力神電池周江：新型包覆技術(shù)能夠有效提高高鎳材料性能
當(dāng)前新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入關(guān)鍵時(shí)期，財(cái)政補(bǔ)貼逐漸退坡，產(chǎn)業(yè)鏈資金緊張、成本壓力山大；同時(shí)電動(dòng)汽車起火等安全事故頻發(fā)，動(dòng)力電池安全技術(shù)難題亟待破解；長續(xù)航里程需求呼喚更高能量密度的動(dòng)力電池。近日，天津力神電池股份有限公司執(zhí)行副總裁兼研究院院長周江介紹了力神電池在產(chǎn)品研發(fā)方面的技術(shù)創(chuàng)新。
多樣化產(chǎn)品矩陣
據(jù)周江介紹，力神電池的動(dòng)力電池產(chǎn)品矩陣，整體上來講可以分為高比能量和高功率兩條線路，并且對(duì)方形、軟包和圓柱電池三種類型都有所布局。目前，力神電池50Ah的方形電池已經(jīng)量產(chǎn)出貨，2020年會(huì)開發(fā)60Ah的電池。
眾所周知，近年來為了提升新能源汽車動(dòng)力電池能量密度、降低成本，圓柱電池領(lǐng)域掀起了從18650向21700升級(jí)換代的潮流。自從全球電動(dòng)汽車明星特斯拉讓21700電池大放異彩之后，國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)趨之若鶩研發(fā)生產(chǎn)21700電池，宣告全球動(dòng)力電池正式進(jìn)入21700時(shí)代。
力神電池是國內(nèi)最早量產(chǎn)21700電池的企業(yè)之一，早在2017年7月，力神電池就宣布其21700產(chǎn)線正式投產(chǎn)，這條產(chǎn)線是國內(nèi)首家為21700產(chǎn)品定制的產(chǎn)線。2018年6月，搭載力神電池蘇州基地生產(chǎn)的21700三元?jiǎng)恿﹄姵氐慕磇EV6ES上市，系國內(nèi)首款搭載21700三元電池的乘用車。
“力神21700電池從2018年開始到今年出貨已經(jīng)有1.01GWh，裝配了19000輛車，目前為止運(yùn)行比較良好。”周江介紹道，目前力神電池生產(chǎn)的4.5Ah的21700電芯能量密度可達(dá)220wh/kg，2020年年初會(huì)量產(chǎn)4.8Ah的電池，在材料方面提高了硅的含量，電芯能量密度能夠做到245wh/kg。
據(jù)周江介紹，力神電池的軟包動(dòng)力電池雖有布局但還未量產(chǎn)，目前仍然處于開發(fā)階段。“主要是跟國外的客戶合作開發(fā)的項(xiàng)目，正極材料是811，負(fù)極材料是石墨，含硅的體系計(jì)劃在2021年上半年量產(chǎn)，高功率電芯已經(jīng)有國際車廠的定點(diǎn)項(xiàng)目，能量密度能夠做到260Wh/kg。”周江解釋說。
在安全性方面，力神的軟包電池能夠?qū)崿F(xiàn)45℃循環(huán)675次后電池通過熱箱測(cè)試，電芯無漏液、不起火、不爆炸。周江表示，在循環(huán)方面，25℃條件下可以做到1500次，高溫條件下可以做到1100次。在快充方面，15分鐘可充50%的電，30分鐘可以充80%的電。正如周江所說，“電芯雖然能量密度很高，我們依然可以做到相對(duì)快充的性能。”
周江還談到，力神電池承接的重大國家項(xiàng)目，其容量77Ah的軟包電池產(chǎn)品，電芯能量密度可達(dá)303Wh/kg，目前已經(jīng)做到B樣階段，正朝著C樣和SVP在開發(fā)。
找到完美平衡點(diǎn)
從某種程度上來講，電池的能量密度越高其安全性就越低。周江表示，從整體上來講，未來的新能源汽車會(huì)要求越來越長的續(xù)駛里程，研發(fā)高能量電芯是一個(gè)必然趨勢(shì)。所以這就需要化解高能量密度和安全性之間的矛盾，周江提出的解決思路是：找到一個(gè)平衡點(diǎn)。
“從改善過程入手，持續(xù)改善高比能電池的性能，現(xiàn)階段來講徹底地解決安全性問題不太現(xiàn)實(shí)，我們能做到的是不斷拓寬安全邊界，讓客戶更加放心使用我們的電池，我們需要在過程、性能、安全性之間找到一個(gè)完美的平衡，這是從技術(shù)人員的角度講要做的工作。”周江解釋道。
周江指出，高鎳材料的界面因?yàn)楹芨叩难趸裕苋菀装l(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一些比如***等有害的氣體，這是目前學(xué)界研究的一個(gè)難點(diǎn)。此外，硅材料如果膨脹非常大，會(huì)導(dǎo)致材料粉化、增加內(nèi)阻；如果膨脹過于劇烈，還會(huì)給力學(xué)結(jié)構(gòu)上帶來一些新問題。
周江表示，使用高鎳的材料，不管是811還是NCA，會(huì)面臨一些循環(huán)和存儲(chǔ)的問題。特別是在高溫條件下，與低鎳相比高鎳材料容易產(chǎn)氣和開裂等，安全性也不好。“對(duì)于硅來講，容易膨脹和低能守效，都是一個(gè)問題，要在設(shè)計(jì)開發(fā)階段找到一個(gè)完美的平衡。”周江談到。
特別值得一提的是，在改善正極材料表面的穩(wěn)定性方面，周江介紹，力神電池采取了新的包覆技術(shù)，有效地改善了高鎳正極材料的表面性能，極大地降低了高溫存儲(chǔ)后的內(nèi)阻增長。
“如果阻抗很大的話，輸出功率會(huì)極致地下降。Service內(nèi)阻的變化，改善前不能滿足要求，改善后還不錯(cuò)，30多天直流內(nèi)阻增長6%-7%左右，新的包覆技術(shù)能夠穩(wěn)定高鎳正極材料的表面。”周江舉例說明。
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