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宝马电动汽车战略:锂电池技术决定未来

来源:NE时代 | 作者:admin | 分类:电动车 | 时间:2021-12-15 | 浏览:32502
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锂电网讯:宝马很注重电池的基础研究,问题是什么时候启动量产。

宝马计划在未来十年生产至少1000万辆电动汽车,到2030年每台车在使用过程中少排放一半的碳排放量,在生命周期中降低40%的碳排放量,二次材料使用量平均提升到50%。

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电芯是决定宝马未来成功与否的关键部件。电池的KPI考核因素有续航、充电时间、驱动功率、成本。

电池包占去了整车成本的40%,这40%则是由80%的电芯成本和20%的模组和系统成本组成。其中电芯成本又包含20%的电芯制造成本和80%的材料成本。

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宝马的电池研究注重的是从电芯到模块,从基础研究到应用的长期能力,研究内容包括基础工作原理、材料、电极/零部件、电芯。

2008年,宝马开始为i3和i8等研究锂电池;2012年开始专项电芯技术的研发项目;2017年开始建立宝马电芯能力中心,于2019年完成;2020年开始在慕尼黑附近的Parsdorf基地建立试产生产线,定于2022年完成。

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宝马致力于产品和工艺的早期研究和概念验证,与供应商伙伴共同完成产业化。研发相关人员超过300人,在研项目43个,与机构、大学、创始公司、OEM和其他产业形成密切合作。

实验室内容涉及材料表征、化学体系开发、配方开发、性能和安全测试、失效分析。

除了电芯试制外,宝马与合作伙伴正在建设试点电池量产线,就在Parsdorf基地。

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宝马强调了完整的价值链和生命周期,如原材料开采和提纯、电池材料生产和质量分级、电芯开发、电芯生产、电池模组和系统研发和生产、投产、二次使用和分解、原材料的回收利用。其中钴和锂矿采购自澳大利亚和摩洛哥经过认证的矿山,以及来自二次利用的材料。

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电池系统研发方面,基于技术需求,受法规驱动,制定发展趋势。整体来看考虑三个方面:设计、安全和可持续性。

设计方面,目前电池包由模组组成,拥有独立的构造形成,不与其他零部件融合,未来的趋势是高度融合,优化体积能量密度,例如电芯到电池包的CTP,电芯到底盘的CTC。

安全方面,目前主要基于中国法规,要求五分钟不起火不爆炸,未来趋势是时间延长到40分钟,最好是能够阻燃。

可持续性方面,目前没有强制法规,出于企业责任,未来欧盟对碳排放、原料回收和回收率会有规定。

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宝马的电池技术路线图围绕高性能和低成本两个方面演变,最终走向固态电池

控制成本路线上,第一阶段是无钴化,第二阶段是无钴低镍,例如富锂锰基电池。

高性能路线上,走的是高镍方案,未来第一阶段是采用氧化硅/石墨混合,第二阶段是采用高硅负极,如碳化硅化合物。

目前处于控制成本路线和高性能路线的中间地带。另外,磷酸铁锂电池凭借价格低廉,可以为低成本入门车型所用。

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材料和电芯研发的趋势:

负极材料:石墨,容量360 mAh/g;石墨/氧化硅混合方案,容量500-600 mAh/g;碳化硅化合物,容量1200 mAh/g。

正极材料:NMC111,容量150 mAh/g;NMC 532,622,容量180 mAh/g;NMC 811,容量210 mAh/g;Ni含量高于90%,容量230 mAh/g。

在正负极材料演变过程中存在的风险是:1、高性能材料的稳定性由镍含量决定,成本受硅负极主导;2、材料的应用必须与电极、电芯设计趋势相匹配。

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电极设计的趋势主要分两部分,增加压实密度和优化涂布。

电芯设计趋势含四个部分:通过变卷绕为叠片,提高电芯的容量;提升包装密度;减少铝箔铜箔等隔膜的厚度;制造大电芯。

全固态电池是下一个改变游戏规则的技术。目前的固态电池采用的是NMC正极、石墨硅负极、液态电解液和多孔隔膜。下一代全固态电池将采用NMC正极、锂金属负极、氧化物/聚合物/硫化物固态电解质。

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电解液从液态到固态的变化将加强安全性,负极从石墨或石墨硅到锂金属负极将增加能量密度。为此,固态电池可以做得更安全、更高性能、更大,并且能够支持双极电芯等概念的创新。

当然,固态电池也面临着一系列的挑战,如界面稳定性、不同的热管理需求、充电状态和非充电状态下锂金属的能量变化、锂金属的额定容量、制造过程中和使用过程中材料的鲁棒性。

基于上述优势和挑战,固态电池在安全性和能量密度上具有强大的潜力,但成本不明,仍处于验证阶段。只有得到合理的概念验证,固态电池才能够产业化。

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