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孚能330Wh/kg新电池有多厉害?

日前,孚能科技公告了一款新电池——能量密度达到330Wh/kg。 孚能方面表示,其采用先进硅负极材料以及单壁碳纳米管导电剂和新型粘结剂配方进行设计的电化学体系,有效克服了硅膨胀的问题,达到超过1500次循环的能力。 

此外,该电芯在零下 20℃温度下仍能提供 90%的容量。 孚能正申请权威检测机构按国家标准对其进行测试,预计测试周期约为3个月。测试后,即可销售使用。 这款电芯在目前业内水平如何?采用的又是什么技术?

1 电芯业内水平如何?

330Wh/kg或是企业已研发出最高能量密度电芯。 前几年就已经号称能量密度达到300Wh/kg的松下电池,为特斯拉Model3装载的电池单体,实际的能量密度在256Wh/kg。 《电动汽车观察家》根据2020年整车出厂合格证数据测算,还没有发现能量密度达到300Wh/kg的电芯装车。 根据测算数据,单体能量密度最高的是宁德时代的软包电池,达到279.56Wh/kg。

 从整体数据来看,软包电池单体平均能量密度整体水平在200Wh/kg左右,主流能量密度在240-260Wh/kg。 2020年孚能装机的电池单体能量密度在207-242Wh/kg之间,对应的系统能量密在140-170Wh/kg,对应车型的续驶里程在400-500公里。 

以圆柱电池为例,特斯拉装载的LG圆柱电池单体能量密度在256-257Wh/kg,对应的系统能量密度在145-161Wh/kg,对应车型的续驶里程在445-668公里。 2020年合格证显示,方形电池已装机的能量密度最高大概在250Wh/kg,系统能量密度在180Wh/kg,对应车型的续驶里程在500公里左右。 

如果孚能研发的能量密度为330Wh/kg电池,成组效率能够在70%,电池系统能量密度有望达到230Wh/kg。 目前,中国已知的系统能量密度最高的是国轩高科,搭载在北京牌BJ7000USD8-BEV纯电动轿车上,其电池系统能量密度超过200Wh/kg,不过其续航里程仅为470km。

如果孚能这款电池能在今年量产装车,那可能在电芯和系统层级都创出密度记录。

 2 碳纳米管:螺旋状石墨烯

孚能新研发出的电池能量密度显然要高出目前装机水平一大截,其采用什么技术做到的? 根据孚能的公告,其采用了硅负极材料。 硅具有目前已知负极材料中最高的理论容量4200mAh/g,远超石墨负极的372mAh/g。 但是硅的特点是膨胀率高,造成锂离子电池结构不稳定,循环应该衰减才是。那么是什么稳定住了这个结构呢? 谜底或许在单壁碳纳米管导电剂上。  

为此,《电动汽车观察家》查阅相关资料,希望能够了解单壁碳纳米管到底是何方神圣。 查阅相关论文显示,单壁碳纳米管与石墨烯关系密切。 单壁碳纳米管就是由单层石墨烯卷曲而成的,多壁碳纳米管则是由两层及以上石墨烯组成。

图中左侧为单壁碳纳米管,右侧为多壁碳纳米管

从本质上看,碳纳米管和石墨烯都属于石墨类材料,只不过碳原子的排列组合不同。

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,也分为单层石墨烯和石墨烯微片(多层结构)。

也就是说,形成螺旋状的是碳纳米管和片状的是石墨烯,所以它们都具备石墨的一些相同特性,比如导电性。

目前来看,低功率密度是锂离子电池的最大缺点,在高倍率充放电时,在电极内界面处的低离子迁移速率和低导电率、热导率,会导致锂离子电池电极的高度极化。 极化带来的是电池在充电时,消耗更多电能;放电时,电能消耗变成一部分热能,不仅不经济而且不利于快充。 碳纳米管的电子导电性和离子导电性都比较好,这更有利于提升电池的循环性,从而弥补因加入硅而带来的循环损失。 具体来看,由于其特殊的管状石墨结构和独特的弹道电子传导效应,碳纳米管在室温下的电导率可高达1000000s/cm,应用于锂电池是可增大锂离子的快速嵌入脱出的自由传递速度。简言之,就是对锂电池的大功率充放电十分有利。 对于电池体系,孚能给出的回复是高镍三元体系。 据业内专家分析,这款电芯很可能还是8系,软包电池是有可能达到这一能量密度的。

3 仍处尚需检测阶段

孚能公告显示,截至目前,公司内部对该电池进行了国标安全相关测试摸底,如过充,过放,短路,热厢实验等,均能通过测试。 截至目前,孚能正申请通过中国汽车工程研究院股份有限公司检测中心的新国标 GB38031-2020 测试,预计测试周期约为3个月。测试后,即可销售使用。 据孚能方面介绍,之所以会产生这一产品,是源于美国公司2017年承接的一个合作项目,该项目的交付日期为2020年底,孚能科技在合作项目的项目指标其实只有一条,就是330wh/kg。 电池在国内公司内部和美国官方指定实验室,两地均有测试,数据基本一致,于去年12月完成美方验收顺利结题。 该电池能量密度较行业主流电池产品能量密度提升25%以上,帮助整车预计可达到1000公里续航。循环性能测试可以达到1500次以上的循环寿命。 

在孚能看来,高能量密度加上高循环寿命,新电池可使电动车循环寿命周期内行驶里程达到百万公里。 值得注意的是,孚能电池采用的单壁碳纳米管成本并不低,孚能方面表示,未来规模化量产以后,成本不会有明显增长。 在中国软包电池目前规模较小的情况下,成本短时间难以降低,价格敏感的中低端车型大概率不会率先使用,新电池很可能从高端车型应用开始。 不过可以肯定的是,该电池量产后,有助于孚能科技提升在行业的地位,能吸引部分客户关注和使用,从而提高其在国内及国际市场竞争力和市场占有率。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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