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北汽新能源固态电池纯电动汽车成功下线
2020-07-29 23:37:05· 来源：BJEV工匠
近日，一辆搭载固态电池系统的纯电动样车在北汽新能源完成调试，成功下线！这台样车下线标志着北汽新能源在固态电池汽车技术研究上迈出关键一步，也意味着北汽新
近日，一辆搭载固态电池系统的纯电动样车在北汽新能源完成调试，成功下线！这台样车下线标志着北汽新能源在固态电池汽车技术研究上迈出关键一步，也意味着北汽新能源在固态电池技术产业化应用方面走在了行业前列。
研发固态电池技术意义何在？北汽新能源如何实现固态电池单体到样车下线的转变？请随BJEV工匠来一探究竟。
固态电池技术优势
--高安全与高比能兼得
电动汽车相较燃油汽车，主要的短板在于续航里程不足，影响整车使用便利性。当前电动汽车在夏季频发自燃事故，对待购车用户的购买信心起到消极作用。实现高续航、高安全是电动汽车替代燃油汽车的必然追求。
电动汽车安全事故主要原因是电芯热失控引发电池爆炸或自燃。传统液态电解质具有易燃特性。过充、低温、高温等滥用工况一旦引发电芯内短路，将导致大量热量短时间释放，从而点燃液态电解质，引起失火。固态电池通过使用固态电解质，减少甚至是完全替代液态锂离子电池中液态电解液的使用，可以有效避免失火、自燃现象的发生，从原理上根本性的改善电动汽车安全性。
电动汽车长续航里程，需要在有限的空间和重量内实现更高的可用电量，从而对动力电池的质量能量密度和体积能量密度都有持续提升的需求。
当前液态锂离子电池提升能量密度的主要手段，是通过正负极材料的升级实现。正负极材料体系逐步由早期磷酸铁锂（LFP）正极+石墨负极体系，进步到现在主流的Ni50正极+石墨负极体系、Ni80正极+石墨负极体系。未来1-2年内可能量产Ni80+硅碳，有望实现电芯单体能量密度达到300-320Wh/kg，但仍不能满足国家规划要求（电池单体规划2020年350Wh/kg 2025年500Wh/kg）。
选用高能正极+锂金属负极体系，单体可充电到更高电压，提升理论能量密度。但现有液态电解质在高电压下会被氧化。因此同样需要开发固态电解质。
图1：固态电池优势
而固态电解质使用，可以相应取消液态锂离子电池中的电解液和隔膜，从而减小体积。相同可用电量下电芯占用空间更小，为电动汽车有限底盘空间内多放电量提供了支撑。
固态电池技术赛道
--巨头纷纷入场角逐
固态电池因其在安全、能量密度上的天然优势，已经被公认是下一代动力电池的发展方向。各国政府陆续出台政策进行扶持引导，各大车企巨头纷纷入场角逐。
美国政府发布Battery500计划，计划打造能量密度＞500Wh/kg，循环寿命＞1000次的电芯，材料体系从现有三元材料向低钴、无钴正极材料和锂金属负极体系发展。日本NEDO（新能源和工业技术发展组织）研究机构牵头多家车企、电池及材料制造商、大学及公共研究机构参与，斥资100亿日元（约合9000万美元），攻关解决固态电解质、涂敷有活性材料的电解质涂层、电解质-电极层片状形成等固态锂离子电池量产的技术瓶颈。德国、中国国家动力电池发展规划中，也将固态电池技术作为电池性能提升的技术方向。
图2：《节能与新能源汽车技术路线图》新体系电池技术规划
丰田汽车深耕固态电池领域多年，目前在固态电池领域拥有大量专利，计划在2022年实现固态电池技术量产使用。日产、三菱、现代均选择投资固态电池初创公司IonicMaterials的同时，也都建立自研固态电池团队。大众与QuantumScape合作，宝马与SolidPower合作。目前国际一流车企OEM都已开始布局固态电池技术。国内车企中，北汽投资清陶能源共同开发固态电池；天际、蔚来、合众等新势力步伐较快，纷纷公开固态电池应用计划。
固态电池技术研究
--BJEV固态电池研发进展
北汽新能源是国内最早开展固态电池技术研发的整车厂之一，2017年率先立项启动固态电池及整车搭载匹配技术研究，与国内外多家固态电池公司建立合作伙伴关系，开展技术交流，明确开发方向，识别固态电池开发难点。
开发初期，合作伙伴只有开发适合消费电子产品使用的小容量固态电池经验。北汽新能源固态电池项目组基于电动汽车性能需求和应用边界需求，与合作伙伴共同逐步确立材料体系、电芯结构设计、工艺设计、生产设备改造等工作，实现适合纯电汽车使用的动力性高容量固态电芯开发。
固态电池特性与液态锂离子电池特性差异较大，当前国标以及企标的测试标准多基于液态锂离子电池设定。固态电池项目组建立了针对固态电池的完整测试体系，尤其在安全性测试标准上全面严于国标要求。
固态电池系统开发，还需要在BMS端和热管理系统做全新开发。固态电池项目组针对固态电池特性，开发了适用固态电池的BMS和热管理系统，优化应用策略，完成固态电池系统开发和调试，实现固态电池系统样车运行。最终实现了从概念到样件、从试验室到试制线、从台架测试到整车搭载的重大突破。
此台固态电池样车搭载第I代固态电池，与现行液态锂离子电池相比在安全性上具有本质上提升。试验数据显示，在安全测试标准全面严于国标的情况下，针刺试验不冒烟、不起火、不爆炸，针刺过程最高温度不超过50℃；过充试验、短路试验和热箱试验全部高标准通过，可以充分保障极限滥用工况下电池系统乃至整车的安全性。而在性能方面，第I代固态电池能量密度、低温可用能量、0-80%SOC充电速率等主要指标均较原液态电池系统有大幅提升，充放电效率与当前液态锂离子电池相当，性能方面已具备量产应用可行性。
多年来，北汽新能源始终致力于动力电池性能的持续提升，通过材料体系优化、技术创新升级，不断打造更高安全、更高能量密度以及更优良低温性能的电池产品。2020年初，北汽新能源发布了“2029计划”，其中包括未来十年的电池规划—以锂离子电池、固态电池、燃料电池“三位一体”的能源驱动系统构建多元化能源体系。未来，北汽新能源将继续开展固态电池系统和整车端测试，进行策略优化，推进固态电池在整车上量产应用。
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