突破 |880公里超長續航即將實現?蜂巢能源無鈷電芯技術不是噱頭!
發布時間:2020-05-19 14:46:43
關鍵詞:動力電池

近年來,在國家新能源汽車財政補貼政策的引導下,以及消費者對長續航里程車型的訴求,動力電池技術正朝著“高鎳低鈷”甚至“無鈷”的方向發展。其實,對于電池生產企業和車企來說,無鈷還是降本利器,在目前三元電池材料(NCM、NCA)中,鈷都是最為昂貴的,且因鈷資源較為稀少,價格極易被操控。


然而,“無鈷”雖好,但能做到卻非常不易。早在20年前,電池專家就曾提出過“無鈷”概念,直到現在幾乎所有主流三元電池技術體系中,鈷都不可或缺,這主要因為其在電池正極材料中不僅扮演著穩定材料的層狀結構的角色,而且可以提高材料的循環和倍率性能。


正如前述所言,為追求長續航和降低成本,以及擺脫資源依賴,“去鈷”道路從未停止,電池材料中鈷的含量從最初鈷酸鋰中的59%,到目前NCM811中的7%,含量一直在降低,但想要徹底變為0還存在巨大挑戰。


事實上,今年年初特斯拉宣布其最新一代高鎳電池鈷含量會進一步降至3%以下,客觀上已經相對“無鈷”。5月18日,蜂巢能源舉辦了“《無鈷?芯未來》線上發布會”,正式對外發布了兩款零鈷電芯:115Ah容量無鈷電芯和L6薄片無鈷長電芯。


蜂巢能源“無鈷電池”落地,無疑會讓業界產生疑問?強如特斯拉,尚且只能將鈷控制在3%左右,蜂巢能源作為新勢力,如何實現0的?到底是“真無鈷”還是“假無鈷”搞噱頭?


探究這一問題,我們不妨從其發布會上關于無鈷電池的技術解決方案去尋找答案。


“通過單晶無鈷材料技術、疊片電芯設計技術、矩陣PACK設計技術和車規級AI制造等材料、工藝、設計及制造多個環節密切配合,才誕生了‘無鈷電池’?!?span style="color: rgb(255, 0, 0);">蜂巢能源總裁楊紅新在發布會上介紹道。


“層狀材料鎳錳酸鋰因為能量密度較高,技術可行而被寄予厚望,且從理論上證明了鎳錳酸鋰是一種有前景的材料?!睏罴t新表示,蜂巢能源意識到,如果能克服這些困難,把這種材料成功帶到量產應用階段,必將推動“無鈷”技術及行業的巨大進步。電池中國網猜測,蜂巢能源“無鈷電池”應該是采用了“鎳錳酸鋰”技術路線。


事實上,蜂巢能源對于“鎳錳酸鋰”技術路線的判斷與中國科學院物理研究所研究員黃學杰不謀而合。2019年,黃學杰在參加行業會議時也指出,從降低材料成本,提升能量密度角度,其研究團隊也認為“鎳錳酸鋰能量密度高、成本更低,更適合做“無鈷”,未來在電動乘用車應用方面較三元和磷酸鐵鋰都有優勢”。但該技術一直未曾變為現實,也是囿于其技術、設計、制造難度。


三項關鍵技術 突破“無鈷”材料技術瓶頸  


據楊紅新透露,在其無鈷電池研發生產過程中,有三項技術是實現突破無鈷技術瓶頸的關鍵:陽離子摻雜技術、單晶技術和納米網絡化包覆技術。


第一項技術:陽離子摻雜技術。據楊紅新介紹,蜂巢能源采用了兩種化學鍵能更強大的元素,替代鈷,摻雜到材料中,通過強化學鍵穩定氧八面體結構,該技術減少了鋰鎳混排,大幅改善了材料的穩定性,并可以在4.3-4.35V電壓下穩定工作。該技術可以提高材料的上限電壓,實現能量密度比磷酸鐵鋰提高40%,還增強了材料的穩定性。


第二項技術:單晶技術。電池在極片制作過程中,為了在有限的殼體空間內加入更多的活性材料,要經過高強度輥壓。與多晶材料相比,單晶材料在輥壓過程中具有更強的顆粒強度和更加穩定的結構,耐壓力強度可以提高10倍。正是這種穩定的晶體結構,為無鈷材料帶來超長的使用壽命,電芯壽命可以比多晶高鎳三元高出70%。


第三項技術:納米網絡化包覆技術。蜂巢能源在無鈷材料的合成過程中采用納米網絡化包覆技術,在單晶表面包覆一層納米氧化物,可以減少正極材料跟電解液的副反應。該技術有效地改善了高電壓下的材料循環性能。


工藝設計及PACK創新 電池包整體性能提升  


當然,材料設計只是第一步,無鈷電芯的工藝設計和制造都是新挑戰。


突破 |880公里超長續航即將實現?蜂巢能源無鈷電芯技術不是噱頭!


工藝端,蜂巢能源使用疊片工藝設計,有效提高方形電芯內部的體積空間利用率。且疊片層狀結構可以使極片的平整度更好、應力更均勻、膨脹變形也更小,該設計可以使無鈷電芯在能量密度方面再提升5%、循環壽命上再提升10%,相較卷繞工藝安全性也更高。


PACK端,蜂巢能源采用矩陣PACK設計,將電池包劃分為兩個矩陣網格,將長的薄片無鈷電池,規則排列在網格內,在電池包內部組成大型矩陣模塊,矩陣跟矩陣之間相互關聯又相互獨立,正常工況時能夠保證整個矩陣模塊的剛度,在非常規極端工況下,比如說側碰,則能夠通過多個電芯分散撞擊力,保證電池包和整車的整體安全。


值得一提的是,矩陣式PACK設計,成組效率也有所提高?!霸诒WC安全性的前提下能夠做到80%的成組效率,”據楊紅新介紹。


作為新生事物,新能源汽車安全問題一直是業界關注的重點,尤其是在近年來新能源汽車頻繁自燃的情況下,安全是電池乃至車企都繞不過的一道坎。


而在安全比對上,最好的辦法就是與現有主流技術產品進行比較。在比亞迪的“刀片電池”發布會上,比亞迪就拿其“刀片電池”與傳統主流三元電池和普通磷酸鐵鋰電池進行了“針刺”實驗對比。在蜂巢能源“無鈷電芯”發布會上,蜂巢能源也進行了類似的對比。


突破 |880公里超長續航即將實現?蜂巢能源無鈷電芯技術不是噱頭!


蜂巢能源表示,無鈷電池產品已經通過了國標和歐標的全部安全性測試,測試表明其安全性能優于三元電池。以熱穩定為例,無鈷電池輕松通過150℃的熱箱實驗未起火。而同樣條件下,普通高鎳三元電芯140℃高溫靜置半小時,就會發生起火現象。


兩款“無鈷”電芯亮相 可滿足880km續航需求  


發布會上,蜂巢能源正式推出了兩款無鈷電池電芯,其能量密度分別為240Wh/kg和245Wh/kg。


突破 |880公里超長續航即將實現?蜂巢能源無鈷電芯技術不是噱頭!


據蜂巢能源介紹,容量為115Ah的無鈷電芯,能量密度達到245Wh/kg,該款產品是基于通用化電芯尺寸設計基礎完成的,因而能夠搭載到目前大部分新的純電平臺上。此外,出色的循環壽命和日歷壽命特性,使得這款電芯在整車端能夠實現15年120萬公里的質保,將于2021年6月推向市場。


另一款無鈷電芯被蜂巢能源內部代稱為“L6”——L是Long cell的英文縮寫, 6代表600mm左右的長度。L6薄片無鈷長電芯,容量226Ah,能量密度為240Wh/kg。蜂巢能源表示,該款電芯正與某汽車企業一款高端車型做適配性開發,在矩陣式PACK設計支持下,可以實現880公里的超長續航。這款產品預計在2021年下半年量產。


2020年注定是不凡的一年,動力電池行業亦如是。各家企業在無鈷的道路上爭先恐后,或許都是希望踩著三元的肩膀,在下一場技術乃至市場爭奪中占據主動權。


特斯拉原本計劃在今年4月的“電池日”發布其電池技術最新進展,其中業界猜測其“無鈷電池”新技術將在電池日上亮相。但受疫情影響,特斯拉“電池日”也一再推遲,其“無鈷電池”技術仍未露面。


寧德時代在其2019年業績說明會上也透露,公司有自己的“無鈷”電池技術儲備,目前研發進展順利,正在想辦法搞好供應鏈,“因為是一個全新的、顛覆性的產品”??梢钥闯?,寧德時代也正在積極布局“無鈷”電池技術,希望在新一輪技術競爭中繼續保持領先地位。


蜂巢能源搶先亮相“無鈷電池”成品,也意在向外界表明其電池技術研發實力。


事實上,在長續航、低成本的趨勢下,“無鈷電池”“四元電池”都將是重要技術方向。企業之所以不遺余力地推動新技術研發及盡快落地,不外乎這些續航更長、成本更低、安全性更高的“無鈷電池”“四元電池”“固態電池”等新電池技術出現,將對三元電池市場格局產生較大沖擊,或將重構電池市場格局。因而無論是守擂者,還是攻擂者都把新技術作為重要武器。


稿件來源: 電池中國網
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