48V混合動力車市場與先進電池用電解液的技術發展

王倩

摘要：對48V混合動力系統的國內外現狀，48V混合動力系統的優點，48V混合動力系統的關鍵材料電解液的技術發展進行了總結和分析，從而更好的推動48V混合動力車市場與先進電池用電解液的發展。

關鍵詞：48V混合動力車;電池;電解液;發展

一.48V混合動力系統的國內外現狀

從世界汽車市場來看，油電全混（HEV）和微混（MHEV）/輕混（LHEV）車輛在持續發展中。2018年3月法國著名電池咨詢公司“AVICENNE ENERGY”發布的市場與技術發展報告指出，2017年日美與歐洲的HEV市場銷售達到了280萬輛，其中，歐洲市場銷售增長了50%。預計2020年增至360萬輛，2025年進一步達到500萬輛。“報告”給出的數據顯示，在歐洲市場上具有起停功能的乘用車已經非常普及，2017年達到2000萬輛以上，同時繼續呈日益增長態勢，預計2020年微混車輛市場銷售將至少達到3500萬輛以上。

國際能源署（IEA）預測，2030年時，90%以上的乘用車還是要有發動機;2050年時，仍然有58%配有發動機;發動機中，85%是混合動力汽車。國際能源署認為，很長時間里混合動力還是乘用車主流的動力技術。、

國家節能乘用車總體技術路線中指出，大力發展混合動力2020年占比達到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同時提升電子電器節能效果，大力發展48V系統，電動空調、EPS等技術成為標配、持續降低電能損耗。48V系統具有滑行起停、能量回收、電機助力及電爬行等功能，不僅在節油性能方面有優異表現，對車動力性也有大幅提升，可完全取代12V怠速起停系統，節油率可達到10%左右。

盡管國內依然是純電動車（含插電式和增程式電動車）市場發展的一枝獨秀（這在很大程度上是國內對純電動車采取扶植、特別是補貼政策所致），但在此情況下，在48V混合動力車系統上，吉利和比亞迪兩家企業依然堅持在做48V混合動力車系統的自主研發，隨后，北汽、一汽、上汽、江淮、長安、風帆等汽車廠企業也在開發應用48V電驅動系統的乘用車。

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

二.48V混合動力系統的優點

48V混合動力系統的主要優點有兩個，一個是節油，一個是減排放。因為柴油發動機的效率比汽油高，曾經很多人認為柴油車是未來的發展趨勢。但柴油車排放問題出現以后，世界各國柴油車的應用量急劇下降。因此，人們需要開發另外一種節能技術來實現節能減排。48V混合動力系統從成本、性能和節油率上，有很大的吸引力，所以，近幾年，48V混合動力系統不僅僅在中國，在歐洲也得到迅速發展。

在實際駕駛體驗中，48V系統具有滑行起停、能量回收、電機助力及電爬行等功能，不僅在節油性能方面有優異表現，對車輛動力性能也有大幅提升，可完全取代12V怠速起停系統，節油率可達10%左右。

同時，48V電驅動系統成本大多在6000元/套以下，預測2年內最低成本可降至4000元/套，具有良好性價比。

三.48V混合動力系統的關鍵材料電解液。

從鋰離子電池放電過程可知，鋰離子從負極里脫出后首先進入SEI，然后在SEI中傳導，再進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，到達正極表面后首先脫溶劑化進入CEI，然后在CEI中傳導，最后嵌入正極。其中每一步都對應一個阻抗，阻抗的大小與很多因素有關。為了提高鋰離子電池的功率和低溫性能，就必須降低整個過程的各種阻抗。當然，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于碳酸酯類溶劑。但羧酸酯類溶劑對負極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性能會顯著下降，說明該溶劑對負極的SEI有明顯的破壞作用，目前來看并不適合作為動力電池的溶劑。

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。環狀碳酸酯（EC和PC）由于介電常數高且粘度大，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混合動力系統原材料電解液上，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。

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的電解液充放電時的數據顯示，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，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的負極膜SEI膜比添加VC和空白的電液的薄。說明DTD 是一個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混合動力系統是未來要重點推廣的產品，具體到原材料電解液上，針對48V混動系統要求的降低界面阻抗、提高低溫特性和提高電導率的要求去考慮，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）是當前的研發方向之一。