AutoR智驾 2020-05-19 11:18
万众嘱目的无钴电池为什么让魏建军先搞成了?
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两款电池已经通过看国际和欧标的全部安全性测试,结果表明,蜂巢无钴电池的安全性优于目前的高镍三元电池。

进入2020年以来,无钴电池一面扰动资本市场,也同时为产业内各路玩家所瞩目。


特斯拉、宁德时代先后表示即将推出无钴电池。无钴,将极大降低电池成本,推动新能源汽车摆脱补贴困境,强化与燃油车的商业竞争力。


但在特斯拉、宁德时代这一众产业的明星企业之前,今天长城汽车创始人魏建军创建的蜂巢新能源先行一步发布了无钴电池。


今晚,蜂巢新能源正式发布了两款无钴电池。


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,目前正在与长城汽车的一款高端车型做适配性开发。

目前两款电池已经通过国际和欧标的全部安全性测试,结果表明,蜂巢无钴电池的安全性优于目前的高镍三元电池。

作为一款高能量密度、低成本、高安全的新型电池,蜂巢新能源无钴电池做到了三大技术突破:

第一:采用阳离子掺杂稳定氧八面晶体结构。

该技术可以提高材料上限电压,从而实现能量密度比磷酸铁锂提高40%,具体做法是,蜂巢采用了两种化学键能更强大的元素代替钴掺杂到材料中,通过强化学键稳定氧八面体结构,从而减少了锂镍混排,大幅度改善了材料的稳定性,并可以在4.3-4.35V电压下稳定工作使能量密度提高,降低成本。

第二:单晶技术。

采用单晶体技术可以改善电池的安全性和寿命,单晶与多晶相比,具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,耐压力强度比多晶可以提高10倍。

电池在极片制作过程中有一个关键的工序就是经过高强度辊压,为了在有限的空间之内加入更多的活性物质,蜂巢追求更高的压实密度。

从测试图片中可以清晰的看到,多晶材料在辊压的过程中颗粒破碎明显,这样的后果是会直接导致正极与电解液发生反应,产生大量气体最后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使锂离子无法移动造成寿命快速衰减,而单晶却非常的稳定,正是这种稳定的晶体结构带来看超长的使用寿命,电芯寿命可以多晶的高镍三元高出70%。

第三:纳米网络化包裹。

我们知道在自然界中三角网络是韧性最高的结构,蜂巢在无钴材料的合成过程中采用了纳米网络化包覆技术,在单晶表明包覆一层纳米氧化物,可以减少正极材料跟电解液的副反应,该技术有效改善了高压下的材料循环性能。

除此之外,蜂巢还采用了PACK设计和制造技术,也就是叠片工艺电芯,层状结构可以使级片的平整度更好、应力更均匀、膨胀变形更小。

据介绍,蜂巢能源已经掌握了全球最先进的高速叠片制造技术,未来可以实现每秒中装配8片电极的全球最高生产效率,而且可以实现600毫米以上长电芯的高速化生产。

蜂巢采用的矩阵PACK设计将电池包划分为两个矩阵网络,将长的薄片无钴电池规则排列在网格内,在电池内部组成大型矩阵模块,矩阵与矩阵之间相互关联又相互独立,正常工况时能够保证整个矩阵模块的刚度。

值得注意的是,在非常规极端工况下,比如,侧碰撞则能够通过多个电芯分散碰撞力,保证电池整体和整车的安全。

可以说,矩阵式结构更好降低PACK非增值件部件的重量,在保障安全性的前提下能够做到80%的成组效率,一般模组的效率在72%-75%左右。

值得一提是,长薄电芯的设计是两侧出极耳的,这样使它的电芯底部和电芯的顶部都是平的没有极耳,那么两侧都是平整的电芯给热管理带来了变革。

其中,最大的优势是能够改变传统电芯只能靠单一地面冷却的形式,蜂巢的电芯可以通过上下双层冷却,更精准的控制电池的温度,相对传统的PACK可以提高冷却效果40%,低温加热达到60-70摄氏度,温度误差控制在20-35摄氏度之间,温度控制在5摄氏度以内。

当前,新能源汽车自燃事件频发,这其中有很大比例上是由于电芯内部短路造成的。

为了解决电池安全问题,蜂巢在非常关键的一个性能指标热稳定性方面,无钴电池通过了150摄氏度热箱实验。

据悉,电芯在国标GB/T-31485和欧标IEC62660的测试规范是按照130摄氏度进行的,判定标准为不起火、不爆炸。

蜂巢采用了更为严苛的标准测试了无钴电池(150摄氏度)和普通高镍三元电芯(140摄氏度)的热箱测试的评估。

测试结果显示,普通高镍三元电芯140摄氏度高温静置结束后半小时,发生起火现象。无钴电芯150度高温静置结束后半小时,未发生起火现象。

蜂巢能源科技有限公司从2012年切入电芯研究工作,2018年从长城汽车完全剥离成为一家独立的动力电池供应商。

蜂巢能源科技的总部和生产基地位于江苏省常州市,并建立了中国首个“车规级AI智能电池工厂”,工厂内配置了机器视觉对齐度检测,0.6秒高速叠片,工厂化车间生产线体的整线自动化率达到了99%。

目前,两款无钴电芯在中试线已经成功完成500kg级中试,并进入吨级小批量生产阶段,该设计可以使无钴电芯在能量密度方面再提升5%,循环寿命上再提升10%。

钴可能成为未来电动汽车发展的瓶颈,钴在地壳中的含量较低,丰度仅为 0.0025%,全球陆地钴的储量约为710 万吨,区域分布却十分集中,刚果在全球钴储量的占比为 52%,其他国家和地区储量占比则较低。

在全球目前的钴元素消耗中,约50%左右用在锂电池上,包括车用锂电池以及消费类电子用的锂电池。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。

作为动力电池正极材料中的重要元素之一,钴不但可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能。

无钴的电池方案,表达了汽车企业需求端对于摆脱资源约束的迫切性。

上个月,通用透露称,它们的新一代电池中钴用量将减少七成,而特斯拉的超长耐久电池也将在中国进行首发。

据悉,新型电解液和下一代 NMC 532 阴极技术的加入让“百万英里”电池有了至少 4000 次充放电循环能力,同时,电池能将每千瓦/时成本降到 100 美元以下。

可见,无钴电池将是新能源汽车的续命之源,如果大胆假设一下,无钴电池完全可以让新能源汽车续航突破1000公里。

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