芯耀
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在繼大眾、豐田發(fā)布他們專門電池策略之后，最近寶馬也發(fā)布了他最新的池技術(shù)以及策略路線圖，大眾的電池策略和其平臺(tái)化一樣講究通用和標(biāo)準(zhǔn)。豐田的電池策略（點(diǎn)擊了解豐田的電動(dòng)化策略-電池的開發(fā)與供應(yīng)鏈）更偏向于供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)化。本文將借用寶馬的官方發(fā)布資料從以下幾個(gè)方面進(jìn)行解讀：
Backgroud - 寶馬的電動(dòng)化宏圖
Why-為什么電池電芯重要
How-寶馬是怎么做的
What-寶馬的電池電芯路線以及策略是怎么樣的
希望能給你一些電池的基本知識(shí)或者產(chǎn)業(yè)，技術(shù)啟發(fā)
寶馬的電動(dòng)化宏圖寶馬計(jì)劃在本十年末生產(chǎn)至少1000萬輛電動(dòng)汽車，到2030年的寶馬計(jì)劃每臺(tái)車使用期間降低一半的碳排放量，每臺(tái)車整個(gè)生命周期降低40%的碳排放量，平均每臺(tái)車的二次材料使用會(huì)占到50%。
寶馬應(yīng)對(duì)電氣化的策略是，三電系統(tǒng)采用內(nèi)部研發(fā)的方案，具體寶馬當(dāng)前怎么產(chǎn)品落地的可以看看我們之前文章寶馬汽車平臺(tái)架構(gòu)的電氣化以及i4和iX產(chǎn)品解讀。本文重點(diǎn)放在其電池電芯系統(tǒng)。
為什么電池電芯技術(shù)重要寶馬分析認(rèn)為未來電動(dòng)車的成本中電池包的成本將會(huì)占到40%，電池包的20%來自于模組以及系統(tǒng)成本，20%來自于電芯的生產(chǎn)，80%來自于電池材料。
對(duì)于消費(fèi)者感知方面，電池關(guān)系到整車的關(guān)鍵屬性（了解什么叫屬性和性能可以點(diǎn)擊整車開發(fā)流程-完結(jié)篇），例如整車的續(xù)航時(shí)間，充電時(shí)間，駕駛功率，同時(shí)價(jià)格。對(duì)于工程方面還包括了安全，能量比，功率比。
所以對(duì)于寶馬這類整車廠必須重視電池電芯技術(shù)。
HOW寶馬是怎么做的寶馬主要致力于研究產(chǎn)品和流程的創(chuàng)新，供應(yīng)商來實(shí)施產(chǎn)業(yè)化。
寶馬的電池研究包括，基礎(chǔ)工作原理，材料，電氣零部件，電芯。
寶馬從2008年開始就致力于鋰電池的研究，2012年就開始建立專門的電池研發(fā)項(xiàng)目，2017年開始建立寶馬電池電芯部門，2020年開始建立電芯的試制生產(chǎn)。
目前電池相關(guān)工作人員超過300人，有43個(gè)在研項(xiàng)目，與相關(guān)機(jī)構(gòu)，大學(xué)，創(chuàng)業(yè)公司，其他OEM，其他產(chǎn)業(yè)廣泛合作。目前建設(shè)有材料特性，化學(xué)開發(fā)，配方研發(fā)，性能和安全測(cè)試，失效分析等實(shí)驗(yàn)室。電芯試制和量產(chǎn)試制工廠。寶馬電池技術(shù)還考慮以下兩個(gè)方面：電池的整個(gè)生命周期，整個(gè)其實(shí)和大眾發(fā)布的電池戰(zhàn)略一致（可以點(diǎn)擊了解大眾電池系統(tǒng)解決方案以及未來趨勢(shì)），從原材料的采礦和提純，材料的量產(chǎn)質(zhì)量，電芯的開發(fā)，電芯量產(chǎn)，電池模組開發(fā)和量產(chǎn)，電池工廠投產(chǎn)使用，電池二次使用和分解，材料的回收利用。各個(gè)步驟進(jìn)行關(guān)注和管控。
電池的技術(shù)趨勢(shì)以及法規(guī)，總結(jié)就是考慮三個(gè)方面，設(shè)計(jì)，安全，環(huán)保。在設(shè)計(jì)方面目前電池目前主要是材料到電芯到模組再到電池包的模式，未來的發(fā)展會(huì)是更高度布置密度，例如直接電芯到電池包，電芯直接到底盤。在安全方面，當(dāng)前中國(guó)法規(guī)要求比較特殊和苛刻寶馬特別強(qiáng)調(diào)了一點(diǎn)中國(guó)的五分鐘不起火不爆炸要求，并指出未來可能趨勢(shì)是40分鐘并可能直接阻燃。環(huán)保目前沒有嚴(yán)格的強(qiáng)制要求，但寶馬視為責(zé)任并強(qiáng)調(diào)歐盟可能會(huì)有碳排放g/kwh的限制，原料回收和回收率的要求。
WHAT 寶馬的電池電芯路線圖是怎么樣的所以寶馬根據(jù)自己的原則和當(dāng)前的技術(shù)和法規(guī)趨勢(shì)制定了寶馬的電池電芯技術(shù)路線圖，分性能提升，成本降低，固態(tài)電池三個(gè)路徑。
對(duì)于強(qiáng)調(diào)成本的部分，LFP磷酸鐵鋰電池將會(huì)應(yīng)用在中國(guó)也不排除北美的相對(duì)基礎(chǔ)車型上面，另外在降低成本上面第一步推行去鈷化，第二步去鈷低鎳等，富鋰錳等，但LFP的能量密度基本不會(huì)有太大的變化；在提升性能方面采取富鎳方案，未來第一步會(huì)采用氧化硅/石墨，第二步采用高硅陽極等，碳化硅化合物（其實(shí)本次廣州車展上小鵬G9 以及廣汽Aion LX plus 就采用了以上材料來實(shí)現(xiàn)超1000km的續(xù)航和超高快速充電，了解廣州車展亮點(diǎn)車型點(diǎn)擊通過廣州車展-看自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)。）。固態(tài)電池未來將會(huì)把能量比推向一個(gè)新的高度。電池材料以及電芯的開發(fā)趨勢(shì)，電池的分正極和負(fù)極兩種材料。
陽極材料的應(yīng)用有：石墨 360 mAh/g
石墨和氧化硅 500-600 mAh/g碳化硅組成 1200 mAh/g陰極材料目前都是三元材料我們之前文章有講到三元材料的不同主要是NMC（鎳，錳，鈷）三種材料的配比不同，后面三位數(shù)字分別代表配比，例如111就是配比一樣，811就是鎳80%，錳10&，鈷10%。
NMC111 150 mAh/gNMC 532,622 180 mAh/gNMC 811 210 mAh/gNi 含量高于90% 230 mAh/g電池的穩(wěn)定性主要由負(fù)極材料例如鎳的豐富決定，成本和性能由硅陽極決定，所以寶馬認(rèn)為他們材料的應(yīng)用會(huì)和電極和電芯設(shè)計(jì)趨勢(shì)相兼容。未來電極設(shè)計(jì)的趨勢(shì)：
- 增加負(fù)載，限制于功率的要求優(yōu)化涂層，減少未涂層的部分，當(dāng)然限制于制造公差以及安全問題。
電芯設(shè)計(jì)趨勢(shì)：
- 擴(kuò)容，充分利用凝膠卷到電芯空間（其中方式由堆棧到纏繞，分別由風(fēng)險(xiǎn)和成本的限制）
- 提升包裝密度（風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)為膨脹力）
- 減少鋁箔銅箔等隔膜的厚度（風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是操作性和安全）
- 增加電芯的大小，提升活躍空間的比例（風(fēng)險(xiǎn)同樣是安全）
電芯的制造分為三個(gè)步驟：
- 混合涂層
- 壓縮碾壓
- 切割
當(dāng)前制造電芯的典型挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)有：
- 保護(hù)涂層和隔離結(jié)構(gòu)損壞
最終電極能量比達(dá)不到
電芯裝配要求難以達(dá)到（例如裝配車間影響）
寶馬針對(duì)以上的防范措施有：
- 優(yōu)化涂層配方，優(yōu)化陰極材料粉末密度，調(diào)整粘合劑
箔基片必須小心選擇
碾軋流程優(yōu)化
磷酸鐵鋰的復(fù)興，磷酸鐵鋰特點(diǎn)是放電容量大，價(jià)格低廉，無毒性，不造成環(huán)境污染，且產(chǎn)業(yè)價(jià)格相對(duì)較低，但致命的缺點(diǎn)是能量密度相對(duì)較低。
寶馬將繼續(xù)采用磷酸鐵鋰材料，通過優(yōu)化電芯以及模組的設(shè)計(jì)來確保對(duì)于寶馬進(jìn)入車型的吸引力。
固態(tài)電池，當(dāng)前先進(jìn)的電池主要采用石墨硅陽極，NMC材料的負(fù)極，液態(tài)電解液，多空阻隔隔膜。下一代固態(tài)電池，陽極采用鋰金屬，陰極采用NMC材料，電解液為氧化劑聚合物硫化物固態(tài)電解液
它與當(dāng)前電池的差異主要是兩方面：
- 電解液由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)可以增加固有安全性用鋰金屬陽極取代石墨或者碳化物來增加能量密度
采用固態(tài)電池帶來的潛力有：更高的安全性，可以使用更高性能的材料，更大的電芯，減少二次安全測(cè)量的包裝固態(tài)電解液支持電芯概念的創(chuàng)新（雙極電芯）鋰金屬陽極帶來更高的能量密度
存在的挑戰(zhàn)有：
- 必要的壓力來穩(wěn)定接口確保長(zhǎng)生命周期
不同的熱管理需求（更傾向于保溫而非散熱）
充電和非充電時(shí)候鋰金屬的能量變化
鋰金屬陽極的容量比
制造以及使用中穩(wěn)健的材料系統(tǒng)
總結(jié)就是固態(tài)電池帶來更好的安全和能量比潛力，但是成本目前不明，目前大家都在驗(yàn)證，產(chǎn)業(yè)化之前必須先有積極的概念證明。
總結(jié)
寶馬其實(shí)還是算比較講究技術(shù)的公司，發(fā)布的電池技術(shù)以及策略相比其他企業(yè)篇幅更多在技術(shù),所以本文讀下來能獲取從電池的組成以及各種材料的優(yōu)缺點(diǎn)等相關(guān)技術(shù)知識(shí)到產(chǎn)業(yè)方向的知識(shí)。
主要參考文章：
寶馬電池技術(shù)-寶馬
寶馬原材料環(huán)保管理-寶馬
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