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北汽新能源固態(tài)電池純電動(dòng)汽車成功下線

2020-07-29 23:37:05·  來源：BJEV工匠  
　
近日，一輛搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動(dòng)樣車在北汽新能源完成調(diào)試，成功下線！這臺(tái)樣車下線標(biāo)志著北汽新能源在固態(tài)電池汽車技術(shù)研究上邁出關(guān)鍵一步，也意味著北汽新
近日，一輛搭載固態(tài)電池系統(tǒng)的純電動(dòng)樣車在北汽新能源完成調(diào)試，成功下線！這臺(tái)樣車下線標(biāo)志著北汽新能源在固態(tài)電池汽車技術(shù)研究上邁出關(guān)鍵一步，也意味著北汽新能源在固態(tài)電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面走在了行業(yè)前列。
研發(fā)固態(tài)電池技術(shù)意義何在？北汽新能源如何實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池單體到樣車下線的轉(zhuǎn)變？請(qǐng)隨BJEV工匠來一探究竟。
 
固態(tài)電池技術(shù)優(yōu)勢(shì)
--高安全與高比能兼得
 
電動(dòng)汽車相較燃油汽車，主要的短板在于續(xù)航里程不足，影響整車使用便利性。當(dāng)前電動(dòng)汽車在夏季頻發(fā)自燃事故，對(duì)待購(gòu)車用戶的購(gòu)買信心起到消極作用。實(shí)現(xiàn)高續(xù)航、高安全是電動(dòng)汽車替代燃油汽車的必然追求。
 
電動(dòng)汽車安全事故主要原因是電芯熱失控引發(fā)電池爆炸或自燃。傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)具有易燃特性。過充、低溫、高溫等濫用工況一旦引發(fā)電芯內(nèi)短路，將導(dǎo)致大量熱量短時(shí)間釋放，從而點(diǎn)燃液態(tài)電解質(zhì)，引起失火。固態(tài)電池通過使用固態(tài)電解質(zhì)，減少甚至是完全替代液態(tài)鋰離子電池中液態(tài)電解液的使用，可以有效避免失火、自燃現(xiàn)象的發(fā)生，從原理上根本性的改善電動(dòng)汽車安全性。
 
電動(dòng)汽車長(zhǎng)續(xù)航里程，需要在有限的空間和重量?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)更高的可用電量，從而對(duì)動(dòng)力電池的質(zhì)量能量密度和體積能量密度都有持續(xù)提升的需求。
 
當(dāng)前液態(tài)鋰離子電池提升能量密度的主要手段，是通過正負(fù)極材料的升級(jí)實(shí)現(xiàn)。正負(fù)極材料體系逐步由早期磷酸鐵鋰（LFP）正極+石墨負(fù)極體系，進(jìn)步到現(xiàn)在主流的Ni50正極+石墨負(fù)極體系、Ni80正極+石墨負(fù)極體系。未來1-2年內(nèi)可能量產(chǎn)Ni80+硅碳，有望實(shí)現(xiàn)電芯單體能量密度達(dá)到300-320Wh/kg，但仍不能滿足國(guó)家規(guī)劃要求（電池單體規(guī)劃2020年350Wh/kg 2025年500Wh/kg）。
 
選用高能正極+鋰金屬負(fù)極體系，單體可充電到更高電壓，提升理論能量密度。但現(xiàn)有液態(tài)電解質(zhì)在高電壓下會(huì)被氧化。因此同樣需要開發(fā)固態(tài)電解質(zhì)。
 
圖1：固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)
而固態(tài)電解質(zhì)使用，可以相應(yīng)取消液態(tài)鋰離子電池中的電解液和隔膜，從而減小體積。相同可用電量下電芯占用空間更小，為電動(dòng)汽車有限底盤空間內(nèi)多放電量提供了支撐。

固態(tài)電池技術(shù)賽道
--巨頭紛紛入場(chǎng)角逐
 
固態(tài)電池因其在安全、能量密度上的天然優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被公認(rèn)是下一代動(dòng)力電池的發(fā)展方向。各國(guó)政府陸續(xù)出臺(tái)政策進(jìn)行扶持引導(dǎo)，各大車企巨頭紛紛入場(chǎng)角逐。
 
美國(guó)政府發(fā)布Battery500計(jì)劃，計(jì)劃打造能量密度＞500Wh/kg，循環(huán)壽命＞1000次的電芯，材料體系從現(xiàn)有三元材料向低鈷、無鈷正極材料和鋰金屬負(fù)極體系發(fā)展。日本NEDO（新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織）研究機(jī)構(gòu)牽頭多家車企、電池及材料制造商、大學(xué)及公共研究機(jī)構(gòu)參與，斥資100億日元（約合9000萬美元），攻關(guān)解決固態(tài)電解質(zhì)、涂敷有活性材料的電解質(zhì)涂層、電解質(zhì)-電極層片狀形成等固態(tài)鋰離子電池量產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。德國(guó)、中國(guó)國(guó)家動(dòng)力電池發(fā)展規(guī)劃中，也將固態(tài)電池技術(shù)作為電池性能提升的技術(shù)方向。
 
圖2：《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》新體系電池技術(shù)規(guī)劃
豐田汽車深耕固態(tài)電池領(lǐng)域多年，目前在固態(tài)電池領(lǐng)域擁有大量專利，計(jì)劃在2022年實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)量產(chǎn)使用。日產(chǎn)、三菱、現(xiàn)代均選擇投資固態(tài)電池初創(chuàng)公司IonicMaterials的同時(shí)，也都建立自研固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)。大眾與QuantumScape合作，寶馬與SolidPower合作。目前國(guó)際一流車企OEM都已開始布局固態(tài)電池技術(shù)。國(guó)內(nèi)車企中，北汽投資清陶能源共同開發(fā)固態(tài)電池；天際、蔚來、合眾等新勢(shì)力步伐較快，紛紛公開固態(tài)電池應(yīng)用計(jì)劃。

固態(tài)電池技術(shù)研究
 --BJEV固態(tài)電池研發(fā)進(jìn)展
 
北汽新能源是國(guó)內(nèi)最早開展固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)的整車廠之一，2017年率先立項(xiàng)啟動(dòng)固態(tài)電池及整車搭載匹配技術(shù)研究，與國(guó)內(nèi)外多家固態(tài)電池公司建立合作伙伴關(guān)系，開展技術(shù)交流，明確開發(fā)方向，識(shí)別固態(tài)電池開發(fā)難點(diǎn)。
 
開發(fā)初期，合作伙伴只有開發(fā)適合消費(fèi)電子產(chǎn)品使用的小容量固態(tài)電池經(jīng)驗(yàn)。北汽新能源固態(tài)電池項(xiàng)目組基于電動(dòng)汽車性能需求和應(yīng)用邊界需求，與合作伙伴共同逐步確立材料體系、電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備改造等工作，實(shí)現(xiàn)適合純電汽車使用的動(dòng)力性高容量固態(tài)電芯開發(fā)。
 
固態(tài)電池特性與液態(tài)鋰離子電池特性差異較大，當(dāng)前國(guó)標(biāo)以及企標(biāo)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)多基于液態(tài)鋰離子電池設(shè)定。固態(tài)電池項(xiàng)目組建立了針對(duì)固態(tài)電池的完整測(cè)試體系，尤其在安全性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上全面嚴(yán)于國(guó)標(biāo)要求。
 
 
 固態(tài)電池系統(tǒng)開發(fā)，還需要在BMS端和熱管理系統(tǒng)做全新開發(fā)。固態(tài)電池項(xiàng)目組針對(duì)固態(tài)電池特性，開發(fā)了適用固態(tài)電池的BMS和熱管理系統(tǒng)，優(yōu)化應(yīng)用策略，完成固態(tài)電池系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池系統(tǒng)樣車運(yùn)行。最終實(shí)現(xiàn)了從概念到樣件、從試驗(yàn)室到試制線、從臺(tái)架測(cè)試到整車搭載的重大突破。
 
 
此臺(tái)固態(tài)電池樣車搭載第I代固態(tài)電池，與現(xiàn)行液態(tài)鋰離子電池相比在安全性上具有本質(zhì)上提升。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)全面嚴(yán)于國(guó)標(biāo)的情況下，針刺試驗(yàn)不冒煙、不起火、不爆炸，針刺過程最高溫度不超過50℃；過充試驗(yàn)、短路試驗(yàn)和熱箱試驗(yàn)全部高標(biāo)準(zhǔn)通過，可以充分保障極限濫用工況下電池系統(tǒng)乃至整車的安全性。而在性能方面，第I代固態(tài)電池能量密度、低溫可用能量、0-80%SOC充電速率等主要指標(biāo)均較原液態(tài)電池系統(tǒng)有大幅提升，充放電效率與當(dāng)前液態(tài)鋰離子電池相當(dāng)，性能方面已具備量產(chǎn)應(yīng)用可行性。
 
多年來，北汽新能源始終致力于動(dòng)力電池性能的持續(xù)提升，通過材料體系優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)，不斷打造更高安全、更高能量密度以及更優(yōu)良低溫性能的電池產(chǎn)品。2020年初，北汽新能源發(fā)布了“2029計(jì)劃”，其中包括未來十年的電池規(guī)劃—以鋰離子電池、固態(tài)電池、燃料電池“三位一體”的能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)建多元化能源體系。未來，北汽新能源將繼續(xù)開展固態(tài)電池系統(tǒng)和整車端測(cè)試，進(jìn)行策略優(yōu)化，推進(jìn)固態(tài)電池在整車上量產(chǎn)應(yīng)用。
 
 
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