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铁锂电池续航也能破800!披着“龙鳞甲”的电池还藏了多少惊喜

正在冲击科创板的蜂巢能源带来了一款新品,一整套针对当前新能源汽车动力电池应用痛点的解决方案。

“龙鳞甲电池即日起接受全球预定,将陆续搭载到 2023 年量产车型,包括2023 年 10 月份量产的一款SUV和2023 年 10 月量产的一款轿跑。” 12月15日,在蜂巢能源以“乘蜂·驭未来”为主题的第三届电池日上,蜂巢能源董事长兼CEO杨红新代表蜂巢能源发布了全新一代的高安全动力电池系统化解决方案——龙鳞甲电池。据介绍,这款电池应用热电分离、空间功能集成设计等全新技术实现了单体安全和系统安全的全面提升,同时还兼具长续航优势,其磷酸铁锂版本可使电动汽车的续航突破800公里,刷新了磷酸铁锂电池续航的新纪录。
不仅是电池新品,蜂巢能源还发布了名为“飞叠”的超高速叠片技术3.0,高锰铁镍电池和纳米网硅负极,还宣布公司在储能领域的布局,开启了“动力电池+储能电池”双轮驱动战略。

“龙鳞甲”如何开创动力电池安全的新高度

近一两年,磷酸铁锂电池因为成本优势,替代了三元电池,已经成为市场主流。但是,磷酸铁锂电池也有痛点:一方面,尽管本征安全突出,但是成组为电池包之后,安全性问题并没有完全解决;另一方面能量密度不够高,电动汽车续航仍然不足。

在安全性方面,蜂巢能源的总体解决思路是,从电池系统热失控的本源出发,通过多项大胆创新的设计优化电池安全性能。具体解决方案包括以下几个方面:

另外,原本电芯和电池包底部之间一般留有空间,以防止底部碰撞时损伤电池。底出防爆阀设计将两部分空间合并可提升体积利用率,提升续航里程。

如何统筹兼顾动力电池的高安全与高续航,一直是新能源汽车产业面临重大难题。龙鳞甲电池也提交了自己的答案。

首先,龙鳞甲采用创新的短刀电芯底出防爆阀设计。电池包系统性风险往往来自于单个电芯的热失控,而常规电池包中电芯的防爆阀设计在顶部,因此防爆阀上方要留出泄压通道,将高温高压的喷发物引导到侧面或底部排出,过程中极易蔓延到相邻电芯导致连锁反应。龙鳞甲应用的短刀电芯防爆阀创新设计在底部,一旦发生某个电芯热失控可快速实现定向泄压,喷发物可按指定方向、通过很短的通道迅速排出,不蔓延至周边电芯。

其次,在电池包层级,龙鳞甲采取先进的“热-电分离”设计。常规电芯防爆阀和极耳在同一侧,热失控泄压区与高低压线路处于同一区域。一旦一个电芯热失控,喷发物极易伤及其他电芯,引发二次危害。热电分离设计则让热失控泄压区与电源传送区各自独立,大幅降低热失控时内部高压拉弧、打火的失效概率,显著提升安全性。

再次,龙鳞甲采用双面冷却设计,让电芯大面积和冷却板接触,让冷却板迅速带走电芯的热量,换热能力较一般水平提升70%。既可提升非充电场景下电池包的安全,也可显著提升电动车快充场景的安全性。

此外,在电池包结构层级,蜂巢能源还采用了高强钢+弹性支架的设计,为热失控建立安全稳定的泄压通道,提供有力的承载和防护缓冲,避免碰撞带来的电池包故障。

总体而言,龙鳞甲电池做到了单电芯失控不扩散至相邻电芯,整包不起火,远超国标要求的5分钟不起火。实现了从单体安全到系统安全的全面提升,为新能源汽车的电池系统安全提供了更优的高安全解决方案。

据了解,在电池安全方面,蜂巢能源一直在努力,此前也已经做出了诸多创举:通过超高速叠片工艺技术提升电池单体的良品率;通过短刀电芯加强电芯级安全;还通过蜂云平台的实时监控来做故障预警等等。

此次蜂巢能源将新一代方案取名“龙鳞甲电池”,一方面取其坚固无比之意,另一方面也是集大成之意。“龙鳞甲”是传说中龙族收集了每一条龙身上最硬的一片龙鳞,集合打造的无坚不摧的鳞甲。在龙鳞甲电池方案中,能看到短刀电池、超高速叠片工艺技术等蜂巢能源自成立以来就坚持推进的自主研发成果的集合。

在保障高安全性的同时,如何不牺牲甚至是提升动力电池的续航能力?

据悉,在能量密度方面,蜂巢能源遵循从材料、电芯到电池结构的系统性思维,通过优化电芯和系统两大技术,电芯层面采用了更高能量密度磷酸铁锂电芯;系统层面,则是通过系统结构件功能集成、空间功能集成设计。通过技术优化,采用磷酸铁锂电芯的龙鳞甲电池系统体积成组效率大幅提升至76%,续航超过800公里,采用高锰铁镍电芯超过900公里,采用三元电芯则超过1000公里,可帮助整车企业在有限的空间内,进一步拓展续驶里程的上限。

集成率直追特斯拉4680+CTC技术!龙鳞甲电池还充电快、成本低

在成本方面,龙鳞甲电池的优势也很明显,通过减少20%的结构件,为电池包减重10-20公斤。这些结构件的减少和减重,既能直接降低物料成本,又能提升生产效率,还能提升整车续航里程。

这一系统也可扩展CTC(电芯直接成组到车身)。传统电池包和CTC的主要区别在于,传统电池包自有一套结构件,比如上盖,和车身的地板同时存在,功能类似。而CTC的电池包,将其一部分结构件和车身共用,减少了材料和重量。

龙鳞甲电池的系统上盖、水冷板,可以和车身乘员舱地板融合,合三为一。这一举措将显著提升电动汽车的集成效率,降低成本,提升装配效率。龙鳞甲电池的这一特点,直追特斯拉的4680+CTC技术,有异曲同工之处。

在高安全和长续航之外,龙鳞甲电池还有多重优势性能。在充电效率上,该系统热管理能力突出,且较好解决了快充时导致电池温升的行业难题,从而使电池快充性能突出,匹配三元电池时能够支持4C快充。

龙鳞甲电池还具有极强的兼容性,可兼容各种化学体系,可搭载在A00-C级系列车型。极致的兼容性为整车企业缩短了新车型的研发周期;电池包的通用性也为整车企业而进一步降低了采购成本。

在活动现场,杨红新表示,龙鳞甲电池即日起接受全球预定。他还透露,龙鳞甲电池将陆续搭载到 2023 年量产车型,包括2023 年 10 月份量产的一款SUV和2023 年 10 月量产的一款轿跑。 

飞叠、高锰铁镍和纳米网硅负极,蜂巢能源变身电池技术“百宝箱”

在第三届电池日上,蜂巢能源还发布了多项重磅技术突破和企业动态。在电池生产工艺上,蜂巢能源拥有“飞叠”技术。据介绍,这一技术是企业一开始就主打的叠片工艺技术继续进化,发展至今已成为超高速叠片技术3.0,蜂巢能源将其称为“飞叠”技术。

官方资料显示,蜂巢能源第一代叠片技术的效率是0.6秒/片,第二代0.45/片。而第三代“飞叠”技术效率已经在努力赶超卷绕工艺,达到0.125秒/片的效率。

相较于蜂巢能源上一代叠片机,第三代“飞叠”技术的叠片机占地面积减少达 45%,效率提升 200%以上。第三代“飞叠”技术还集成了极片放卷、裁切、热压功能、叠片 CCD 在线监测、HI-POT在线监测,实现单片不良全检。在一致性方面,采用创新压刀结构,叠片对齐精度提升。

在产品方面,蜂巢能源还发布了高锰铁镍技术。

高锰铁镍电池是蜂巢能源针对磷酸铁锂电池能量密度存在天花板而提出的新产品方案。由于不含钴,高锰铁镍电池成本可控;同时其能量密度又比磷酸铁锂更高。与磷酸铁锂电池包相比,蜂巢能源的高锰铁镍电池包续航能够提升100公里,低温性能提升2倍;与同体积密度的三元电池包相比,整包成本要降低9.5%。蜂巢能源预计高锰铁镍电池包重量能量密度为 220WH/kg,体积能量密度为 503 Wh/L,量产时间预计2024 年。 

在电池材料方面,蜂巢能源发布了纳米网硅负极相关技。据了解,这是蜂巢能源为高能量密度电池提出的负极技术方案,企业为此自主开发了筑网束硅技术、硅碳融合技术、双层包覆技术,循环寿命较进口同类产品提升10%。 这一负极材料的特点是,高容量、高首效、低膨胀、低产气、长寿命,支持4C 快充。蜂巢能源预计,纳米网硅负极搭配高镍正极,将率先在大圆柱电芯上实现应用,实现能量密度≥300Wh/kg。2025年,蜂巢能源搭配纳米网硅负极的高能量密度电芯产能将达到 5GWh。

蜂巢能源还首次在品牌发布会上官宣了储能业务规划,并将已经初步成型的生态链命名为蜂窝生态。

“十年前,电池企业靠产品技术取胜;五年前,靠差异化定位取胜;但进入TWh时代,靠技术+制造取胜。蜂巢能源当前在科技创新、智能制造领域的充分投入,为的是在长期竞争中保持优势。”杨红新在电池日上如是表示。

据了解,蜂巢能源自成立以来,推出了一系列创新IP:“叠片电池”“无钴电池”“短刀电池”“蜂云平台”“车规级工厂”……打造了动力电池创新引领者的形象。这源于蜂巢能源对未来电池行业竞争格局的判断。

蜂巢能源申请科创板IPO的招股书显示,2019年-2021年蜂巢能源研发费用占营业收入比例为20.71%,累计研发投入金额近15亿元,远超科创属性评价标准中对近三年研发投入累计金额及占营收比例的要求。

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