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续航里程880km 无钴电池揭开动力电池新篇章

http://www.e23.cn2020-05-22 09:45:42环球网

    摘  要:5月18日新能源领域的后起之秀蜂巢能源举办了题为《无钴,芯未来》的线上发布会,重磅推出了基于蜂巢能源自主开发的无钴材料打造的新一代无钴动力电池。

  特斯拉的无钴电池已经炒作了一段时间了,却是只闻其声,未见其人,就在人们已经对特斯拉的无钴电池失去耐心的同时,5月18日新能源领域的后起之秀蜂巢能源举办了题为《无钴,芯未来》的线上发布会,重磅推出了基于蜂巢能源自主开发的无钴材料打造的新一代无钴动力电池。蜂巢的无钴电池并非传闻的磷酸铁锂电池,而是技术难度更大的无钴高镍材料,蜂巢无钴电池的推出,在新能源领域投下了一枚重磅炸弹,人们惊异于蜂巢能源这家年轻的企业是如何突破无钴材料开发和应用中的重重困难,打造出业界首款高性能无钴电池。

  Co元素对于锂离子电池市场具有举足轻重的影响,自索尼推出首款商业化锂离子电池以来,LCO材料一直牢牢占据着3C消费电子市场,即便是在动力电池领域,三元材料NCM中也含有相当数量的Co元素。而Co元素属在全球的全球储量仅为700万吨左右,钴资源的稀缺性也导致了近年来Co元素的价格暴涨,2017年更是突破了40万元/吨的天际,极大的增加了正极材料的成本。不仅如此,目前全球的Co资源消耗中,有50%左右用在锂离子电池上,新能源领域更是典型的用Co大户,一辆特斯拉电动车中使用的Co就达到了13.68kg,新能源市场的爆发式增长,也导致Co元素的供应存在巨大的风险。

  正是基于上述原因,实现正极材料的无钴化几乎是所有的动力电池和上游原材料企业的愿望,但是Co元素在三元材料中起着抑制Li/Ni混排和充电过程晶体相变的作用,因此简单粗暴的去除掉材料的Co元素会对材料的电性能和循环稳定性产生显著的影响,正极材料无钴化这一难题让无数英雄折腰,而蜂巢能源用自己的实际行动交上了一份令人惊艳的答卷。

  为了解决Li/Ni混排和充电过程相变这两大难题,蜂巢能源投入了海量的研发资源进行无钴化材料开发,通过多种复合技术,显著改善了高镍三元材料的Li/Ni混排和充电相变的问题,成功将无钴三元材料推进到规模化应用阶段。

  蜂巢能源采用了两种化学键能更大的元素,替代钴,掺杂到材料中,通过强化学键稳定氧八面体结构,该技术减少锂镍混排,大幅改善了材料的稳定性,使得材料可以在4.3-4.35V电压下稳定工作,使能量密度提高、成本降低。

  单晶与多晶相比,具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,耐压力强度可以提高10倍。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;同时材料的结构崩塌使锂离子无法移动,造成寿命快速衰减。而单晶却非常稳定,正是这种稳定的晶体结构,为无钴材料带来超长的使用寿命,电芯寿命可以比多晶高镍三元高出70%。

  自然界中三角网络是韧性最高的结构,蜂巢能源在无钴材料的合成过程中采用纳米网络包覆技术,在单晶表面包覆一层纳米氧化物,可以减少正极材料与电解液的副反应。该技术有效的改善高电压下的材料循环性能。

  要想在如今竞争激烈的动力电池市场上立足,单单掌握性能卓越的材料是远远不够的,还需要掌握先进的电芯设计、PACK设计和制造技术。而蜂巢能源恰恰就是这样一个全面发展的动力电池厂商,蜂巢能源具有领先业界的高速叠片工艺,相比于传统的叠片设备效率提升40%以上,凭借着叠片电池更高的空间利用率和更少的极片变形,蜂巢能源的叠片工艺动力电池在能量密度方面可以提升5%,循环寿命提升10%,同时该产线可以实现600mm以上的长电芯的高速生产。

  掌握领先业界的高品质叠片工艺电芯设计和生产能力的蜂巢能源并未就此止步,强大的PACK设计能力是蜂巢能源的另一把杀手锏,传统的电池包设计遵循单体电池-电池模组-电池包的三级结构,这样的结构设计使得结构件等非活性组件的占比较高,因此传统结构的电池包的成组的效率仅为72%,即便是宁德时代引以为傲的CTP技术,电池包的成组效率也仅为75%,过高的非活性组件占比,导致电池包的整体能量密度较低。而蜂巢能源采用矩阵PACK设计,将电池包划分为两个矩阵网格,将长的薄片无钴电池,规则排列在网格内,在电池包内部组成大型矩阵模块,减少模组数量,因此能够有效降低PACK中的非活性组件占比,使得电池包的成组效率达到了惊人的80%。同时这种PACK设计也为热管理系统带来了变革,相对于传统的PACK设计冷却效率提升40%,电池内部的温差更小,有利于提升电池组的一致性和循环寿命。

  一流的材料,一流的电池设计,一流的PACK技术,这样的蜂巢能源已经足以跻身国际一流动力电池供应商的行列,但是如果蜂巢就此止步,就不会是我们今天所认识的蜂巢能源。长期以来,动力电池一直沿用3C消费电子领域的锂离子电池技术和标准,但是动力电池包往往由数百只和数千只单体电池构成,对于单体电池可靠性要求要远远高于3C消费电子产品,而现有的技术标准过低是动力电池可靠性提升的最大障碍。

  而蜂巢能源江苏金坛生产基地的投产为这一切画上了句号,在金坛的生产基地建立了中国首个“车规级AI智能电池工厂”,组装车间全部采用“工业4.0”设计理念,自动化率接近100%,化成车间的自动化率99%,金属多余物检测能力提升150%,还能够识别传统手段检测不到的铜多余物,整个产线的监控因子达到2500个,几乎覆盖了电芯制造的每个过程,为打造高品质动力电池提供了最为可靠的保证。

  有了材料、设计和先进工厂的加持,蜂巢能源率先推出无钴电池也就不难理解,在这次发布会上蜂巢能源共发布了两款基于无钴材料打造的高品质电池,其中第一款产品容量为115Ah,能量密度达到245Wh/kg,匹配590标准模组,能够搭载到目前大部分新的纯电平台上,这款产品的电池包在整车端,能够实现15年120万公里的质保,将在2021年6月份推向市场。

  第二款是L6薄片无钴长电芯,容量226Ah,正在与长城汽车的一款高端车型做适配开发,搭载蜂巢先进的矩阵式PACK设计,可以实现880公里的续航,这款产品预计在2021年下半年推向市场。880公里续航是一个什么样的概念呢?我们首先与市场在售的长续航标杆车型进行对比,特斯拉Model S “长续航”车型续航里程为660公里, Model X “长续航”车型续航里程为575公里,比亚迪最新推出的“汉”续航里程约为600公里,采用蜂巢L6薄片无钴电池的电动驱车续航里程相对于这些竞品车型多出近50%,这对于电动汽车的使用体验是具有颠覆性影响,我们以常见的自驾游路线为例,从北京出发到呼和浩特全程约483km,即便是考虑到高速工况下续航里程打折扣,这样的续航里程也完全可以实现不充电直达,也就是说续航里程达到880km后,电动汽车将不仅仅局限于城市通勤代步工具,也完全能够满足长途自驾的需求,在这样的续航里程下电动汽车能够满足绝大多数消费者的用车需求,同时凭借着更强的加速性能和更低的出行成本,电动汽车的使用体验将彻底超越传统燃油车。

  蜂巢能源开发的无钴电池不仅在成本上降低10%-15%,相比于传统三元材料在循环寿命和热稳定性方面也具有显著的提升,结合蜂巢独特的高速叠片工艺和先进的矩阵式PACK设计,使得无钴电池在续航里程上不仅碾压传统的三元动力电池,即便是对于比亚迪的刀片电池也具有压倒性的优势。高安全、长寿命、880公里长续航,三种优势叠加,蜂巢能源的无钴动力电池将颠覆传统动力电池市场现格局,为消费者带来更多、更好的选择。

网络编辑:鞠月芹 值班主任:高原
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