日前，国内动力电池职业大新闻一再爆出，先是上汽切入动力电池板块，与国内第二大、全球第三大动力电池企业宁德年代联婚，建立动力电池体系公司;随后有音讯称比亚迪将分拆动力电池部分，敞开门户或向所有车企供货，有报导称这一行为或将改动全球商场格式。并且，国内商场接连两年产销量居世界第一，累计推行逾越100万辆，占全球商场保有量50%以上。我国逾越美国坐上电动轿车商场的头把交椅，能够说电动轿车职业远景无限、展开迅猛，其要害在于动力电池技能水平的前进。
电动轿车的展开需求更好的电池，动力蓄电池的比能量、寿数、安全性和价格，对纯电驱动轿车的展开至关重要。其间具有比能量高、寿数长等长处的是现在最具实用价值的电动轿车电池，在混合动力轿车、纯电动轿车和燃料电池轿车上均得到广泛运用。现在商用动力电池的技能水平和未来10年预期可到达的方针见图1，而实践产品出产中往往这些方针又是互相矛盾的，电池相关功用需求权衡考虑。电池功用的前进需统筹电极资料、电解液、隔阂的功用，一起安装技能、电池体系成组、办理技能的跟进也至关重要。本文旨在从电池资料技能、单体电池规划和制作技能、电池体系技能等方面总结现在以锂离子电池为中心的动力电池展开成果，一起展望未来!
图1 现有动力电池的技能方针以及未来10年的展开方针
1. 锂电资料技能
正负极资料
锂电正负极资料体系非常丰富(图2)，现在，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰锂等正极资料研讨已趋于老练。钴酸锂资料比容量有200-210 mA·h/g，其资料真密度和极片压实密度均是现有正极资料中最高的，商用钴酸锂/石墨体系的充电电压可前进4.40 V，现已可满意智能手机和平板电脑对高体积能量密度软包电池的需求[3]。锰酸锂质料本钱较低、出产工艺简略、热安稳性高、耐过充性好、放电电压渠道高、安全性高。合适作为轻型辆的低本钱电池，但存在理论容量比较低，循环过程中可能有锰元素的溶出影响电池在高温环境中的寿数等问题。国内锰酸锂资料首要满意移动电源、电动工具和电动自行车商场的需求，有向低端展开的趋势。NCM三元层状正极资料首要运用于动力型电池，除镍、钴、锰各占1/3 的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在动力电池中的运用较为老练外[4]，较高容量的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2也现已进入批量运用，一般与锰酸锂混合运用于电动车辆电池。铝掺杂的锂镍钴氧(NCA)能量密度可接近高电压，近几年电动轿车厂商将这种电脑电池用于驱动电动轿车，该资料也能够与锰酸锂混合用于制作车用动力电池，国内NCA前驱体已构成安稳产能，少数企业已完结NCA正极资料开发，处于产品推行过程中。磷酸铁安全性高、寿数长[5]，现在纳米化的功率型资料和高密度的磷酸锰铁锂资料展开速度较快，高能量型和高功率型资料的功用趋于安稳，本钱进一步下降，逐渐满意了国内商场需求和现阶段我国新能源轿车推行的需求，高电压尖晶石镍锰酸锂和高电压高比容量富锂锰基正极资料仍在研制之中。
图2 锂离子电池电极资料体系
负极资料
可用于动力电池的负极资料有石墨、硬/软碳以及合金资料，石墨是现在广泛运用负极资料，可逆容量已能到达360 mA·h/g。无定形硬碳或软碳可满意电池在较高倍率和较低温度运用的需求，开端走向运用，但首要是与石墨混合运用。钛酸锂负极资料具有最优的倍率功用和循环功用，适用于大电流快充电池，但出产的电池比能量较低且本钱较高。纳米硅在20世纪90年代即被提出可用于高容量负极[8]，经过少数纳米硅掺杂来前进碳负极资料容量是现在研制的热门，增加少数纳米硅或硅氧化物的负极资料已开端进入小批量运用阶段，可逆容量到达450 mA·h/g。但因锂嵌入硅后导致其体积胀大，在实践运用时循环寿数会呈现下降的问题有待进一步处理。
电解液
锂离子电池电解液一般以高介电常数的环形碳酸酯与低介电常数的线性碳酸酯混合[6]。一般来说锂离子电池的电解质应该满意离子电导率高(10-3~10-2 S/cm)、电子电导低、电化学窗口宽(0~5 V)、热安稳性好(-40~60℃)等要求[2]。六氟磷酸锂及其它新式锂盐、溶剂提纯、电解液制作、功用增加剂技能继续前进，现在的展开方向是进一步前进其作业电压和改进电池高低温功用，安全型离子液体电解液和固体电解质正在研制中。
隔阂
聚烯烃微孔膜以其优秀的力学功用、杰出电化学安稳性以及相对廉价的特色，是现在锂离子电池隔阂商场的首要种类[7]。包含聚乙烯(PE)单层膜、聚丙烯(PP)单层膜以及PP/PE/PP三层复合微孔膜。国内选用干法工艺出产的厂家较多，湿法工艺PE隔阂也现已有多家企业能够量产。跟着陶瓷涂层技能得到了推行，耐高温和高电压的隔阂将成为是未来的研制方向。
2. 单体电池技能
至今锂离子电池的根本规划仍与SONY公司于1989年专利申请发布的相同[8]，单体的形状有圆柱、方形金属壳(铝/钢)和方形软包散装，圆柱电池本来首要用于笔记本电脑，现在特斯拉等公司选用的18650圆柱电池用于电动轿车。方形电池一般容量较大，电芯经过卷饶、Z形叠片、卷绕+叠片、正极包膜叠片、叠片+卷绕等办法制作。圆柱型电芯技能最老练，制作本钱较低，但大型圆柱电池的散热才能较差，故一般选用小圆柱电池。车用电池组容量大，电池数量多，办理体系较为杂乱和贵重。方形电池中卷绕结构电池制作工艺较简略，但首要合适于软极片电池，选用除尖晶石正极资料外磷酸铁锂和三元资料的电池均可用此办法。可靠性高、寿数长的叠片式电池适应于各种资料体系，通用Volt插电式混合动力轿车和日产Leaf纯电动轿车的电池均选用叠片工艺制作。至2015年，磷酸铁锂单体电池的比能量到达140 W·h/kg，三元资料混合锰酸锂单体电池的比能量到达180 W·h/kg，世界上选用NCA的小圆柱电池比能量到达240 W·h/kg，未来几年锂离子单体电池的比能量将进一步前进，预期至2020年最高可到达300 W·h/kg。
3. 电池体系技能
从商品化的锂离子动力电池体系视点看，要害中心技能包含电池成组技能(集成电池配组、热办理、磕碰安全、电安全等)、电池办理体系(BMS)电磁兼容技能、信号的准确丈量(如单体电压、电流等)技能、电池状况准确估量、电池均衡操控技能等[9]。
图3 简易动力电池体系图
而BMS及电池体系的其他要害中心部件包含传感器、操控器、执行器等部件根本上由轿车电子技能强国(德、日、美)独占。国内现在部分企业已成功开发智能电表，能够代替国外电流、电压、绝缘传感器。影响电动轿车推行运用的首要要素是锂离子动力电池的安全性和运用本钱，除了电池本体的安全性、寿数及一致性进一步前进外，电池模块化技能、电池成组技能(集成电池配组、热办理、磕碰安全、电安全等)也与国外有较显着的距离。现在世界轿车企业电池成组技能较为老练，国内研讨单位在BMS电磁兼容技能、信号的准确丈量技能、电池状况准确估量、电池均衡操控技能等方面展开了较为深化研[2]。
电池电办理要害技能研制包含归纳电池电化学模型、电气安全规划、电池状况估量、均衡办理、故障诊断与标定以及充电办理等方面。电池热办理要害技能及体系研制需依据电池组的结构规划和电池产热核算剖析，研讨不同热办理技能的散热均温作用，得到本钱低、工艺简略、安全可靠性强的电池热办理散热计划。根电池结构轻量化需以电池体系及整车的相关结构为研讨目标，考虑相互间的耦合特性，从结构规划优化与资料选型两个方面展开结构抗振、抗冲击和轻量化的集成优化规划要害技能研讨作业。对零部件资料、结构规划、联接等规划计划进行优化，电池安全性方面需在电气安全、机械安全和热安全的根底上展开电池体系的安全性全体计划规划研讨，针对电池体系展开故障诊断猜测、热安全监测预警和防控要害技能。
4. 展望
在未来适当长一段时间里，锂离子电池仍是最适用的电动轿车电池，锰酸锂正极资料、三元体系正极资料、磷酸铁锂正极资料、复合碳负极资料、陶瓷涂层隔阂、电解质盐及功用电解液技能的展开支撑了电池技能的前进和工业展开。电池体系技能在运用中前进，安全性和可靠性将在未来几年得到进一步前进。
锂离子动力电池的寿数模型及模型影响参数的研讨，电池成组办法特性研讨，高效大容量锂离子电池组均衡战略研讨，单体电池充放电热模型与成组电池包温度场剖析和操控办法研讨，成组电池优化快速充电办法研讨等有待展开。动力电池体系应结合整车产品进行从头规划并依据未来车用动力电池的需求进行规划制作形式的晋级，在动力电池根底资料、电池制作和体系技能全工业链上一起下功夫，前进产品质量，下降规模化出产本钱，前进工业竞争力。
