要拿下新能源車(chē)新高地，三星SDI動(dòng)力電池有何本事

三星SDI的單體鋰離子電池產(chǎn)品系列比較齊全(圖1)，標準產(chǎn)品包括高能量的BEV(純電動(dòng))60Ah、94Ah電池， PHEV(插電式混合電動(dòng)車(chē))26Ah、37Ah電池(26Ah會(huì )逐漸被37Ah取代)，HEV(混合電動(dòng)車(chē))5.2Ah、5.9Ah電池，以及與超級電容器結合應用于低壓系統(LVS，low voltage system)的高功率電池(4.0Ah、11Ah)。

圖1 三星SDI的方形單體電池產(chǎn)品

寶馬i3純電動(dòng)汽車(chē)使用的是三星SDI的方形電池，三星SDI最早在BMW i3上使用的是60Ah單體電池，其結構如圖2所示。圖2上方為爆炸圖，可以比較清楚的看到其電池內部結構設計，這里看幾個(gè)設計要素：

內部采用4個(gè)卷芯(jelly roll)，卷繞方式。這種多卷芯的設計方式如今在動(dòng)力電池上已經(jīng)比較常見(jiàn)了。

針刺安全保護裝置(NSD，Nail Safety Device)。這是在卷芯的最外面加上了金屬層，例如銅薄片(圖2電池拆解圖，可以看到外側有一大片銅箔)。當針刺發(fā)生時(shí)，在針刺位置產(chǎn)生的局部大電流通過(guò)大面積的銅薄片迅速把單位面積的電流降低，這樣可以防止針刺位置局部過(guò)熱，緩減電池熱失控發(fā)生。

過(guò)充安全保護裝置(OSD，Overcharge Safety Device)，目前這個(gè)安全設計在很多電池上都能看到。一般是一個(gè)金屬薄片，配合fuse使用，fuse可以設計到正極集流體上(current collector)，過(guò)充時(shí)電池內部產(chǎn)生的壓力使得OSD觸發(fā)內部短路，產(chǎn)生瞬間大電流，從而使Fuse熔斷，從而切斷電池內部電流回路。

圖2　三星SDI 60Ah電池結構圖

2016年寶馬宣布將在2017版的i3上使用94Ah的電池。從公開(kāi)的信息可以看到(表1)，從60Ah到94Ah，容量增加將近57%，單體電池的質(zhì)量、體積幾乎沒(méi)有變化。電池系統的體積結構也幾乎沒(méi)有看到明顯變化。電池系統可用能量增加了~45%，續駛里程增加了~41%(EPA測算法，NEDC測算法是~64%)(圖3)

表1 60Ah和94Ah電池的主要參數對比

圖3 60Ah和94Ah版本的BMW i3參數對比

2014年，三星SDI對外公布的技術(shù)路線(xiàn)顯示，到2016年為止，其N(xiāo)CM電池的比能量目標為130Wh/kg，2019年左右，比能量目標為250Wh/kg的動(dòng)力電池。到2020年之后，希望通過(guò)鋰/空氣等新型電池體系達到300Wh/kg的目標?，F在看來(lái)，當初設定的2016年NCM電池130Wh/kg的目標是比較保守的，電池行業(yè)在最近兩年的技術(shù)進(jìn)步速度是比較快的。實(shí)際上，三星在2016年已經(jīng)算是有了250Wh/kg的電池產(chǎn)品了(如果不考慮其他性能，僅僅看比能量指標的話(huà))。

2016年，在日本東京舉行的第七屆國際電池展會(huì )上，三星SDI宣布計劃在2020年開(kāi)發(fā)出可以支持一次充電行駛600km的鋰離子電池，該計劃是基于在2016年已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可以支持300km續駛里程的基礎上的。三星SDI使用的是NCM正極材料和石墨負極材料，認為可以通過(guò)控制正極材料的顆粒尺寸和改進(jìn)石墨的結晶度，在2018年開(kāi)發(fā)出支持500km續駛里程的電池技術(shù)。此外，進(jìn)一步提高NCM中的鎳含量，或者采用NCA正極材料，負極采用石墨/硅材料，有望在2020年實(shí)現600km的續駛里程。三星SDI 所選擇的這個(gè)材料體系基本與實(shí)現300Wh/kg的技術(shù)路線(xiàn)保持一致(參照：動(dòng)力電池要求來(lái)了，300Wh/kg比能量目標如何實(shí)現）。這樣看來(lái)，三星原技術(shù)路線(xiàn)中的300Wh/kg在鋰離子電池體系下就有望實(shí)現了。在電池尺寸上，三星SDI還是繼續采用VDA的標準。

圖4 2014年三星SDI發(fā)布的技術(shù)路線(xiàn)

三星SDI的汽車(chē)和儲能市場(chǎng)/產(chǎn)品計劃副總Zin Park認為，到2023-2025年，基于液態(tài)鋰離子電池的技術(shù)將達到瓶頸，接下來(lái)三星將著(zhù)重開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池、鋰金屬電池和鋰空氣電池。實(shí)際上，在2015年，三星SDI的全固態(tài)電池試制樣品已經(jīng)可以達到300Wh/kg(采用硫化物類(lèi)的固態(tài)電解質(zhì))。至于鋰金屬電池、鋰空氣電池，Zin Park認為現在只是做開(kāi)發(fā)，真正應用可能要10年之后了，那時(shí)候有望實(shí)現900Wh/kg和一次充電行駛700km。