为解决广大用户的续航、充电焦虑,恩捷股份从技术上展开探索,成功研发适用于快充电池的高孔隙率高强度隔膜新品——HSV7和HSV9,实现了行业内高倍率电芯隔膜的又一技术突破,为“飞”一般的充电速度“保驾护航”。
更快的充电速度,意味着正负极中间的隔膜需要在短时间内让更多的锂离子快速通过,所以需要更大的孔隙。“一般而言,高孔隙率隔膜对应的是较低的机械强度(包括拉伸强度和抗穿刺强度),我们研发的HSV7和HSV9,兼顾了更高的孔隙率与更高的机械强度,锂离子不仅能够更快速通过,同时具备更高的电池稳定性及安全性”。恩捷研究院有关专家介绍。
据悉,HSV系列的孔隙率较常规的ND系列隔膜产品提升20%以上,在大幅度地提升了孔隙率的同时依然可以保证较高的机械强度,在助力电池实现大倍率充放电的同时也保证了电芯加工过程中的良品率。此款隔膜帮助了多家下游客户实现了3C、4C高倍率充电(15-20min实现满充)的技术要求。
针对这款高孔隙率高强度新品隔膜,恩捷专门组建了由博士领衔的6人专家研发小组,历时近3年时间深耕,通过对配方及工艺的无数次测试,最终实现重大技术突破。目前该产品已通过国内的多个重点客户验证,并获得客户极大的认可。
前瞻未来趋势,加速技术布局,是企业抢占竞争制高点的关键,也是衡量企业科技创新和综合实力的重要标志。一直以来,恩捷坚持以市场和技术为导向,从攻克我国35项“卡脖子”核心技术之一——湿法锂电隔膜技术,再到HSV7和HSV9隔膜技术的成功突破,恩捷持续研发新产品、改进产品性能、加强技术壁垒。
快充产业趋势加速,负极是快充性能的决定性环节
快充产业趋势加速,新能源汽车下半场聚焦高质量电池:全球电动化大趋势不改,新能源汽车销量和渗透率持续提升,里程和充电焦虑成为影响消费者购买新能源汽车的重要因素。因动力电池化学体系在短期内较难改变,能量密度提升相对缓慢,越来越多的整车和电池企业将目光聚焦在技术难度更小、更易落地的快充技术上。
目前,宁德时代、亿纬锂能、欣旺达、孚能科技、国轩高科、蜂巢能源等主流动力电池厂商正以 10 分钟补能 400 公里为基本目标,普及快充技术。
负极是电池快充性能的决定性环节:以 LiCoO2/C 体系锂离子电池为例,在充电过程中,钴酸锂中的锂离子在外电场的作用和锂离子浓度差的推动下部分脱出,在电解液中迁移并嵌入负极材料,形成稳定的插层化合物。微观层面对快充性能的限制步主要有以下几个方面:①锂离子在电极材料的中的迁移和扩散;②锂离子在电解质中的传输;③锂离子在相界面处的转移,包括电解质分子的去溶剂化,界面的电荷转移和离子迁移。其中,锂离子在石墨晶格中的固相扩散系数约为 10-10cm2·s-1,远小于另外两个过程的扩散系数,因此,锂离子在负极(石墨)颗粒内部的固相扩散是电池快充性能的决定性环节。
石墨类材料是最常用的负极材料:石墨具有优异的脱嵌锂可逆性以及较高的理论容量(372 mAh·g−1),且来源广泛,储量丰富,可以再生,是目前广泛使用的锂离子电池负极材料。石墨负极可分为人造石墨和天然石墨两种。人造石墨由石油焦、针状焦、沥青焦等原料通过粉碎、造粒、分级、高温石墨化加工等过程制成。人造石墨在循环性能,倍率性能、与电解液的相容性等方面具有优势,但是容量一般低于天然石墨。天然石墨采用天然鳞片晶质石墨,经过粉碎、球化、分级、纯化、表面处理等工序制成。
石墨负极用于快充仍然存在瓶颈:①虽然石墨独特的层状结构给可以实现锂离子的嵌入,但由于石墨层间距较小(0.335nm),造成锂离子的扩散阻力较大,扩散动力学不理想,从而无法达到理想的倍率性能。②锂离子嵌入石墨时的扩散路径为从层状边缘至材料内部,较长的扩散路径也会使得电池的倍率性能不理想。③在快速充电的情况下,较大的极化会使石墨的嵌锂电位无限接近于锂金属的沉积电位,从而出现表面析锂甚至产生锂枝晶,不仅会导致电池性能下降,甚至会造成内部短路或热失控。④石墨的片层结构之间由微弱的范德华力连接,因此结构不稳定,锂离子嵌入过程中伴随的溶剂分子共嵌入会导致石墨片层的剥离和脱落,进而影响电化学性能。
电池企业各有绝招
无疑,10分钟的充电补能速度已经被各家电池企业、车企视作重要指标,10分钟补能400km续航目前已经是各家正在实现的目标。
电池快充能力提升的背后是电池材料、系统设计、热管理等多个维度合力的结果,尤其是在材料层面,电池快充能力取决于电芯负极快速嵌锂能力、电解液导电率等,有望带动材料层面的新发展机遇。
比如,宁德时代麒麟电池采用了高镍正极+硅基负极材料体系,实现三元版系统能量密度255Wh/kg,支持5分钟快速热启动及10min充电80%。
蜂巢能源的龙鳞甲电池,正极材料上采用前驱体定向生长的精密控制技术,负极材料采用液相包覆技术,电解液采用了含硫添加剂/锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系,隔膜采用高孔隙陶瓷膜,达到快充及安全的平衡。
亿纬锂能46系列大圆柱超级快充电池采用全极耳结构、镍+硅碳材料体系;系统层面,其发布的“π电池系统”,在电芯顶部及左右两侧构建传热通道,实现立体传热,解决快充发热问题,支持9分钟快充。
欣旺达闪充电池的关键技术包括自主设计的闪充硅材料技术、高安全中镍正极、硅基体系电解液技术、全生命周期自适应超充策略、高精密涂布&叠片技术等。
巨湾技研采用新型导电剂材料和系统性的工程设计,电芯采用高倍率改性正负极材料和高电导电解液,在电极内构建高效的三维导电网络,提高了锂离子的嵌入脱出的动力学性能。
当前,尽管各家车企、电池企业都在发力快充技术,并作为重要竞争力或者卖点,但目前快充电池或相关车型成本仍然相对较高,从长期来看,实现快充技术普惠性降本将成为快充赛道的竞争重点,最终解决消费者的充电焦虑。
800V高压快充普及的时候到了?
800V高压快充是现在行业主流的努力方向,相比起高功率(480/600kW)超充桩的站点铺设问题,4C电池的普及显然才是最紧要的瓶颈。
你可以看到,小鹏虽然从G9开始就已经采用了800V高压平台,但4C三元锂超快充电池仍只属于选装配置,而在G6上也只是全系标配3C电池。
目前小鹏G9上的这块4C三元锂电池来自欣旺达,而首款搭载宁德时代4C麒麟电池的理想MEGA最快也要到今年底才能上市。
更高的技术性能要求和成本注定了4C三元锂电池短期内还只能出现在部分中高端电动车上面,而这也成为了阻碍超快充技术推广普及的最大难题。
可以讲,这块4C磷酸铁锂电池,充电10分钟续航400公里的能力,已经和小鹏G9 上的那块4C三元锂电池不相伯仲了,但磷酸铁锂更低的原材料成本,让神行电池在不用牺牲太多续航能力的情况下,在成本上具备了更明显的优势。
更低的成本,就意味着神行电池有更多可能出现在中低端车型上,“800V+4C超快充”就更容易被推广。
新势力中,除了小鹏和阿维塔外,理想(纯电)、智己、极氪、蔚来都明确会推出支持800V高压快充的新车。宁德时代的神行电池,很可能都会成为这些厂商的目标。
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