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1、Prospect of the near future Li-ion Battery technologies for NEVsProspect of the near future Li-ion Battery technologies for NEVs 未来几年用于新能源汽车的锂离子电池发展预测未来几年用于新能源汽车的锂离子电池发展预测 Xuejie Huang 黄学杰黄学杰 Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences 中国科学院物理研究所中国科学院物理研究所 2016.05.24 Key electric-vehicle cell-
2、level criteria are shown for available technology as well as future development goals. Future batteries are anticipated to have larger total energy content, which then reduces the total required number of cycles. Maximum charge currents limited by infrastructure capabilities. Gallagher K G, Trask S
3、E., Bauer C, Optimizing Areal Capacities through Understanding the Limitations of Lithium-Ion Electrodes, Journal of The Electrochemical Society, 2016,163 (2):A138-A149 ANL+BMW - 中国汽车工业协会 长续航动力锂电池研发目标 加快关键材料中试、产业化； 研发下一代电池技术； 启动动力电池综合分析平台建设； 强化产学研联盟，与优势企业合作 纳米硅碳碳、富锂高电压、高温隔膜、离 子液体、石墨烯等关键材料量产； 动力电池电芯能
4、量密度 180 Wh/kg； 模块能量密度 150 Wh/kg 负极、正极、电解质、隔膜性能优 越，新技术锂电池大规模量产，产 值50亿 电芯能量密度 300 Wh/kg，高 安全性, 寿命 2000次 2020年 2015年 中国科学院先导计划电池研究项目目标中国科学院先导计划电池研究项目目标 5 2010已有电化学体系2015现有电化学体系2020新型电化学体系 100Wh/kg （HEV/PHEV/EV) 200Wh/kg (PHEV/EV) 300Wh/kg (EV) NCA/NCM 高电压 锰酸锂 和富锂 锰基正 极材料 硅碳等复合材料 金属锂 锰酸锂 磷酸铁锂 锰酸锂/镍钴锰 谈材
5、料 NCM/LMO 硅等 添加？ 碳材料碳材料 6 2010已有电化学体系2015现有电化学体系2020新型电化学体系 70Wh/kg 或以下 800W/kg (充电） 90Wh/kg 1000W/kg（充电） 120Wh/kg 1500W/kg（充电） 高电压 锰酸锂 三元材料 富锂材料 复合负极 材料 锰酸锂 磷酸铁锂 锰酸锂/镍钴锰 炭材料 钛酸锂 NCM/NCA 钛酸锂钛酸锂 炭材料磷酸铁锂 7 2010 2015实验室水平2020产品水平 国内仅有部分实验室开展相关 材料研究工作 国外Autolib量产 锂硫电池： 300300Wh/kg 固态电解质电池200Wh/kg 锂硫电池：
6、400Wh/kg 固态电解质电池： 300300Wh/kg 磷酸铁锂 正极 PEO/LiFSI 电解质 锂聚合物电池 锂硫电池锂聚合物电池 锂硫电池 硫碳复合 正极 液体 电解质 180Wh/Kg 80 180Wh/Kg 80下工作 下工作 三元正极 固体电解质 固态锂电池 锂硫电池固态锂电池 锂硫电池 硫碳复合 正极 液体 电解质 200Wh/Kg 300Wh/Kg 60 200Wh/Kg 300Wh/Kg 60下工作 100次寿命下工作 100次寿命 高容量正极 新一代固体 电解质 固态锂电池 锂硫电池固态锂电池 锂硫电池 硫碳复合 正极 新型 电解质 300Wh/Kg 400Wh/Kg
7、60 300Wh/Kg 400Wh/Kg 60下工作 500次寿命下工作 500次寿命 8 思路：通过电池状态的准确估计与精细管理，实现成组寿命接近单体寿命 通过对电池及电池组热失控机理的解析，构建多重交叉安全保障机制与机构 20152016201720182019 状态估计 思路：通过电池状态的准确估计与精细管理，实现成组寿命接近单体寿命 通过对电池及电池组热失控机理的解析，构建多重交叉安全保障机制与机构 20152016201720182019 状态估计 管理管理 成 组 寿 命 和 安 全 同 汽 车 标 准 SOC SOH SOC SOH 均衡均衡 从被动均衡到主动均衡 从安时积分，到
8、实车Kalman滤波方法的实现 从循环老化、静置老化到典型车用工况下老化机理 从离线诊断到在线诊断、离线修正 20202020 热管理热管理从分立的风冷、液冷、加热到复合热管理 电池组电池组 评测方法评测方法 电池组性能和安全可靠性评估标准和方法 安全安全 热失控模型 防护 热失控模型 防护 单体电池模块电池组的热失控分析 评估评估 全时多重交叉防护机制与机构 基于模型和大数据的电池组安全性分析和预测 动力电池工艺装备技术服务平台动力电池工艺装备技术服务平台 广州中科院工 业技术研究院 中科院物理所 中科院沈阳自 动化所 电池综合分析测试平台 北京 中科院物理所 M楼 1. 通过手套箱及样品转移系统将各类测试仪器互联； 2. 一站式电池材料与器件全流程全分析； 3. 提供原位、非原位测量； 4. 高水平研发、测试、诊断、失效分析平台； 5. 服务于研究机构、企业等，对全球开放。 形貌 分析 结构 演化 热学 分析 互联互通惰性气氛综合分析测试平台 Page 14
