三星SDI的單體鋰離子電池產品系列比較齊全(圖1)，標準產品包括高能量的BEV(純電動)60Ah、94Ah電池， PHEV(插電式混合電動車)26Ah、37Ah電池(26Ah會逐漸被37Ah取代)，HEV(混合電動車)5.2Ah、5.9Ah電池，以及與超級電容器結合應用于低壓系統(LVS，low voltage system)的高功率電池(4.0Ah、11Ah)。

圖1 三星SDI的方形單體電池產品

寶馬i3純電動汽車使用的是三星SDI的方形電池，三星SDI最早在BMW i3上使用的是60Ah單體電池，其結構如圖2所示。圖2上方為爆炸圖，可以比較清楚的看到其電池內部結構設計，這里看幾個設計要素：

·內部采用4個卷芯(jelly roll)，卷繞方式。這種多卷芯的設計方式如今在動力電池上已經比較常見了。

·針刺安全保護裝置(NSD，Nail Safety Device)。這是在卷芯的最外面加上了金屬層，例如銅薄片(圖2電池拆解圖，可以看到外側有一大片銅箔)。當針刺發生時，在針刺位置產生的局部大電流通過大面積的銅薄片迅速把單位面積的電流降低，這樣可以防止針刺位置局部過熱，緩減電池熱失控發生。

·過充安全保護裝置(OSD，Overcharge Safety Device)，目前這個安全設計在很多電池上都能看到。一般是一個金屬薄片，配合fuse使用，fuse可以設計到正極集流體上(current collector)，過充時電池內部產生的壓力使得OSD觸發內部短路，產生瞬間大電流，從而使Fuse熔斷，從而切斷電池內部電流回路。

圖2　三星SDI 60Ah電池結構圖

2016年寶馬宣布將在2017版的i3上使用94Ah的電池。從公開的信息可以看到(表1)，從60Ah到94Ah，容量增加將近57%，單體電池的質量、體積幾乎沒有變化。電池系統的體積結構也幾乎沒有看到明顯變化。電池系統可用能量增加了~45%，續駛里程增加了~41%(EPA測算法，NEDC測算法是~64%)(圖3)

表1 60Ah和94Ah電池的主要參數對比

圖3 60Ah和94Ah版本的BMW i3參數對比

2014年，三星SDI對外公布的技術路線顯示，到2016年為止，其NCM電池的比能量目標為130Wh/kg，2019年左右，比能量目標為250Wh/kg的動力電池。到2020年之后，希望通過鋰/空氣等新型電池體系達到300Wh/kg的目標?，F在看來，當初設定的2016年NCM電池130Wh/kg的目標是比較保守的，電池行業在最近兩年的技術進步速度是比較快的。實際上，三星在2016年已經算是有了250Wh/kg的電池產品了(如果不考慮其他性能，僅僅看比能量指標的話)。

2016年，在日本東京舉行的第七屆國際電池展會上，三星SDI宣布計劃在2020年開發出可以支持一次充電行駛600km的鋰離子電池，該計劃是基于在2016年已經開發出可以支持300km續駛里程的基礎上的。三星SDI使用的是NCM正極材料和石墨負極材料，認為可以通過控制正極材料的顆粒尺寸和改進石墨的結晶度，在2018年開發出支持500km續駛里程的電池技術。此外，進一步提高NCM中的鎳含量，或者采用NCA正極材料，負極采用石墨/硅材料，有望在2020年實現600km的續駛里程。三星SDI 所選擇的這個材料體系基本與實現300Wh/kg的技術路線保持一致(參照：動力電池要求來了，300Wh/kg比能量目標如何實現）。這樣看來，三星原技術路線中的300Wh/kg在鋰離子電池體系下就有望實現了。在電池尺寸上，三星SDI還是繼續采用VDA的標準。

圖4 2014年三星SDI發布的技術路線

三星SDI的汽車和儲能市場/產品計劃副總Zin Park認為，到2023-2025年，基于液態鋰離子電池的技術將達到瓶頸，接下來三星將著重開發全固態電池、鋰金屬電池和鋰空氣電池。實際上，在2015年，三星SDI的全固態電池試制樣品已經可以達到300Wh/kg(采用硫化物類的固態電解質)。至于鋰金屬電池、鋰空氣電池，Zin Park認為現在只是做開發，真正應用可能要10年之后了，那時候有望實現900Wh/kg和一次充電行駛700km。

參考

http://www.samsungsdi.com/; http://www.li-ionen-batterien.de/;

http://insideevs.com/; www.ev-power.eu?

2014 BMW i3 Advanced Vehicle Testing –?Baseline Vehicle testing Results. Idaho national Laboratory.

Nikkei Technology. Tech & Industry?Analysis from Japan/Asia

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