众所周知,12V起动/辅助电池作为发动机及各类控制系统的起动电源,其在燃油车、混合动力和轻度混合动力中起着非常重要的作用。只不过在锂电池浪潮席卷的当下,12V起动/辅助电池领域仍然广泛采用铅酸电池。
作为产业化最早的电池形态,铅酸蓄电池技术相对成熟,而且安全性较好、成本较低。但其短板也非常明显,包括能量密度较低、循环寿命较短等,此外其主要原材料会对生态环境造成污染。因此市场将目光转向能量密度更高、循环寿命更长,综合性能更好的锂电池。
起动/辅助电池铅改锂成趋势
铅酸电池其含铅量超60%,处理不当易造成土壤和水源污染,即便回收率较高,硫酸电解液破坏环境的风险仍不容忽视。上海顶皓新材首席技术官兼研究院院长李国华博士表示,从材料层面看,铅的危害已成为共识,为减少污染、改善环境,铅被替代是大势所趋。
上海顶皓新材首席技术官兼研究院院长李国华博士
业界普遍认为,锂电池替代铅酸电池,不仅能给消费者带来更好体验,更能为环境保护贡献应有的力量。而在这场转型中,欧盟率先迈出步伐,截至目前,欧洲各大整车厂的汽车起动/辅助电池已基本实现锂电池全覆盖。
上海海拉电子有限公司南京研发中心能源部系统高级主管刘灿指出,目前在欧洲市场,12V锂电池作为汽车起动/辅助已基本普及。他同时提到,国内市场虽起步较晚,但发展势头同样迅猛。未来12V锂电池在国内的普及速度将加快,有望替代铅酸电池。
上海海拉电子有限公司南京研发中心能源部系统高级主管刘灿
而在政策层面,随着《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》等政策落地,多地对铅酸电池的生产与使用实施严格限制;再加上消费者环保意识不断觉醒,铅改锂已经成为不可逆转的行业趋势。
旭化成:切实提升铅改锂进程
事实上,即便12V起动/辅助电池铅改锂已成不可逆的趋势,但是目前锂电池还存在着成本较高、低温起动性能较差的缺陷。有数据显示,当前采用锂电池的成本大概是铅酸电池的三倍左右,只能被应用在高端车型上,在低端车型应用上还需要时间的沉淀。
而要提升锂电池的低温起动性能,目前提高电解液的离子导电性(即促进锂离子迁移)是有效手段,且溶剂的选择对此至关重要。
就在刚刚过去的第八届中国国际进口博览会期间,世界级综合化工制造企业旭化成成功举办“未来电池展望:起动/辅助电池铅改锂之路”专题研讨会。旭化成株式会社研究开发本部事业创造推进部项目总监饭塚裕人博士发布公司最新研发的乙腈电解液技术,剑指车载12V起动/辅助电池的多重性能平衡难题。
饭塚裕人介绍,车辆在低温环境下仍需保持稳定驱动。旭化成采用乙腈作为电解液溶剂,相较于其他溶剂,在-40℃极低温条件下仍能保持优异的放电容量。同时在电池充放电循环中旭化成的核心技术还能够让乙腈稳定不分解,实现高倍率放电与高温耐久性最佳平衡。
旭化成株式会社研究开发本部事业创造推进部项目总监饭塚裕人博士
不仅如此,饭塚裕人强调,传统锂电池在-30℃环境下进行瞬时高负荷放电时,10支电芯并联配置无法达标,能满足OEM要求的只有12支电芯并联配置。而采用旭化成乙腈电解液的原型电池,即使在10支电芯并联配置下也能满足OEM要求,将电芯数量减少16%。
除了低温性能外,旭化成的乙腈电解液在循环寿命以及快充的性能上也有所提升。饭塚裕人指出,根据相关测试数据显示,采用该电解液的电池在24分钟/次的急速充放电循环2000圈后,容量维持率仍超过80%。而在安全性方面,可实现与传统电解液持平。
而在成本方面,尽管当前磷酸铁锂电池价格约为铅酸电池的三倍,但磷酸铁锂电池具备10倍于铅酸电池的循环寿命,且配备电池管理系统实现全程数据监测,从全生命周期来看综合成本更具优势,而且放眼未来,锂电池仍然具有很大的降价空间。
此外在产业化方面,截至目前已有海事、工程、电动汽车等多个领域的客户表达了对乙腈电解液技术的合作意向,而基于旭化成乙腈电解液技术的高功率电池也将于2026年3月在德国量产,并于年内启动销售。未来随着旭化成乙腈电解液技术的推广,起动/辅助电池铅改锂进程将加速实现。