市場競爭加劇,疊加降本提質與安全需求,倒逼動力電池技術創新,2020年以來CTC、JTM、無鈷、刀片電池、不起火電池、長壽命電池、圓柱大電芯等技術層出不窮。
鼓勵技術創新、提升企業品牌價值,2020高工鋰電&電動車金球獎評選活動正火熱進行中,本屆金球獎由思客琦全程特約贊助。年度技術創新獎旨在為行業甄選出解決關鍵技術難題的先進技術和優秀產品。
其中,12家電池企業申報了“年度創新技術”電池類獎項,其電池創新技術應用于電動車、HEV、儲能、輕型車、電動工具等多個細分領域,創新路徑包括物理結構和化學體系兩大類。為此,高工鋰電梳理了這些企業的技術,并以此為基礎,洞悉各細分領域電池發展路徑及技術突破方向。
在動力電池領域,如國軒攜其全新JTM技術亮相,采用全新的疊片到模組集成技術,電池系統能量可達180Wh/Kg;而星恒與瑞浦能源則通過材料創新和優化,其中瑞浦采用5系高電壓體系、蓋板極簡設計、SCL模切技術,大幅度提高產品的能量密度,單體能量密度為240Wh/Kg等。
輕型車配套電池上,華立源帶來高能量密度26550鐵鋰電芯,其材料內部進行鎂、鍶、鈉等金屬及金屬氧化物的摻雜及燒結,提高電池的低溫及倍率性能;而南都電源的策略是超級石墨烯技術、先進低溫磷酸鐵鋰技術和高導電正極配方,提升磷酸鐵鋰正極的電子和離子電導率。
HEV電池上,欣旺達HEV電池風冷模組和駱駝高功率12V鋰電啟停電池系統亮相,欣旺達HEV電池風冷模組采用側面進風,實現電池大面積與空氣熱交換,而駱駝12V啟停電池解決65℃以上存儲壽命問題以及低溫冷啟動瓶頸問題,成功替代鉛酸。
此外,星盈科技在動力儲能電池快充技術上下功夫,可實現10分鐘充至80%電量,且常溫3C/3C充放循環壽命超過4000次;而中山天貿也申報了數碼領域的高溫型電池新技術 等。
值得一提的是,本屆高工金球獎網絡評選投票即將于2020年11月16日16時啟動,屆時可為您中意的電池技術投上您寶貴的一票。
國軒高科:JTM技術
國軒申報的JTM(Jelly Roll to Module)技術,是一種全新的疊片到模組集成技術,使用創新的電池制造工藝,可大幅降低生產周期及電池成本,同時電池及模組零部件也將大幅減少。
據國軒介紹,該技術兼具低成本和高成效效率,單體到模組成組效率可超過90%。使用磷酸鐵鋰材料體系,模組能量密度可以接近200Wh/Kg,系統180Wh/Kg,可以達到高鎳三元的水平,且模組成本僅相當于鉛酸電池水平,無論在技術上還是成本上優勢均明顯。
此外,該工藝十分簡單,制造過程簡單,易形成標準化,既能走大眾MEB平臺,也能適應柔性大模組。國軒表示,95%以上都能夠通過JTM技術做到刀片電池的水平,能量密度也能達到,殊途同歸。
星恒電源:第七代錳系多元復合鋰——“超鋰S7”
星恒電源第7代錳系多元復合鋰技術結合了錳酸鋰、三元鋰和鐵鋰三大鋰電材料的優點,通過材料的創新和優化,可在常溫及高溫循環壽命、高低溫放電性能、電壓平臺、荷電保持和恢復能力、能量密度、成本領先及安全等多個方面保持綜合領先優勢。
“超鋰S7”于2019年年底完成技術驗證,2020年4月小批量上市,已成功運用到爆款電動汽車宏光Mini EV和共享電單車上。預計年底將面向民用電動自行車市場出貨。
產品特點:
1、電芯2600次循環的超長常溫循環壽命,是普通三元鋰的3倍以上;
2、在45℃高溫環境下,采用星恒“超鋰S7”技術的產品,1C充放電循環仍然高達1250次;
3、優異的高/低溫放電性能,-20℃放電容量超過85%;
4、超高的電壓平臺,功率更大動力更強;
5、優異的荷電保持和恢復能力,擱置28天容量幾乎無衰減;
6、成本優勢,成本領先行業近30%,價格更實在;
7、能量密度接近三元,超傳統錳酸鋰與鐵鋰。
8、更安全材料+6大安全體系+21道制造工藝,17年0重大事故,安全品質如一。
瑞浦能源:高能量密度177Ah產品設計
瑞浦高能量密度177Ah采用5系高電壓體系、蓋板極簡設計、SCL模切技術,大幅度提高產品的能量密度,單體能量密度為240Wh/Kg,同時保證了較8系產品安全性、材料成本、制造成本方面的優勢。
瑞浦自主開發的極簡蓋板,減輕動力電池頂蓋重量,提高動力電池空間利用率,進而提升動力電池能量密度及動力電池頂蓋的耐電壓安全性。相比傳統蓋板能量密度提升6%,成本降低40%。
此外,瑞浦能源SCL模切技術采用零臺階一體化模切方式,相鄰極耳之間只用模切一次,降低刀模損耗,降低電池自放電率,同時解決卷繞電池存在的微短路安全隱患,降低工藝誤差,,提升制造精度,提升良品率。
而微調極耳寬度實現產線的連續性,同時極片厚度和隔膜厚度變更后,現有刀模可以繼續使用,降低設備投入成本。
華立源:高能量密度26650鐵鋰電芯
華立源高能量密度26650鐵鋰電芯改善了電池的低溫性能,可應用于北方市場,且應用于市場的電池未發生任何安全事故。
產品特點:
1、電池材料內部進行鎂、鍶、鈉等金屬及金屬氧化物的摻雜及燒結,提高電池的低溫及倍率性能;
2、對正極原材料進行納米陶瓷包覆,把正極主材的熱失控溫度由180℃提高到250℃以上,提高了材料的熱穩定性,增加電池的安全性能;
3、負極采用硬碳包覆石墨方式,倍率低溫性能充分體現了硬碳的超低溫及快速充放電性能,容量及壓實則體現了石墨的高容量及高壓實的特性;
4、以聚偏氟乙烯(PVDF)涂層無紡布作為隔膜紙,改善了電池的安全性,延長了電池的使用壽命。
安馳科技:結構梯度高載量厚電極實現高能量密度電芯
安馳結構梯度高載量厚電極實現高能量密度電芯,同時降低電池內阻和充放電過程中的溫升,兼顧長循環壽命。
該技術通過制備高涂布量的超厚極片,在電芯設計上提升電池能量密度的同時,有效降低非活性物質整體占比,如集流體、極耳、電池殼體等,進而降低電芯每瓦時的成本。
通過結構梯度厚極片技術,設計和優化電極的微結構來調控電子電導和離子電導的空間分布,降低電池計劃和內阻,及結構梯度厚極片的可控制造。
星盈科技:動力儲能電池快充技術
星盈該技術電芯為鐵鋰體系,具有高安全性,能夠保證電芯具備快充能力,10分鐘充至80%電量,同時常溫3C/3C充放循環壽命超過4000次,滿足高功率調頻等儲能領域的要求,極大推動鋰離子電池在高功率調頻市場的應用。
產品特點:
1、高導電性鐵鋰材料。采用有機碳對表面進行固相和CVD包覆改性,納米化晶粒尺寸的磷酸鐵鋰材料,提升了磷酸鐵鋰正極電子電導率,加速LiFePO4和FePO4兩相間的動力學反應過程。
2、“超高速離子通道+快離子環”:采用具有低取向度,無定型碳包覆、小粒徑不規則形貌的負極材料,增加電化學反應活性面積,降低電化學反應阻抗,加速鋰離子在石墨中脫嵌的動力學反應過程。
3、高動力學電解液開發:選用特殊溶劑添加劑,有效減小了SEI阻抗,通過溶劑組分和鋰鹽優化,提升電解液的鋰離子電導率,提升鋰離子擴散速率,減小電芯內阻,降低發熱。
海四達:高比能高倍率電動工具用鋰離子電池系統
海四達圍繞正極材料摻雜改性、新型硅碳負極材料開發、單體電池及電池模組結構優化與模組化電池管理系統設計等方面,開發新型高比能量密度、高倍率及長循環性能的新型電池系統。
如采用氧化鋅包覆和鎂離子摻雜NCM523三元正極材料、低溫合成的聚吡咯包覆人造石墨負極材料,以及高電導率新型電解液,研制出高比能高倍率鋰離子電池。
其單體電池能量密度達到208Wh/kg以上,電池包能量密度達到185Wh/kg以上;電池具有優異的倍率性能,電池可10C 5s脈沖充電、30C 5s脈沖放電;1C充放電循環1000次容量保持率≥80%,2C充電10C放電循環500次容量保持率≥80%。
捷威:高比能高安全三元電池
該技術對現有產品的能量密度、高低溫性能、壽命和安全性有明顯提升作用。基于590模組及其他大模組尺寸,同時具備良好的功率、安全和壽命,適用于電動化平臺車型。
捷威通過材料體系設計、安全設計、結構設計等開發了一系列適用于590模組平臺和其他集成化大模組平臺產品,單體電池能量密度達到280 Wh/kg以上,30分鐘以內充電到80%SOC,具有優越的高低溫性能,45℃循環超過1500次,-10℃循環超過800次。
此外,全壽命周期安全評估和提升技術,改善了電池安全性,通過了過充、擠壓、短路、130 °C熱沖擊、針刺等測試。
欣旺達:HEV電池風冷模組
欣旺達該方案成組效率高、可靠性好,安全系數高,并嚴格執行《GB 38031-2020 電動汽車用動力蓄電池安全要求》標準驗證,且多項驗證標準高于《GB 38031-2020 電動汽車用動力蓄電池安全要求》標準,如安全項目測試中,針刺和加熱熱失控,電池無起火爆炸現象發生。
該模組熱管理方式為風冷,通過側面進風,以電池大面與空氣熱交換,散熱效果顯著;而采用的無鋁側板設計,通過上下塑膠電氣隔離板與電芯支架打膠粘合,電氣隔離板預留排氣槽,電池產生熱失控時,氣體可通過排氣槽排到外部環境中,避免對車內乘客產生安全事故。
目前規劃 6條HEV電池生產線,其中2條產線已進入SOP階段,產品訂單需求量較大,產線使用率超過100%。
南都電源:石墨烯低溫鐵鋰電池技術
南都該技術通過超級石墨烯技術、先進低溫磷酸鐵鋰技術和高導電正極配方,構建高效三維導電網絡,提升磷酸鐵鋰正極的電子和離子電導率,可使磷酸鐵鋰電池在-20℃環境下充電,-40℃極端條件下高倍率放電。
據南都介紹,其通過石墨的骨料優化和表面處理,提升負極動力學性能,優化其低溫充電接受能力和倍率性能;而獨創的低溫電解液技術,使鋰離子在低溫環境仍可高速穿梭于正負極之間,優化石墨表面SEI膜,保障鋰離子電池的低溫倍率性能;再輔以特殊的結構和電芯設計,提升吸液保液能力,進而改善低溫倍率性能和循環性能。
中山天貿:高溫型電池
中山天貿高溫型電池可在極高溫環境中高度穩定的聚合物鋰離子電池的產業化。電池滿電70℃7天熱厚度變化<10%,不產氣,且半電70℃存儲(3.9V,一般為出貨態)30天厚度膨變化<10%,不產氣、不漏液、不泄壓、不破裂、不起火、不爆炸,經測算,項目鋰離子電池能量密度≥680Wh/L,45℃高溫循環壽命500次,容量保持率為85%以上。
中山天貿的策略是,摻雜與包覆LiCoO2正極材料,提高其結構穩定性,降低晶格中陽離子的無序性,研發出熱穩定性與電性能優異的LiCoO2正極材料;通過添加阻燃添加劑、優化配方、提高純度,拓寬電解液的電化學窗口,使電解液的耐高壓性更好,高溫循環過程中正負極的穩定性更好,研發出高溫性能較佳的電解液。
駱駝:高功率12V鋰電啟停電池系統
駱駝12V鋰電啟停系統解決了65℃以上存儲壽命問題以及低溫冷啟動瓶頸問題,成功的替代了鉛酸,目前已經成功開發出了LN3,LN1 12V鋰電系統,主要具備以下特性:
1、采用新型鋰鹽配合自主開發的添加劑降低低溫阻抗,提高低溫下電導率來提升低溫脈沖功率;2、采用納微米活性材料及多種不同結構的導電劑組合使用,提升電極導電性能及粒子擴散能力,提升電池的功率特性;3、電壓、溫度采樣的故障診斷功能;4、采用SBC集成方案設計符合超寬范圍工作電壓,同時對BMS所有電源進行管理和監測,優化系統功耗;5、MOSFET驅動鎖存電路設計,自動鎖存最近一次驅動控制時序。
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原文標題:【鐳煜科技?高工金球獎】細分為王 12家電池創新技術“博弈”
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