48V混合動(dòng)力車市場與先進(jìn)電池用電解液的技術(shù)發(fā)展

王倩

摘要：對48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀，48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵材料電解液的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和分析，從而更好的推動(dòng)48V混合動(dòng)力車市場與先進(jìn)電池用電解液的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：48V混合動(dòng)力車;電池;電解液;發(fā)展

一.48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀

從世界汽車市場來看，油電全混（HEV）和微混（MHEV）/輕混（LHEV）車輛在持續(xù)發(fā)展中。2018年3月法國著名電池咨詢公司“AVICENNE ENERGY”發(fā)布的市場與技術(shù)發(fā)展報(bào)告指出，2017年日美與歐洲的HEV市場銷售達(dá)到了280萬輛，其中，歐洲市場銷售增長了50%。預(yù)計(jì)2020年增至360萬輛，2025年進(jìn)一步達(dá)到500萬輛。“報(bào)告”給出的數(shù)據(jù)顯示，在歐洲市場上具有起停功能的乘用車已經(jīng)非常普及，2017年達(dá)到2000萬輛以上，同時(shí)繼續(xù)呈日益增長態(tài)勢，預(yù)計(jì)2020年微混車輛市場銷售將至少達(dá)到3500萬輛以上。

國際能源署（IEA）預(yù)測，2030年時(shí)，90%以上的乘用車還是要有發(fā)動(dòng)機(jī);2050年時(shí)，仍然有58%配有發(fā)動(dòng)機(jī);發(fā)動(dòng)機(jī)中，85%是混合動(dòng)力汽車。國際能源署認(rèn)為，很長時(shí)間里混合動(dòng)力還是乘用車主流的動(dòng)力技術(shù)。、

國家節(jié)能乘用車總體技術(shù)路線中指出，大力發(fā)展混合動(dòng)力2020年占比達(dá)到8%，油耗4L/100km，2025年占比提升至20%，油耗3.6L/100km，2030年占比提升至25%，油耗3.3L/100km同時(shí)提升電子電器節(jié)能效果，大力發(fā)展48V系統(tǒng)，電動(dòng)空調(diào)、EPS等技術(shù)成為標(biāo)配、持續(xù)降低電能損耗。48V系統(tǒng)具有滑行起停、能量回收、電機(jī)助力及電爬行等功能，不僅在節(jié)油性能方面有優(yōu)異表現(xiàn)，對車動(dòng)力性也有大幅提升，可完全取代12V怠速起停系統(tǒng)，節(jié)油率可達(dá)到10%左右。

盡管國內(nèi)依然是純電動(dòng)車（含插電式和增程式電動(dòng)車）市場發(fā)展的一枝獨(dú)秀（這在很大程度上是國內(nèi)對純電動(dòng)車采取扶植、特別是補(bǔ)貼政策所致），但在此情況下，在48V混合動(dòng)力車系統(tǒng)上，吉利和比亞迪兩家企業(yè)依然堅(jiān)持在做48V混合動(dòng)力車系統(tǒng)的自主研發(fā)，隨后，北汽、一汽、上汽、江淮、長安、風(fēng)帆等汽車廠企業(yè)也在開發(fā)應(yīng)用48V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的乘用車。

減低汽車排放是治理大氣環(huán)境的重要措施，因此我國要大力發(fā)展低排放車輛。混合動(dòng)力將成為乘用車發(fā)展主流，而當(dāng)前我國普通混合動(dòng)力汽車銷售量占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界各國。

二.48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)，一個(gè)是節(jié)油，一個(gè)是減排放。因?yàn)椴裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)的效率比汽油高，曾經(jīng)很多人認(rèn)為柴油車是未來的發(fā)展趨勢。但柴油車排放問題出現(xiàn)以后，世界各國柴油車的應(yīng)用量急劇下降。因此，人們需要開發(fā)另外一種節(jié)能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。48V混合動(dòng)力系統(tǒng)從成本、性能和節(jié)油率上，有很大的吸引力，所以，近幾年，48V混合動(dòng)力系統(tǒng)不僅僅在中國，在歐洲也得到迅速發(fā)展。

在實(shí)際駕駛體驗(yàn)中，48V系統(tǒng)具有滑行起停、能量回收、電機(jī)助力及電爬行等功能，不僅在節(jié)油性能方面有優(yōu)異表現(xiàn)，對車輛動(dòng)力性能也有大幅提升，可完全取代12V怠速起停系統(tǒng)，節(jié)油率可達(dá)10%左右。

同時(shí)，48V電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本大多在6000元/套以下，預(yù)測2年內(nèi)最低成本可降至4000元/套，具有良好性價(jià)比。

三.48V混合動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵材料電解液。

從鋰離子電池放電過程可知，鋰離子從負(fù)極里脫出后首先進(jìn)入SEI，然后在SEI中傳導(dǎo)，再進(jìn)入電解液中被溶劑化，接下來溶劑化的鋰離子在電解液中傳導(dǎo)，到達(dá)正極表面后首先脫溶劑化進(jìn)入CEI，然后在CEI中傳導(dǎo)，最后嵌入正極。其中每一步都對應(yīng)一個(gè)阻抗，阻抗的大小與很多因素有關(guān)。為了提高鋰離子電池的功率和低溫性能，就必須降低整個(gè)過程的各種阻抗。當(dāng)然，受電解液的成分和溫度等多種因素的影響，這些阻抗各有不同。

1.溶劑

眾所周知，羧酸酯溶劑可以顯著提高電池的低溫性能，尤其是在-30℃以下的溫度下，羧酸酯類溶劑的性能顯著優(yōu)于碳酸酯類溶劑。但羧酸酯類溶劑對負(fù)極SEI具有一定的破壞作用。比如常用的羧酸酯溶劑EP，用在磷酸鐵鋰電池上，低溫放電平臺有明顯提高，但是高溫儲存性能和循環(huán)性能會顯著下降，說明該溶劑對負(fù)極的SEI有明顯的破壞作用，目前來看并不適合作為動(dòng)力電池的溶劑。

由于輕混及微混車對功率特性及低溫特性的要求很高，采用大量低粘度的線性碳酸酯（DMC和EMC）是目前的必然選擇。由于EMC的粘度高于DMC且介電常數(shù)低于DMC，因此用EMC替代部分DMC會增加電池在常溫下的DCIR，但是一定量的EMC取代DMC后能夠提高電池的低溫性能，其原因可能是由于EMC與鋰離子的溶劑化作用弱，降低了低溫下脫溶劑化這一步的活化能。環(huán)狀碳酸酯（EC和PC）由于介電常數(shù)高且粘度大，在電解液中的含量需要綜合考慮室溫功率特性和低溫性能來確定。

2.新型添加劑

具體到48V混合動(dòng)力系統(tǒng)原材料電解液上，首要解決的問題就是提升輕混/微混用12-48V鋰離子電池的功率特性及低溫性能，需要將電解液的三要素合理搭配，電解液的核心是添加劑，如何選擇和組合添加劑是一種平衡的藝術(shù)。

以特殊的成膜添加劑為例，對比了空白、添加了不同比例的PS和DTD的電解液充放電時(shí)的數(shù)據(jù)顯示，添加了成膜添加劑DTD的充放阻抗更低，容量保持率較高。綜合二者的因素，選擇添加成膜添加劑DTD的較為適合。

同時(shí)，從膜的厚度來看，添加了DTD的成膜添加劑的正極膜CEI膜比添加VC和空白的電液的薄，添加了成膜添加劑DTD的負(fù)極膜SEI膜比添加VC和空白的電液的薄。說明DTD 是一個(gè)較為適合的特殊成膜添加劑。

3.鋰鹽型添加劑

從降低界面阻抗，提高電導(dǎo)率的角度考慮，可以選擇添加鋰鹽型添加劑，如LiPO2F2、LiDFOB等新型鋰鹽，部分替代原有鋰鹽或者直接添加新型鋰鹽添加劑。

總上所述，48V混合動(dòng)力系統(tǒng)是未來要重點(diǎn)推廣的產(chǎn)品，具體到原材料電解液上，針對48V混動(dòng)系統(tǒng)要求的降低界面阻抗、提高低溫特性和提高電導(dǎo)率的要求去考慮，電解液選擇低粘度的線性碳酸酯（DMC和EMC）溶劑、合適的特殊成膜添加劑（如DTD、TMSB等）和 鋰鹽型添加劑（如LiPO2F2、LiDFOB等）是當(dāng)前的研發(fā)方向之一。