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快充客车发力 解密主流磷酸铁锂电池快充技术
新闻类型: 行业情报 来 源: 高工锂电 点 击: 1755 日 期: 2017-04-19

摘要:有人说磷酸铁锂不适合做快充,原因是其导电性不够好,快充时易发热。但这只是针对纯相磷酸铁锂材料而言,其在经过晶粒细化、表面碳包覆、晶胞元素掺杂之后拥有良好的离子和电子迁移速率,适用于快速充电。而磷磷酸铁锂高安全性、高热稳定性及长循环寿命的特点,让他不失为快充的优质选择。

    快充作为新能源汽车发展最为重要的技术路径,其对于缓解续航里程焦虑、减少充电时间等效果显著,因此也成为不少车企和电池企业的市场选择。

    2016年底发布的新能源汽车补贴调整方案中,将快充类纯电动大巴被作为单独的细分产品,并给予了详细的补贴标准:按照客车电容量可获得3000/Kwh补助,同时根据“3C-5C5C-15C15C+3个档次的快充倍率分别获得0.8倍、1倍、1.4倍补贴。

    在此背景下,包括北汽福田、宇通、厦门金龙等主流车企和宁德时代、沃特玛、盟固利、微宏动力等动力电池企业都开始加大了在快充领域的布局。

    而从技术层面来讲,尽管科学界频频传出某种研究或者新材料可大幅度提升电池能量密度的捷报,但在实际生产应用中,出于成本、技术、工艺和安全的考虑,续航依然是制约新能源汽车发展的一大因素。在电池技术尚未取得革命性突破之前,选择快充来缓解新能源汽车续航里程不足的缺陷,不失为一个另辟蹊径的好办法。

    事实上,快充在动力电池上的应用可谓是早已遍地开花。但究其技术,其实殊途同归,快充技术的核心就是在不影响电芯寿命和安全性的前提下,通过化学体系和设计优化,加速锂离子在正负极移动的速度。

    普通化学体系的电池在快充时负极会出现副产物,影响电芯的循环和稳定性。解决这个拦路虎的一般解决方案是,通过采用特殊设计的负极材料(如硬碳、软碳、碳包覆石墨等)来使负极具有承受快充的能力。而对于只作为锂离子源的正极材料,其实并无要求,理论上只要能提供足够的锂离子都可作为正极。

 

    尽管快充技术大相径庭,但具体应用起来也是八仙过海各显神通。盘点市场上主流的快充电池,笔者按电池材料分为磷酸铁理电池、钛酸锂电池、锰酸锂电池三大类型。

    有人说磷酸铁锂不适合做快充,原因是其导电性不够好,快充时易发热。但这只是针对纯相磷酸铁锂材料而言,其在经过晶粒细化、表面碳包覆、晶胞元素掺杂之后拥有良好的离子和电子迁移速率,适用于快速充电。而磷磷酸铁锂高安全性、高热稳定性及长循环寿命的特点,让他不失为快充的优质选择。目前国内专注于磷酸铁锂快充技术的企业以宁德时代与沃特玛为代表。

    宁德时代作为磷酸铁锂电池的代表企业,在快充一途上有着自己相当成熟成熟的体系。宁德时代是国内唯一一家可与日韩电池企业对标的民族企业,具备资源国际化、客户国际化和人才国际化。企业人力资源雄厚,研发团队超群,从研发设计,到生产,再到测试验证,投产,有强大的资源支撑,奠定了产品安全、可靠、耐久的三大优势。

    宁德时代技术部快充专家王升威博士在“2016-2017年度中国客车行业发展高峰论坛”上介绍了其快充技术。对于正极,宁德时代开发了“超电子网”技术,使得磷酸铁锂具有优异的电子导电性能,可达三元材料的1000倍,同时磷酸铁锂的正极也兼顾了快充电池系统的超高安全性和可靠性。

    在负极石墨表面,宁德时代采用了“快离子环”技术修饰,修饰后的石墨兼顾超级快充和高能量密度的特性,快充时负极不再出现副产物,所以大大提高锂离子在石墨层的嵌入速度,使其具备4-5C快充能力,实现10-15分钟快充充电,并能保证系统级别70wh/kg以上的能量密度,实现10000次的循环寿命。

    另外,宁德时代当前开发的快充产品,搭载自主研发的热管理系统,充分识别固定化学体系在不同温度和SOC下的“健康充电区间”,极大拓宽锂电池的运营温度。当电池处于北方寒冷的冬天时,水热系统在低温下为电芯加热,待电芯温度达到要求,即开启快充模式;遇到南方酷暑的夏天时,电池系统自动发热报警,水冷系统给电芯降温,真正做到“全气候”的快充。

    同样作为国内磷酸铁锂电池的代表企业,深圳市沃特玛电池有限公司是国内最早成功研发新能源汽车动力电池,并率先实现规模化生产和批量应用的国家高新技术企业。

    沃特玛电芯研究所所长许辉在采访中说出了沃特玛快充上的独门绝技。在正极上,沃特玛使用的粒径更小的磷酸铁锂,目前市场上普遍的磷酸铁锂粒径在300~600nm之间,而沃特玛只用100~300nm的磷酸铁锂,这样锂离子将拥有更快的迁移速度,能够更大倍率的电流进行充放电。

    而在负极端也是采用粒径更小的人造石墨进行碳包覆:小粒径有利于锂离子的脱离和嵌入;碳包覆能对电池的循环寿命进行优化改善,微孔的碳结构有利于电解液的吸附和保液从而起到改善循环寿命的作用。

    安全上,首先磷酸铁锂本身就有着较好的热稳定性,即在热失控的情况下散发的热量较之三元材料小很多,只有1/4左右。然后在电芯结构、成组等方面设置多重安全防护。沃特玛电池采用圆柱结构,并在常规安全装置外设有通气管装置和拉断开启装置。通气管装置能保证内部气压的平衡,不会有电芯内局部气压过高导致电池爆炸的风险;而拉断开启装置在电池过充、过流、过热的情况下,会产气断开电路,终止电池内部的电化学反应,当内部气压达到一定值会将气体放出,而不会导致爆炸。

    最后许辉表示,沃特玛电池针对快充还将在一致性和热管理上提出更加严格的要求,以期达到更好的安全和性能。

 

 

 

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