法兰克福技术沙龙:直击痛点,破解充电焦虑、寿命焦虑

来源:CATL宁德时代新能源 作者:宁德时代 发布时间:2019-09-19 14:11 阅读数:3533

电池成本、安全性能、能量密度、充放电倍率以及循环寿命,都是电动车发展中备受关注的因素。

德国时间9月12日,宁德时代乘用车解决方案部总裁助理王升威博士为现场观众做了主题为《宁德时代电池创新技术》的演讲报告。

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 划重点! 

作为完整的解决方案,动力电池产品需要综合考虑安全性、充电速度、放电功率、能量密度、寿命、成本这六个指标。在产品设计方面,这个六个指标往往相互影响、相互制衡。

基于对电芯的深厚理解,宁德时代通过创新技术,突破了电化学体系固有瓶颈,研发了兼顾安全、高能量密度的超级快充技术和超长寿命技术。

超级快充:充电15分钟,续航400公里

如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就像优秀的运动健将,在摇椅的两端来回奔跑。

充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,以供到达负极的锂离子嵌入。嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

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充电时,锂离子从正极到负极

放电时,锂离子从负极脱出,经过电解液运动到正极,嵌入正极的锂离子越多,说明放电容量越高。

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放电时,锂离子从负极到正极

快充时,锂离子需要加速瞬时嵌入到负极。这对负极的快速接收锂离子的能力挑战很大。普通化学体系的电池在快充时负极会出现副产物,会影响电芯的循环寿命和稳定性。

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超级快充技术

怎么打破石墨作为快充负极材料时面临的瓶颈?如何让锂电子快速从正极释放出来,快速进入负极?

杀手锏是快离子环技术。我们创新性地在石墨表面打造一圈高速通道,使锂离子能快速嵌入石墨的任何位置,大大提高锂离子在石墨负极的嵌入速度,并且,修饰后的石墨兼顾超级快充和高能量密度的特性,快充时不会在负极会出现副产物,影响电芯的循环寿命和稳定性。

此外,我们还开发“超电子网”技术修饰正极材料,结合正负极极片的晶体取向和容量过量系数等设计参数调配,优化电解液、正负极的动力学性能,使化学体系和电池设计参数达到最优匹配。

为了确保快充电芯的安全可靠性,宁德时代开发了专门的技术来识别化学体系在不同温度和SOC状态下的“健康充电区间”, 然后在这个“健康充电区间”范围内进行快充,就可以实现快速充电,又可以不让电池受到快充的损害,做到快充、长循环和安全可靠性兼顾。

采用长寿命技术后

循环寿命提升两倍以上

严格来讲,电池的寿命分为循环寿命、日历寿命。

其中循环寿命指的是电池可以循环充放电的次数。而一次循环指的是一次满充加上一次满放,也就是在理想的温湿度下,以额定的充放电电流进行充放电,计算电池容量衰减到80%时所经历的循环次数。

而日历寿命则指的是电池从生产之日起到寿命终止的这段时间,以年为单位计算,这期间包括搁置、老化、高低温、循环、工况模拟等不同环节。

循环寿命是电池生产企业在研发阶段着重关注的指标,用户对这些数值并不敏感。而日历寿命则更为大众所关注。比如,我手机的电池能用几年?这台电动车的电池能跑几年?这些都是电池日历寿命的体现。

影响电池寿命的因素主要包括使用温度、充放电倍率和充放电使用区间。下面我们具体来讲:

首先,电池的使用环境对其循环寿命有很大影响,其中,温度是十分重要的因素。不同的电池有不同的最佳使用温度,温度过高或过低都会对其寿命产生影响,所以良好的电池热管理系统对确保电池的寿命非常重要。

其次,充放电电流也是电池寿命的影响因素。不同的电池拥有不同的“健康充电区间”。将充电电流保持在“健康充电区间”内就可以最大化实现快速充电,又不让电池受到损害,做到快充和长寿命兼顾。

最后,电量使用区间同样是影响电池寿命的一种因素。电池充电和吃饭是一个道理,所谓“饭吃八分饱”,浅充浅放相对每次都深度充放电来讲,电池寿命会更好。其实手机电池也是一个道理,每次让电池充到80%-90%的电量,电池会处于一个很健康的状态。

为了不同应用场景对电池长寿命的需求,宁德时代专门开发了长寿命技术和产品,具体的创新点:

开发了正极FIC Coating技术,可以极大的提高正极在使用过程中的稳定性,减少正极材料在循环和存储过程中的金属元素溶出和结构劣化

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长寿命技术

开发了“自修复”负极材料,新的负极材料可以自动修复使用过产生的少量SEI膜缺陷,确保SEI膜的完整性和稳定性,从而大幅度提升电芯的寿命

电解液对电芯来讲,就血液对人类一样重要,宁德时代研发的长寿命电解液具有极高的稳定性,并在电极活性表面形成稳定的保护膜,提升电芯的循环和存储性能。

普通的三元电芯的寿命可以满足私家车15万公里的需求,采用宁德时代长寿命技术后,可以提升2倍以上,满足出租车6年60万公里的需求;同时,宁德时代也开发了超长寿命的磷酸铁锂电芯,可以满足大巴15年的使用要求。长寿命电池大大拓宽了动力电池的应用场景,如出租车,专用车,分时租赁,V2G,对于推广大规模储能和提高电动汽车经济性都有非常重要的意义。

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