十七届高工锂电峰会直击②:快充电池如何“击破”补能焦虑

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超快充愈发成为消费者观念中一项新能源汽车必须具备的能力。

“充电像加油一样快”,十年前,基于超快充技术是新能源汽车补能刚需的认知,动力电池企业巨湾技研得出这一结论。

立足当下,新能源汽车产销周渗透50%渐成常态化,电动化渗透步入攻坚期,超快充愈发成为消费者观念中一项新能源汽车必须具备的能力。

2024年以来,主机厂超快充车型更密集推出、800V架构配套在新能源汽车中的价格门槛更低、快充桩基础建设加速。

在动力电池端,更高性能快充电池新品接踵而至,国内动力电池企业在今年二季度各大展会以及自身的新品发布会上着重强调各自的快充解决方案。整体看来,“4C快充”已成为国内动力电池快充新品标准线。

有消息称,宁德时代比亚迪将在下半年推出6C快充电池,动力电池快充技术正向6C“狂奔”,快充技术角力或将在2024下半年被推向高潮。

7月2日,在第十七届高工锂电产业峰会快充动力电池专场,来自巨湾技研、国轩高科、中兴新材、中科玖源、华视控股、奥创科技、道氏技术的企业高层发表精彩的主题演讲,共议动力电池快充技术何以击破补能焦虑。

巨湾技研总裁裴锋博士发表“超快充电池的多元场景应用及下一代技术展望”主题演讲。

超快充电池在加速新能源汽车全面普及的同时,也将成为主流配置。预计2025年超快充电池渗透率为16%,2030年渗透率将达68%。

巨湾XFC电池技术优势显著,已提前全面达成、超越国内外设定的关键技术经济指标,正支持乘用车、商用车、eVTOL航空器等多元化场景应用。搭载巨湾XFC动力电池的在售车型,最长行驶里程已超过207455.5公里。

巨湾XFC生态网络正加速推进。截止到2023年底,全行业超充站已覆盖全国150+城市,已建超充站数量达3500个,2024年预计超10000个。

巨湾在先进新材料、下一代新型储能器件等前沿科技领域亦实现了系列创新与突破。巨湾正开发集巨介电、铁电、超离子导电(C/F/S)特性于一体的新型复合固态电解质,搭配超高比能正极材料以及金属锂基负极方案。目前已开发10Ah级别的全固态电池验室样品,能量密度达500Wh/kg。

国轩高科工研总院副院长曹勇博士做“LFP快充电池如何打破性能极限”主题演讲。

曹勇博士表示,超快充愈发成为消费者观念中一项新能源汽车必须具备的能力。随着超充桩在未来2-3年的普及、充电的便利性提升,充电的快捷性要求电池必须具备快充能力。

从电池设计的角度,快充性能的提升需要解决五大关键问题,分别是高动力学材料化学体系、高通道电极结构设计、电芯结构极致防护、实时在线安全电位控制、快充体系平台安全防护。

在材料技术中,负极、隔膜、正极是提升电池快充性能的关键;在结构安全上,结构件需采用极简设计,减少焊接、降低阻抗;在仿真方面,国轩通过仿真得出结论,L200是最适合快充的尺寸。

5月,国轩发布G刻电池,这一5C超级快充热管理解决方案,采用常规底部冷却方案,9.8min10~80%SOC常温快充工况下,实测与仿真值偏差范围2℃以内,最高温53℃以下,可满足安全与使用寿命要求。

中科玖源总经理许辉发表了“锂离子电池上聚酰亚胺的应用”的主题演讲。

许辉表示,当前快充技术的普及使得隔膜呈现超薄化、高耐温性的发展趋势,相比之下传统隔膜材料在耐热性、离子传导性、耐电压性方面存在挑战,以传统陶瓷膜为例,在高温下容易使得粘结剂失去粘结力,粘结剂高温软化,同时由于陶瓷层无法实现自支撑导致脱落,从无机陶瓷涂敷复合膜向有机-无机杂化发展也成为方向。

聚酰亚胺材料作为目前工程塑料中耐热性最好的高分子材料之一,其在锂电应用中具备显著优势,可以实现耐高温、高强度、高绝缘、高柔韧等性能,提高粘附力、浸润性,且化学结构稳定。目前,中科玖源已经推出多款聚酰亚胺材料,并正推进正极粘结剂、负极粘结剂、极耳、边涂等领域的聚酰亚胺材料研究与应用。

中兴新材副总经理张辉发表“快充动力电池的低成本隔膜解决方案”主题演讲。

张辉表示,隔膜的孔隙率、厚度、孔的曲折度和孔径及分布都决定着锂离子迁移速率。隔膜中有13%的孔为非通孔会降低电池充放电速率,因此在解决快充性能上,隔膜起着极为重要作用。

随着倍率要求的提高,对隔膜厚度降低、孔隙率增大的需求进一步提高。目前常规快充一般采用40-45%的孔隙率,超快充隔膜的孔隙率>50%,隔膜总厚度基本保持在10-16微米,根据电芯厂电池设计及制程能力不同,选择性的搭配涂层。

中兴新材深圳研究院基于干法隔膜的技术积累,通过基膜原料升级、拉伸成孔工艺提升、改进涂覆配方,为客户提供高压快充用定制化、低成本隔膜解决方案。

目前,公司可提供水系PVDF涂覆膜、聚合物微球涂覆膜、常温粘结隔膜、抗撕裂隔膜、纳米纤维素涂覆膜等多元化快充电池低成本隔膜解决方案。

华视控股研发总监柏杨博士发表了“面密度全检开启全新时代 闭环模头提升电芯一致性”的主题演讲。

柏杨表示,传统的检测采用的是点光斑的检测方式,并存在抽检率低,品控风险大;反馈慢、闭环控制难;料损大,生产成本高等问题。面对传统面密度检测的短板,华视控股推出了大辐射角线焦斑一体式X射线源+狭缝式线约束准直孔+高灵敏、高像素 X射线半导体线阵探测器,进而实现100%覆盖率的面密度线扫全检,100%数据追溯,检测率实现跨数量级提升。

相比于传统检测设备,华视控股新推出的检测设备可以实现削薄区参数检测更精准;在闭环涂布方面,可以采用全检,并且及时反馈数据,能够快速实现更高效的降本增效。在叠片方面,可以实现更好的NP工艺;卷绕极耳方面可以实现实时的切位补正。

在锂电生产工艺中,闭环控制影响生产的成本和质量。华视控股则通过双层闭环控制赋能锂电生产提质增效。一方面,华视控股通过由子公司常州锐奇推出的行业首创的全检面密度测重仪,可以实现更快的数据反馈、计算,实现对极片面密度检测的闭环控制。另外,华视控股将浆料恒温闭环控制加入到闭环控制系统里面,从另一个角度提升了涂布的稳定性和一致性,最终实现电池的质量提升。

奥创科技总经理尹东星带来“高能量密度与快充背景下的动力电池安全防护”主题演讲。

文献显示,800次循环之后,电芯安全鲁棒性会明显变差,快充加速了安全衰减的过程,更需要在安全防护方面增加重视。由此带动防火隔热材料细分市场规模达数百亿元人民币,且保持高速增长。

奥创科技为新能源电池包提供热失控安全防护解决方案,核心思路是安全网格化管理,包括隔热垫、保温云母、喷射隔离、防火罩等电池包多维防护,用原位相变材料实现快充电池表面被动热均衡管理,纳米胶囊灭火材料实现精准消防等。

奥创科技的核心优势在于“打破单一材料局限”,在复合材料设计技术、原材料开发技术、产品加工技术上高度专业,并拥有陶瓷化防火材料、高气固比保温技术、创新三维复合结构等技术创新点。

道氏技术研究院执行院长葛志强发表“快充电池解决方案:关于导电剂的一点思考”主题演讲。

葛志强表示,从锂电工作原理看,锂离子电池正常的充放电过程需要锂离子、电子的共同参与,电极反应也只能够发生在电解液、导电剂、活性材料的接合处,导电剂提供电化学反应场所,因此,作为辅材的导电剂的角色不可忽视,尤其在高倍率充电场景下,导电剂对快速电荷转移和质量传输至关重要。

为辅助提升锂离子电池倍率性能的提升,道氏技术的开发策略包括:高导电率粉体开发;构建多维导电网络;高性能单壁碳纳米管浆料开发。

在高导电率粉体开发上,公司已开发以高纯度少寡壁细管径碳管(FWCNT)为代表的第四代导电剂;通过构建有效的多维(二维/三维)导电网络,设计炭黑包覆活性物质+碳纳米管,提供长程网络的复合导电剂;在高性能单壁碳纳米管浆料开发上,单壁碳纳米管完整覆盖三元正极颗粒表面,展现优异的跨越颗粒间的连接能力,保证了足够的接触面积,降低电芯的DCR,提升快充性能。

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