快離子環＋超電子網 起底寧德時代快充黑科技

“充電焦慮”和“里程焦慮”是純電動汽車大規模產業化的一大障礙。在日前舉行的2019世界新能源汽車大會上，一項名為“高比能量快充鋰離子電池”的技術獲得了全球新能源汽車創新技術獎。該技術突破了石墨系統不能快速充電的技術瓶頸。在保持高能量密度、高安全性、長壽命優勢的基礎上，可在15分鐘內完成100%充電，保證電動車300公里續航里程。這項技術的秘密是什么？如何才能實現電動汽車的快速充電，讓新能源用戶感受到像手機一樣“充電五分鐘，通話兩小時”的便利？目前行業內快充方式的弊端眾所周知。對于純電動汽車來說，電池系統的充放電性能是決定車輛實際使用效果的重要指標。高能量密度和快速充電能力是動力電池廠商不斷努力發展的技術方向，也是新能源技術的核心領域。

"鋰離子電池也被稱為搖椅電池."當代安培科技有限新能源科技有限公司(以下簡稱當代安培科技有限公司)科研項目總監程曉燕說，搖椅的兩端是電池的兩極，鋰離子在搖椅兩端來回跑。充電時，鋰離子通過電解液從電池正極移動到負極。作為負極的石墨具有層狀結構，鋰離子通過中間層嵌入石墨中。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。衡量電動汽車充電效率的一個關鍵指標是充放電比(C)。充放電速率可以簡單理解為充放電速率。鋰離子電池的充放電速率決定了我們在電池中儲存一定量能量的速度，或者說我們在電池中釋放能量的速度。例如，額定容量為100 A的電池用20 A放電，其放電速率為0.2C，1小時內放電完所用容量，稱為1C放電；放電5小時后稱為0.2C放電。業內普遍認為，電動汽車快充是指充電速率大于1.6C的充電方式，即從0%充電到80%充電不到30分鐘的技術。顧名思義，要縮短充電時間，就要不斷提高充放電率。快速充電技術的核心是通過化學體系和設計優化，加快鋰離子在正負極之間移動的速度。但是，在開發快充技術時，僅僅考慮速度是不夠的。快速充電時，鋰離子需要瞬間嵌入負極。這對負極快速接收鋰離子的能力是一個很大的挑戰。普通化學體系的電池，快速充電時負極會出現鋰等副產物，影響電芯的循環和穩定性。只有能夠承受快速充電和大電流的負極材料才能實現快速充電。程曉燕說，目前，鈦酸鋰和無定形碳被廣泛用作負極活性材料，以實現快速充電。然而，鈦酸鋰和無定形碳在實際應用中都不可避免地存在能量密度嚴重不足和成本高的缺陷。增加導電材料量的傳統設計也會影響電池的能量密度。“近年來，一些制造商開始探索將石墨作為活性材料，但石墨作為快速充電材料面臨的問題是如何快速從陽極釋放鋰電子，然后從陰極快速進入。”程曉燕解釋說，石墨更像一條高速公路。雖然能量密度更高，但是鋰電子只能按順序通過。換句話說，石墨不是適合快速充電技術的天然材料。“但我們已經用技術突破了材料本身的瓶頸，它的殺手锏就是‘快離子環’和‘超級電子網’。”程曉燕嘆了口氣。快離子環和超級電子網絡加速了充電。“我們使用石墨作為負極的主要材料，創新性地利用孔道優化和‘快離子環’技術，在石墨表面打造一圈高速通道，使鋰離子能夠快速嵌入石墨的任何位置，大大提高了鋰離子在石墨負極中的嵌入速度。而且改性石墨具有超快速充電和高能量密度的特點，快速充電時負極不會出現副產物，影響電池的循環和穩定性。”程曉燕說。此外，技術團隊開發了“超級電子網”技術對正極材料進行改性，結合正負極板的晶體取向和容量過剩系數，優化電解液和正負極的動態性能，使化學體系和電池設計參數達到最優匹配。“一般來說，‘快離子環’和‘超電子網’分別作用于負極和正極，建立了大量鋰離子同時涌入負極的快速通道，提高了鋰離子的擴散速率。”程曉燕說。此外，在機械零件設計方面，團隊創造性地簡化了電芯頂蓋的設計，將電極端子設置在頂蓋板的側面并降低了端子厚度，顯著降低了內阻，有效控制了快充的發熱，在保證快充可靠性的同時，提高了5%以上的能量密度。“我們的快充技術具有4C-5C快充能力，10-15分鐘即可實現快充。與鈦酸鋰正極快速充電系統相比，在能量密度和成本上具有明顯優勢。與業內其他同樣使用石墨作為負極的快充技術相比，在保持電池能量密度不變的情況下，可提高充電速度20%-30%，具有更好的循環性和耐候性。”程曉燕說。已成功應用于5000多輛公交車。目前，當代Amperex Techno開發的以快充石墨為主要負極材料的超級鋰鐵快充電池……gy有限公司已在5000多輛電動客車上應用，客車運行狀況良好，得到了車輛制造商和客車用戶的一致好評。該電池還被交通部評為“新能源公交車最佳口碑電池”。除了能量密度，電池還有一個很大的優勢。循環壽命方面，以應用條件惡劣的公交車為例，平均每天充放電兩次左右。粗略來說可以滿足8年的運行要求，電池需要5600次以上的循環。超級鋰鐵電池電芯循環壽命可達10000次，不僅完全滿足電動汽車運行需求，退役后還可用于儲能等梯級利用，創造更多經濟價值。“為了保證快充芯的安全可靠，我們還開發了一種特殊的技術，能夠識別化學系統在不同溫度和SOC狀態下的‘健康充電區間’，然后在這個‘健康充電區間’范圍內快速充電，既能實現快充，又能防止電池被快充損壞，從而實現快充、長周期、安全可靠。”程曉燕說。在耐候性方面，為了滿足北方冬季低溫充電和南方夏季高溫工況的要求，技術團隊專門研發了高效的熱管理系統，保證電池處于合理的溫度范圍。電芯可低溫快速加熱，溫度符合要求時可啟動快充模式；在高溫下，系統會給電池降溫，真正實現“全天候”快充。“我們正在研發高能量密度、長壽命(6000次以上)的2C-2.5C快充鋰離子電池，單次能量密度超過160W/kg，預計2019年底量產。同時，該技術已應用開發到三元系乘用車上，已實現350公里續航，15分鐘內完成充電。”程曉燕表示，該公司還計劃在未來1-2年內推出能量密度高達255瓦時/千克的三元動力電池產品，可在18分鐘內快速充電。“充電焦慮”和“里程焦慮”是純電動汽車大規模產業化的一大障礙。在日前舉行的2019世界新能源汽車大會上，一項名為“高比能量快充鋰離子電池”的技術獲得了全球新能源汽車創新技術獎。該技術突破了石墨系統不能快速充電的技術瓶頸。在保持高能量密度、高安全性、長壽命優勢的基礎上，可在15分鐘內完成100%充電，保證電動車300公里續航里程。這項技術的秘密是什么？如何才能實現電動汽車的快速充電，讓新能源用戶感受到像手機一樣“充電五分鐘，通話兩小時”的便利？目前行業內快充方式的弊端眾所周知。對于純電動汽車來說，電池系統的充放電性能是決定車輛實際使用效果的重要指標。高能量密度和快速充電能力是動力電池廠商不斷努力發展的技術方向，也是新能源技術的核心領域。

"鋰離子電池也被稱為搖椅電池."當代安培科技有限新能源科技有限公司(以下簡稱當代安培科技有限公司)科研項目總監程曉燕說，搖椅的兩端是電池的兩極，鋰離子在搖椅兩端來回跑。充電時，鋰離子通過電解液從電池正極移動到負極。作為負極的石墨具有層狀結構，鋰離子通過中間層嵌入石墨中。嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。衡量電動汽車充電效率的一個關鍵指標是充放電比(C)。充放電速率可以簡單理解為充放電速率。鋰離子電池的充放電速率決定了我們在電池中儲存一定量能量的速度，或者說我們在電池中釋放能量的速度。例如，額定容量為100 A的電池用20 A放電，其放電速率為0.2C，1小時內放電完所用容量，稱為1C放電；放電5小時后稱為0.2C放電。業內普遍認為，電動汽車快充是指充電速率大于1.6C的充電方式，即從0%充電到80%充電不到30分鐘的技術。顧名思義，要縮短充電時間，就要不斷提高充放電率。快速充電技術的核心是通過化學體系和設計優化，加快鋰離子在正負極之間移動的速度。但是，在開發快充技術時，僅僅考慮速度是不夠的。快速充電時，鋰離子需要瞬間嵌入負極。這對負極快速接收鋰離子的能力是一個很大的挑戰。普通化學體系的電池，快速充電時負極會出現鋰等副產物，影響電芯的循環和穩定性。只有能夠承受快速充電和大電流的負極材料才能實現快速充電。程曉燕說，目前，鈦酸鋰和無定形碳被廣泛用作負極活性材料，以實現快速充電。然而，鈦酸鋰和無定形碳在實際應用中都不可避免地存在能量密度嚴重不足和成本高的缺陷。增加導電材料量的傳統設計也會影響電池的能量密度。“近年來，一些制造商開始探索將石墨作為活性材料，但石墨作為快速充電材料面臨的問題是如何快速從陽極釋放鋰電子，然后從陰極快速進入。”程曉燕解釋說，石墨更像一條高速公路。雖然能量密度更高，但是鋰電子只能按順序通過。換句話說，石墨不是適合快速充電技術的天然材料。“但我們已經用技術突破了材料本身的瓶頸，它的殺手锏就是‘快離子環’和‘超級電子網’。”程曉燕嘆了口氣。快離子環和超級電子網絡加速了充電。“我們使用石墨作為負極的主要材料，創新性地利用孔道優化和‘快離子環’技術，在石墨表面打造一圈高速通道，使鋰離子能夠快速嵌入石墨的任何位置，大大提高了鋰離子在石墨負極中的嵌入速度。而且改性石墨具有超快速充電和高能量密度的特點，快速充電時負極不會出現副產物，影響電池的循環和穩定性。”程曉燕說。此外，技術團隊開發了“超級電子網”技術對正極材料進行改性，結合正負極板的晶體取向和容量過剩系數，優化電解液和正負極的動態性能，使化學體系和電池設計參數達到最優匹配。“一般來說，‘快離子環’和‘超電子網’分別作用于負極和正極，建立了大量鋰離子同時涌入負極的快速通道，提高了鋰離子的擴散速率。”程曉燕說。此外，在機械零件設計方面，團隊創造性地簡化了電芯頂蓋的設計，將電極端子設置在頂蓋板的側面并降低了端子厚度，顯著降低了內阻，有效控制了快充的發熱，在保證快充可靠性的同時，提高了5%以上的能量密度。“我們的快充技術具有4C-5C快充能力，10-15分鐘即可實現快充。與鈦酸鋰正極快速充電系統相比，在能量密度和成本上具有明顯優勢。與業內其他同樣使用石墨作為負極的快充技術相比，在保持電池能量密度不變的情況下，可提高充電速度20%-30%，具有更好的循環性和耐候性。”程曉燕說。已成功應用于5000多輛公交車。目前，當代Amperex Techno開發的以快充石墨為主要負極材料的超級鋰鐵快充電池……gy有限公司已在5000多輛電動客車上應用，客車運行狀況良好，得到了車輛制造商和客車用戶的一致好評。該電池還被交通部評為“新能源公交車最佳口碑電池”。除了能量密度，電池還有一個很大的優勢。循環壽命方面，以應用條件惡劣的公交車為例，平均每天充放電兩次左右。粗略來說可以滿足8年的運行要求，電池需要5600次以上的循環。超級鋰鐵電池電芯循環壽命可達10000次，不僅完全滿足電動汽車運行需求，退役后還可用于儲能等梯級利用，創造更多經濟價值。“為了保證快充芯的安全可靠，我們還開發了一種特殊的技術，能夠識別化學系統在不同溫度和SOC狀態下的‘健康充電區間’，然后在這個‘健康充電區間’范圍內快速充電，既能實現快充，又能防止電池被快充損壞，從而實現快充、長周期、安全可靠。”程曉燕說。在耐候性方面，為了滿足北方冬季低溫充電和南方夏季高溫工況的要求，技術團隊專門研發了高效的熱管理系統，保證電池處于合理的溫度范圍。電芯可低溫快速加熱，溫度符合要求時可啟動快充模式；在高溫下，系統會給電池降溫，真正實現“全天候”快充。“我們正在研發高能量密度、長壽命(6000次以上)的2C-2.5C快充鋰離子電池，單次能量密度超過160W/kg，預計2019年底量產。同時，該技術已應用開發到三元系乘用車上，已實現350公里續航，15分鐘內完成充電。”程曉燕表示，該公司還計劃在未來1-2年內推出能量密度高達255瓦時/千克的三元動力電池產品，可在18分鐘內快速充電。

標簽：

汽車資訊熱門資訊