IDTechEx跟踪电动汽车电池改进的多种途径

到 2034 年，全球电动汽车锂离子电池市场预计将超过3800 亿美元，这主要是由电池电动汽车的需求推动的，但其他行业也快速增长。包括电动货车、卡车、公共汽车、两轮车和越野车。电气化和排放目标、电池性能的提高以及某些汽车领域日益有吸引力的总拥有成本正在推动纯电动汽车 (EV) 需求的增长。尽管如此，人们仍寻求电池性能和成本的改进，虽然开发可能会越来越增量，但仍有多种途径可以持续改进锂离子电池技术。

IDTechEx 的新研究报告《电动汽车锂离子电池和电池管理系统 2024-2034》分析了围绕锂离子电池、电池组和电池管理系统 (BMS) 的技术、设计和趋势，包括电动汽车应用的锂离子需求预测。

细胞

短期内，电动汽车电池可能会延续现有趋势。例如，NMC 和 NCA 化学物质的平均镍含量不断增加，作为提高能量密度和减少钴含量的一种手段。最大的趋势可能是普遍转向 LFP，这是比 NMC 和 NCA 更便宜、更安全的选择(尽管本质上并不安全)。虽然LFP的能量密度比NMC或NCA低30-40%，但近年来其较低成本的优势已成为不可避免的。因此，磷酸铁锂在电动汽车中的份额有所增长，但需要指出的是，其中绝大多数是由中国的重新采用推动的。NMC和NCA在欧洲和北美仍然受到青睐，尽管LFP已经开始进入市场。NMC 化学品在其他车辆领域的交钥匙包中也仍然受到青睐。尽管如此，成本和材料供应压力以及技术改进意味着磷酸铁锂预计将增加其在电动汽车市场的份额。

更具变革性的发展也即将到来。固态电池开发的公告仍在继续，而早期商业化已经开始，例如通过 Blue Solutions 的聚合物型固态电池等。随着更先进的硅阳极解决方案和商业化产品的开发，硅阳极材料的使用预计将增加，有望提高能量密度和快速充电。新的阴极化学物质也在继续探索。例如，磷酸锰铁锂 (LMFP) 提供了一种有趣的替代品，它有可能提供 LFP 的许多优点，同时提高能量密度，接近 NMC 型电池，尽管商业部署仍然有限。

包装设计

鉴于电动汽车中越来越多地采用磷酸铁锂，电池组的电池设计变得越来越重要。这些设计提高了封装效率，增加了能量密度，有助于减少使用 LFP 与 NMC 或 NCA 型电池相比的主要缺点之一。CATL 和比亚迪已与特斯拉、Stellantis 和其他制造商一起实施了 CTP 设计。为了提高重量能量密度，人们正在推动轻质聚合物电池外壳作为现有钢制和铝制外壳的替代品。

CATL、NIO 和 Our Next Energy 等公司也在探索双化学设计。我们的 Next Energy 提供了最极端的例子，计划将高能量密度但低循环寿命的化学物质结合起来，作为有效的增程器 LFP。最终，不同锂离子化学物质的组合，甚至锂离子与钠离子的组合，可以帮助优化功率、能量密度、循环寿命和低温性能之间不可避免的权衡。

热管理

鉴于安全问题、引人注目的火灾和电池召回，热管理和防火已成为电动汽车电池的关键考虑因素。虽然早期的电动汽车模型采用被动空气冷却，但近年来液体冷却在各个汽车领域变得更加突出。根据 IDTechEx 数据，主动液冷设计占据了电动汽车市场的 90%，而 2015 年这一比例刚刚超过 50%。这种趋势不仅适用于电动汽车。大多数商用车领域的交钥匙电池也配备了液体冷却功能。随着电池技术的发展开始变得越来越增量，热管理等方面的发展变得越来越重要，不仅可以维持安全运行，还可以最大限度地发挥锂离子电池的可用性能。

电池管理系统

电池管理系统 (BMS) 对于任何锂离子电池的安全可靠运行都起着至关重要的作用。虽然 BMS 的主要功能相对明确，但它也提供了扩展锂离子电池性能范围的途径。通过 BMS 的开发，可以提高安全性、使用寿命、快速充电，甚至能量密度，而且重要的是，无需牺牲其中一项。