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蜂巢能源究竟如何实现无钴电池

微流控 2021-08-14 14:51 次阅读

随着新能源汽车的迅猛发展,钴的需求量也在持续激增。如果不考虑回收,2026年以后,钴就将供不应求;有限的钴元素资源,无法支撑新能源汽车无限的发展空间。

特斯拉CEO马斯克多次提到降低电池中钴的使用比例,甚至是无钴的电池方案,也正是表达了汽车企业需求端对于摆脱资源约束的迫切性。全球电池供应商和车企都在想各种办法减少钴在三元电池中的含量。但解决钴的使用不能以牺牲高能量密度的电池技术路线(续航里程)为代价。

蜂巢能源发布的两款无钴电池!

蜂巢能源基于材料体系的前瞻性研发,在全球首先发布了基于无钴材料的电芯产品,这种NMX的无钴材料,这种方案具有高循环寿命、高安全性和高能量密度的核心优势。

蜂巢能源在5月18日的《无钴·芯未来》线上发布会上亮相了两款无钴电池。这两款电芯的发布,标志着无钴电池正式进入落地阶段,可以实现最高达880公里的续航里程,是电动汽车实现对燃油车销量“弯道超车”的战略武器。

第一款产品是是基于590模组的电芯设计,容量为115Ah,电芯的能量密度达到245wh/kg;这款产品的特点,是在通用化电芯尺寸设计基础上完成的。它能够搭载到目前大部分新的纯电平台上,出色的循环寿命和日历寿命特性,使得这款电芯在整车端能够实现15年120万公里的质保,在2021年6月份推向市场。

第二款是L6薄片无钴长电芯,容量226Ah, 这款产品正在与汽车企业合作开发,在先进的矩阵式PACK设计支持下,是全球第一款可以实现880公里的续航里程的车型,预计可以在2021年下半年实现量产。可以讲这两款产品使得纯电动汽车彻底摆脱了里程焦虑。

在理论安全性方面,NMX无钴电池已经通过了国标和欧标的全部安全性测试,其安全性能优于三元电池。以热稳定性为例,它可轻松通过150℃的热箱实验。

蜂巢能源如何实现无钴电池?

要实现无钴化,就要解决三个问题,一是Li/Ni混排问题,二是循环性能差的问题;三是,高电压平台下电解液氧化分解的问题。

蜂巢能源主要是通过三项技术来解决上述问题,阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆技术。

所谓阳离子掺杂技术,蜂巢能源是采用与氧化学键键能高的阳离子掺杂到晶体结构中,提高材料的上限电压。蜂巢能源是采用了两种化学键能更强大的元素替代钴,掺杂到材料中。通过强化学建稳定氧八面体结构,减少Li/Ni混排,大幅改善的材料的稳定性,并可以在4.3——4.35V电压下稳定工作,能量密度比磷酸铁锂提高40%,而成本降低。

第二项关键技术是单晶技术。电池在极片制作过程中需要经过一道关键的工序——高强度的辊压,这是为了在有限的空间之内加入更多的活性物质,所以要追求更高的压实密度。多晶材料在辊压过程中颗粒破碎明显,会直接导致正极与电解液反应产生大量的气体,造成电池寿命加速衰减和产生安全问题;

同时材料的结构也会崩塌,锂离子无法移动,造成寿命会快速衰减。单晶材料具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,压力强度比多晶可以提高10倍,能够有效提升电池的能量密度,同时单晶材料不容易崩塌,电芯寿命可以比多晶高镍三元电芯高出70%。

第三项黑科技技术——纳米网络化包覆技术。蜂巢能源在无钴材料的合成过程中,采用了纳米网络包覆技术,在单晶表面包括一层纳米氧化物,可以减少正极材料跟电解液的副反应,该技术有效的改善了高电压下的材料循环性能。

蜂巢能源希望从电芯、pack的设计层面设计层面使电池性能再上一个台阶。 蜂巢能源在产品工艺上选择叠片工艺,可以有效提高方形电芯内部的体积空间利用率,层状结构可以使极片的平整度更好,应力更均匀,膨胀变形也更小,该设计可以使无钴电芯能量密度再提升5%,循环寿命上再提升10%。

此外,长薄电芯的设计是两侧出极耳。这样可以做到电芯底部和顶部都是平整的,没有极耳传统的电芯是在顶部有两个极耳。这一设计为热管理带来了变革。传统电芯只能靠单一地面冷却的形式,这种电芯可以通过上下双层冷却,更精准的控制电池的温度。

“相对传统pack可以提升冷却效果40%,低温加热达到每小时60~70摄氏度,温度误差控制在20~35度之间,温差控制在5摄氏度内。”

pack层面,蜂巢能源采用矩阵式设计,将电池包划分为两个矩阵网格,将薄片无钴电池规则的排列在网格内,在电池包内部组成大型矩阵模块,矩阵跟矩阵之间相互关联,又相互独立,正常工况能够保证整个矩阵模块的刚度;非常规极端工况下,例如侧碰,则能够通过多个电芯分散撞击力,保证电池包和整车的整体安全。

矩阵式结构 4通过安全性测试 杨红新表示,矩阵式结构不仅能够降低pack非增值部件的重量,而且在保证安全的情况下,还能够做到80%的成组效率,要高于传统模组和CTP 72%—75%的成组效率。

在制程方面,蜂巢能源建立车规级AI智能工厂,来进一步提升产品的质量,例如较高的自动化水平和超高的异物检测水平等。 安全性方面,蜂巢能源无钴电池产品通过了国标和欧标的全部安全性测试,在安全性能优于三元电池,以热稳定方面为例,通过150℃的热箱实验。

蜂巢无钴电池正式量产,安全性、稳定性等可靠耐用性若得到市场检验,那么无疑将对全球纯电车消费市场的前景形成极其有利的局面。

编辑:jq

原文标题:蜂巢能源是如何实现无钴电池?

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