直径和长度更大的圆柱电池，电芯通过卷绕方式制作。

 

　　方形电池一般容量较大，电芯通过卷饶、Z 形叠片、卷绕 + 叠片、正极包膜叠片、叠片 + 卷绕等方式制作。

 

　　软包电池电芯的制作方式与方形金属壳电池相同。

 

　　其优越点如下：

 

　　圆柱型电芯技术最成熟，制造成本较低，但大型圆柱电池的散热能力较差，故一般选用小圆柱电池。车用电池组容量大，电池数量多，管理系统较为复杂和昂贵。

 

　　方形电池中卷绕结构电池制作工艺较简单，但主要适合于软极片电池，采用磷酸铁锂和三元材料的电池均可用此方法，但尖晶石正极材料电池应极片硬而不能采用此方式制作。

 

　　叠片式电池适应于各种材料体系，可靠性高，寿命比同型号卷饶电池长，通用 Volt 插电式混合动力汽车和日产 Leaf 纯电动汽车的电池均采用叠片工艺制造。叠片工艺制造的电池过程复杂一些，但寿命比相同材料体系扁形卷绕电池寿命长。

 

　　至2015年，磷酸铁锂单体电池的比能量达到 140（W·h）/kg，三元材料混合锰酸锂单体电池的比能量达到 180（W·h）/kg，国际上采用 NCA 的小圆柱电池比能量达到 240（W·h）/kg，未来几年锂离子单体电池的比能量将进一步提升，预期至 2020 年最高可达到 300（W·h）/kg。

 

　　车用动力电池属于高端制造业，涉及的产业多，技术路线尚在变化之中，国外电池生产企业采用高效、全自动、人员非接触式生产方式，行业合作模式也发生变化，材料、单体电池和模块制造逐步形成更加明显分工。

 

　　国外动力电池工艺装备水平在制浆技术及装备、涂布技术、组装生产线、制造过程在线检测技术等单项技术方面，在单元自动化、流程自动化、集成一体化、非接触生产方面，在制造控制及管理系统一体化、MES 制造全过程管理等方面均处于领先地位。

 

　　国内动力电池生产装备研制在 2000 年启动，中国科学院物理研究所及中国电子科技集团公司第十八研究所从国外引进中试设备，北京七星华创电子股份有限公司、中国科学院感光化学研究所等单位开始极片制造设备如涂布机、合浆机的研制，后随着日本平野、东丽大型涂布机的引进，通过与国外公司联合，多家企业已开发出达到国际先进水平的涂布设备，部分为国际电池生产企业应用，但涂布模头、控制泵、阀、涂层厚度测量、张力和纠偏控制等关键部件尚依赖于进口。

 

　　大型电池装配自动化设备的研发始于 2001 年沈阳新松机器人自动化股份有限公司研制的 Z 型叠片机，2006 年国产动力电池自动卷绕机出现，在卷绕变形控制、卷绕式叠片、无偏差组装等某些单项技术方面具备了较高的水准。但设备可靠性及效率方面尚有进一步提升空间。由于电动汽车对动力电池质量水平要求高、需求量巨大、价格竞争剧烈，选用先进的自动化设备是必然的选择，国内电池单体生产逐步从半自动中试向全自动大规模制造技术过渡，以满足高一致性要求。