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快充客車發力 解密主流磷酸鐵鋰電池快充技術
新聞類型: 行業情報 來 源: 高工鋰電 點 擊: 1298 日 期: 2017-04-19

摘要:有人說磷酸鐵鋰不適合做快充,原因是其導電性不夠好,快充時易發熱。但這隻是針對純相磷酸鐵鋰材料而言,其在經過晶粒細化、表麵碳包覆、晶胞元素摻雜之後擁有良好的離子和電子遷移速率,適用於快速充電。而磷磷酸鐵鋰高安全性、高熱穩定性及長循環壽命的特點,讓他不失為快充的優質選擇。

    快充作為新能源汽車發展最為重要的技術路徑,其對於緩解續航裏程焦慮、減少充電時間等效果顯著,因此也成為不少車企和電池企業的市場選擇。

    2016年底發布的新能源汽車補貼調整方案中,將快充類純電動大巴被作為單獨的細分產品,並給予了詳細的補貼標準:按照客車電容量可獲得3000/Kwh補助,同時根據“3C-5C5C-15C15C+3個檔次的快充倍率分別獲得0.8倍、1倍、1.4倍補貼。

    在此背景下,包括北汽福田、宇通、廈門金龍等主流車企和寧德時代、沃特瑪、盟固利、微宏動力等動力電池企業都開始加大了在快充領域的布局。

    而從技術層麵來講,盡管科學界頻頻傳出某種研究或者新材料可大幅度提升電池能量密度的捷報,但在實際生產應用中,出於成本、技術、工藝和安全的考慮,續航依然是製約新能源汽車發展的一大因素。在電池技術尚未取得革命性突破之前,選擇快充來緩解新能源汽車續航裏程不足的缺陷,不失為一個另辟蹊徑的好辦法。

    事實上,快充在動力電池上的應用可謂是早已遍地開花。但究其技術,其實殊途同歸,快充技術的核心就是在不影響電芯壽命和安全性的前提下,通過化學體係和設計優化,加速鋰離子在正負極移動的速度。

    普通化學體係的電池在快充時負極會出現副產物,影響電芯的循環和穩定性。解決這個攔路虎的一般解決方案是,通過采用特殊設計的負極材料(如硬碳、軟碳、碳包覆石墨等)來使負極具有承受快充的能力。而對於隻作為鋰離子源的正極材料,其實並無要求,理論上隻要能提供足夠的鋰離子都可作為正極。

 

    盡管快充技術大相徑庭,但具體應用起來也是八仙過海各顯神通。盤點市場上主流的快充電池,筆者按電池材料分為磷酸鐵理電池、鈦酸鋰電池、錳酸鋰電池三大類型。

    有人說磷酸鐵鋰不適合做快充,原因是其導電性不夠好,快充時易發熱。但這隻是針對純相磷酸鐵鋰材料而言,其在經過晶粒細化、表麵碳包覆、晶胞元素摻雜之後擁有良好的離子和電子遷移速率,適用於快速充電。而磷磷酸鐵鋰高安全性、高熱穩定性及長循環壽命的特點,讓他不失為快充的優質選擇。目前國內專注於磷酸鐵鋰快充技術的企業以寧德時代與沃特瑪為代表。

    寧德時代作為磷酸鐵鋰電池的代表企業,在快充一途上有著自己相當成熟成熟的體係。寧德時代是國內唯一一家可與日韓電池企業對標的民族企業,具備資源國際化、客戶國際化和人才國際化。企業人力資源雄厚,研發團隊超群,從研發設計,到生產,再到測試驗證,投產,有強大的資源支撐,奠定了產品安全、可靠、耐久的三大優勢。

    寧德時代技術部快充專家王升威博士在“2016-2017年度中國客車行業發展高峰論壇”上介紹了其快充技術。對於正極,寧德時代開發了“超電子網”技術,使得磷酸鐵鋰具有優異的電子導電性能,可達三元材料的1000倍,同時磷酸鐵鋰的正極也兼顧了快充電池係統的超高安全性和可靠性。

    在負極石墨表麵,寧德時代采用了“快離子環”技術修飾,修飾後的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性,快充時負極不再出現副產物,所以大大提高鋰離子在石墨層的嵌入速度,使其具備4-5C快充能力,實現10-15分鍾快充充電,並能保證係統級別70wh/kg以上的能量密度,實現10000次的循環壽命。

    另外,寧德時代當前開發的快充產品,搭載自主研發的熱管理係統,充分識別固定化學體係在不同溫度和SOC下的“健康充電區間”,極大拓寬鋰電池的運營溫度。當電池處於北方寒冷的冬天時,水熱係統在低溫下為電芯加熱,待電芯溫度達到要求,即開啟快充模式;遇到南方酷暑的夏天時,電池係統自動發熱報警,水冷係統給電芯降溫,真正做到“全氣候”的快充。

    同樣作為國內磷酸鐵鋰電池的代表企業,深圳市沃特瑪電池有限公司是國內最早成功研發新能源汽車動力電池,並率先實現規模化生產和批量應用的國家高新技術企業。

    沃特瑪電芯研究所所長許輝在采訪中說出了沃特瑪快充上的獨門絕技。在正極上,沃特瑪使用的粒徑更小的磷酸鐵鋰,目前市場上普遍的磷酸鐵鋰粒徑在300~600nm之間,而沃特瑪隻用100~300nm的磷酸鐵鋰,這樣鋰離子將擁有更快的遷移速度,能夠更大倍率的電流進行充放電。

    而在負極端也是采用粒徑更小的人造石墨進行碳包覆:小粒徑有利於鋰離子的脫離和嵌入;碳包覆能對電池的循環壽命進行優化改善,微孔的碳結構有利於電解液的吸附和保液從而起到改善循環壽命的作用。

    安全上,首先磷酸鐵鋰本身就有著較好的熱穩定性,即在熱失控的情況下散發的熱量較之三元材料小很多,隻有1/4左右。然後在電芯結構、成組等方麵設置多重安全防護。沃特瑪電池采用圓柱結構,並在常規安全裝置外設有通氣管裝置和拉斷開啟裝置。通氣管裝置能保證內部氣壓的平衡,不會有電芯內局部氣壓過高導致電池爆炸的風險;而拉斷開啟裝置在電池過充、過流、過熱的情況下,會產氣斷開電路,終止電池內部的電化學反應,當內部氣壓達到一定值會將氣體放出,而不會導致爆炸。

    最後許輝表示,沃特瑪電池針對快充還將在一致性和熱管理上提出更加嚴格的要求,以期達到更好的安全和性能。

 

 

 

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