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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(wú)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(guó)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(zhǎng)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?,很容易發(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(zhǎng)。
“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(zhǎng)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。