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法蘭克福技術沙龍:直擊痛點,破解充電焦慮、壽命焦慮

法蘭克福技術沙龍:直擊痛點,破解充電焦慮、壽命焦慮

分類:
動力電池
作者:
來源:
CATL寧德時代新能源
2019/09/20 09:24
瀏覽量

 

  電池成本、安全性能、能量密度、充放電倍率以及循環壽命,都是電動車發展中備受關注的因素。

 

  德國時間9月12日,寧德時代乘用車解決方案部總裁助理王升威博士為現場觀眾做了主題為《寧德時代電池創新技術》的演講報告。

 

 

  劃重點!

 

  作為完整的解決方案,動力電池產品需要綜合考慮安全性、充電速度、放電功率、能量密度、壽命、成本這六個指標。在產品設計方面,這個六個指標往往相互影響、相互制衡。

 

  基于對電芯的深厚理解,寧德時代通過創新技術,突破了電化學體系固有瓶頸,研發了兼顧安全、高能量密度的超級快充技術和超長壽命技術。

 

  超級快充:充電15分鐘,續航400公里

 

  如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就像優秀的運動健將,在搖椅的兩端來回奔跑。

 

  充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,以供到達負極的鋰離子嵌入。嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。

 

 

  充電時,鋰離子從正極到負極

 

  放電時,鋰離子從負極脫出,經過電解液運動到正極,嵌入正極的鋰離子越多,說明放電容量越高。

 

 

  放電時,鋰離子從負極到正極

 

  快充時,鋰離子需要加速瞬時嵌入到負極。這對負極的快速接收鋰離子的能力挑戰很大。普通化學體系的電池在快充時負極會出現副產物,會影響電芯的循環壽命和穩定性。

 

 

  超級快充技術

 

  怎么打破石墨作為快充負極材料時面臨的瓶頸?如何讓鋰電子快速從正極釋放出來,快速進入負極?

 

  殺手锏是快離子環技術。我們創新性地在石墨表面打造一圈高速通道,使鋰離子能快速嵌入石墨的任何位置,大大提高鋰離子在石墨負極的嵌入速度,并且,修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性,快充時不會在負極會出現副產物,影響電芯的循環壽命和穩定性。

 

  此外,我們還開發“超電子網”技術修飾正極材料,結合正負極極片的晶體取向和容量過量系數等設計參數調配,優化電解液、正負極的動力學性能,使化學體系和電池設計參數達到最優匹配。

 

  為了確保快充電芯的安全可靠性,寧德時代開發了專門的技術來識別化學體系在不同溫度和SOC狀態下的“健康充電區間”, 然后在這個“健康充電區間”范圍內進行快充,就可以實現快速充電,又可以不讓電池受到快充的損害,做到快充、長循環和安全可靠性兼顧。

 

  采用長壽命技術后

 

  循環壽命提升兩倍以上

 

  嚴格來講,電池的壽命分為循環壽命、日歷壽命。

 

  其中循環壽命指的是電池可以循環充放電的次數。而一次循環指的是一次滿充加上一次滿放,也就是在理想的溫濕度下,以額定的充放電電流進行充放電,計算電池容量衰減到80%時所經歷的循環次數。

 

  而日歷壽命則指的是電池從生產之日起到壽命終止的這段時間,以年為單位計算,這期間包括擱置、老化、高低溫、循環、工況模擬等不同環節。

 

  循環壽命是電池生產企業在研發階段著重關注的指標,用戶對這些數值并不敏感。而日歷壽命則更為大眾所關注。比如,我手機的電池能用幾年?這臺電動車的電池能跑幾年?這些都是電池日歷壽命的體現。

 

  影響電池壽命的因素主要包括使用溫度、充放電倍率和充放電使用區間。下面我們具體來講:

 

  首先,電池的使用環境對其循環壽命有很大影響,其中,溫度是十分重要的因素。不同的電池有不同的最佳使用溫度,溫度過高或過低都會對其壽命產生影響,所以良好的電池熱管理系統對確保電池的壽命非常重要。

 

  其次,充放電電流也是電池壽命的影響因素。不同的電池擁有不同的“健康充電區間”。將充電電流保持在“健康充電區間”內就可以最大化實現快速充電,又不讓電池受到損害,做到快充和長壽命兼顧。

 

  最后,電量使用區間同樣是影響電池壽命的一種因素。電池充電和吃飯是一個道理,所謂“飯吃八分飽”,淺充淺放相對每次都深度充放電來講,電池壽命會更好。其實手機電池也是一個道理,每次讓電池充到80%-90%的電量,電池會處于一個很健康的狀態。

 

  為了不同應用場景對電池長壽命的需求,寧德時代專門開發了長壽命技術和產品,具體的創新點:

 

  開發了正極FIC Coating技術,可以極大的提高正極在使用過程中的穩定性,減少正極材料在循環和存儲過程中的金屬元素溶出和結構劣化。

 

 

  長壽命技術

 

  開發了“自修復”負極材料,新的負極材料可以自動修復使用過產生的少量SEI膜缺陷,確保SEI膜的完整性和穩定性,從而大幅度提升電芯的壽命。

 

  電解液對電芯來講,就血液對人類一樣重要,寧德時代研發的長壽命電解液具有極高的穩定性,并在電極活性表面形成穩定的保護膜,提升電芯的循環和存儲性能。

 

  普通的三元電芯的壽命可以滿足私家車15萬公里的需求,采用寧德時代長壽命技術后,可以提升2倍以上,滿足出租車6年60萬公里的需求;同時,寧德時代也開發了超長壽命的磷酸鐵鋰電芯,可以滿足大巴15年的使用要求。長壽命電池大大拓寬了動力電池的應用場景,如出租車,專用車,分時租賃,V2G,對于推廣大規模儲能和提高電動汽車經濟性都有非常重要的意義。

 

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