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新能源汽车零部件知多少 从原材料到成车到底包括些啥

2017-11-29汽车人八卦

新能源汽车产业既保持了传统汽车产业长链条的特征,又新增了电池、电机和电控等重要的产业环节。外部环境的变化正在促发汽车产业的新一轮产业变革,新能源汽车是汽车产业升级转型的重要方向,其需要的资源、生产方式、配套关系以及产业布局也在不断的发生变化。

上游原材料

以锂、钴、镍、石墨、稀土为代表的矿产资源在新能源汽车领域有重要用途,尤其是电池级碳酸锂是动力电池关键原材料之一。而镁铝及其合金是汽车轻量化的重要材料。

汽车零部件,汽车材料

动力电池

正极材料

正极材料决定了锂离子电池的主要性质,如能量密度、循环稳定性、安全性等。正极材料目前主要包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。目前来看,锂电池正极遵循着从二元材料向三元材料的发展趋势。松下NRC18650B的正极材料是镍钴铝三元材料,俗称NCA。通过引入Ni含量可提高材料的容量,而松下NRC18650B正是提高了Ni含量(摩尔分数80%)从而使电池从原来的2.9Ah提高到了3.3Ah左右,能量密度大大提升。同时受益于三元协同效应,NCA正极材料综合了LiNiO2和LiCoO2诸多优点,性能比使用单一材料优越。而且,该材料用钴量较少,成本较低。

锂电负极变革趋势:硅基负极

Si基负极材料最大的有事在于极高的理论能量密度(4200mAh/g),远高于石墨。这也符合新能源汽车对电池的要求。从目前趋势上看,未来负极材料的发展方向先向硅基+石墨,最后将由纯硅/金属锂完全取代低能量密度的石墨。

硅基负极材料最大的不足就是膨胀问题,充电后易膨胀碎裂,无法复原,导致材料最终出现粉末化,大大缩短了电池寿命。在充放电过程中会有300%的膨胀,而相同条件下石墨只有7%,目前松下最新研发的碳硅基复合材料负极中硅的含量达到了10%,可以看出随着技术水平的进步还有很大的发展空间。

负极材料

锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压而成。负极材料主要分为碳材料(石墨类)、金属氧化物材料以及合金材料。动力电池市场爆发以来,相比于其他材料而言,负极材料价格相对稳定,技术路线以石墨类为主,不存在很大的争议。目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主,两者性能有着各自的优缺点,应用领域也有所不同。

隔膜

隔膜的主要作用是保障正负极分开的情况下锂离子自由流通,是保障电池安全的最重要部分之一。隔膜能有浸润在电解液中,而且表边上有大量允许锂离子通过的微孔。微孔密度以及材料选择、厚度等等特性都会影响锂离子穿过隔膜的速度从而影响电池性能。据估计,锂电池中隔膜的耗用量大致为20m2/kWh。

隔膜未来比较有前景的方向:涂覆隔膜

涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝。涂覆隔膜的作用是:1、提高隔膜耐热收缩性,防止隔膜收缩造成大面积短路;2、涂覆材料热传导率低,防止电池中的某些热失控点扩大形成整体失控。

电解液

电解液,在锂离子电池中是作为带动锂离子流动的载体,对锂电池的运行和安全性具有举足轻重的作用。根据推算,在电解液的成本构成中,溶剂约占30%,添加剂约占10%,最主要的成分溶质约占60%。市场上的溶质以六氟磷酸锂(LiPF6)为主,松下NCR18650电池也选用了六氟磷酸锂作为溶质,每kWh锂电池需要0.15kg的六氟磷酸锂。六氟磷酸锂同样可以通过碳酸锂制备。

电解液未来比较有前景的方向:高电压电解液

提高电池能量密度乃是锂电池的趋势之一,目前提高能量密度的方法主要有两种:一种是提高传统正极材料的充电截止电压,如将钴酸锂的充电电压提升至4.35V、4.4V。但靠提升充电截止电压的方法是有限的,进一步提升电压会导致钴酸锂结构坍塌,性质不稳定;另一种方法则是开发充放电平台更高的新型正极材料,如富锂锰基、镍钴酸锂等。正极材料的电压提升后,需要与之配套的高电压电解液,添加剂对电解液的高电压性能起到关键作用,其成为近年来的研发重点。

铜箔

按生产工艺不同,铜箔又分为压延铜箔和电解铜箔,压延铜箔一般用作建筑装饰材料。由于童博的导电性良好、质地较软、延展性好易加工变形,它也是制作锂电池负极集流体的首选材料。锂离子电池集流体的功用是将电池活性物质产生的电流汇集起来,以便形成较大的电流输出,因此集流体应有较低的比表面能从而抑郁活性物质充分接触,且有着优良的导电性。

目前,国内外大部分锂电池生产厂家都采用电解铜箔作为锂电池的负极集流体。近年来,新能源汽车快速发展,导致新能源汽车所需的锂电池的需求量也快速增大,而铜箔是锂电池的重要原材料,其需求量当然也随之增大,所以新能源汽车的发展带动了锂电铜箔的发展,对整个铜箔产业产生了不可忽视的影响。

铝塑膜

铝塑膜是由外层尼龙层/粘合剂/中间层铝箔/粘合剂/内层热封层构成的多层膜,是软包锂电池的封装材料。

高质量的铝塑复合膜的研制和开发是液态软包装锂离子电池这一高新技术产品研制成功的关键。作为液态软包装锂离子电池外壳,该铝塑复合膜不再仅仅是电池的简单外包装,而且是构成液态软包装锂离子电池的一个不可缺少的重要组成部分。

铝塑膜具有极高的阻隔性、良好的冷冲压成型性、耐刺穿性、耐电解液稳定性和耐高温、绝缘性强等特点。

导电剂

随着锂电池的商品化越来越广泛,锂电池的电池在正极材料表面的充放电过程是当电池放电的时候,处于孔中的锂离子进入正极活性物质中,如果电流加大则极化增加,放电困难,这样电子间的导电性就较差,光靠活性物质本身的导电性是远远不够的,为了保证电极有良好的充放电性能,在极片制作时通常加入一定量的导电剂,在活性物质之间与集流体起到收集微电流的作用。

中国新能源汽车产业图谱

11月10日,中汽协公布了10月新能源汽车产销分别完成9.2万辆和9.1万辆,同比分别增长85.9%和106.7%。其中纯电动汽车产销均完成7.7万辆,同比分别增长76.3%和95.8%;插电式混合动力汽车产销均完成1.4万辆,同比分别增长163.6%和194%。

1-10月,新能源汽车产销分别完成51.7万辆和49.0万辆,同比分别增长45.7%和45.4%。其中纯电动汽车产销分别完成42.7万辆和40.2万辆,同比分别增长54.7%和55.9%;插电式混合动力汽车产销分别完成9万辆和8.8万辆,同比分别增长14%和11.2%。

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