让充电像加油一样快?来看看孚能科技发布的SPS软包动力电池

进入到“金九银十”的传统汽车销售旺季,即便是有缺芯、疫情等不利因素的影响,都丝毫没能阻止新能源汽车蓬勃向上的发展势头。据中国汽车工业协会统计,今年1-7月,国内新能源汽车销量总计319.4万辆,同比增长1.2倍,市场占有率达到22.1%。

作为新能源汽车零部件中最核心的锂电池,同样产销两旺。今年1~7月,我国动力电池累计产量253.7GWh,累计同比增长175.6%。持续热销的背后,也推动着动力电池技术的不断发展。按照材料体系来划分,目前主流的动力电池分为磷酸铁锂和三元;按照封装形式来划分,分为圆柱、方形、软包电池。近些年,CTP、CTC等电池结构创新也层出不穷。

而电芯性能的优劣又决定着电池系统性能的边界,作为动力电池的解决方案供应商,孚能科技于9月9日正式推出全新动力电池解决方案——SPS(Super Pouch Solution)。此次推出的全新解决方案并非只是系统结构设计创新,而是提出了一整套从电芯到系统,从制造到回收的全新产品。

卧式电芯,让体积利用率高达75%

动力电池的结构类型按照电芯的封装方式主要分为硬包和软包两种,其中硬包主要分为圆柱、方形两种,另外一种封装方式因电芯并没有采用铝合金或钢材构成的外壳,故称软包。

采用圆柱方案的电池散热效果好,生产工艺成熟,生产速度快,是目前主流市场所青睐的技术路线,比如我们熟悉的4680圆柱电池。而方形电池能量强度相较圆柱更高,工艺更成熟,是国内一些电池生产商主要采用的解决方案。

与此同时,软包电池也在不断进化。孚能科技此次推出的大软包设计的SPS,采用了电芯卧式布置,以及无极耳设计的电芯,电池的倍率性能会更高,电芯的损耗会更低,更适合于高倍率的充电。

按照官方数据,采用大软包电芯卧式布置设计的孚能科技SPS,使电池系统部件减少50%,材料成本降低33%,提升体积利用率到75%。与搭载4680圆柱电池的车型相比,孚能科技SPS的体积利用率高出12%,拥有3倍循环寿命,导热效率提升60%。

当然,除了无极耳设计,还有各种极耳的选择方向,包括上下出极耳,也可以侧面出极耳,甚至四面出极耳,可满足纯电动车、插电、混合动力等所有车型。

与此同时,SPS大软包电芯可以做到对材料体系的高度兼容,适用从高镍三元到低镍富锂锰、磷酸锰铁锂、钠离子等不同的材料体系。在此次发布会上,除三元材料外,孚能科技还首次系统性展示了其他材料体系的研发路线。

孚能科技计划在2023年推出钠离子电池、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂等第一代产品,目标到2030年将钠离子电池的能量密度从160Wh/kg提升到220Wh/kg,将磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的能量密度形成从200Wh/kg到240Wh/kg的产品覆盖。

在性能方面,SPS大软包电池系统也是一个无模组的CTP系统,采用了高效液冷板与底盘的一体化设计,可以将半固态大软包电芯直接集成于系统底盘,使系统零部件减少50%,材料成本降低33%,体积利用率增加30%至75%。

这也就意味着,只要采用其最新的SPS设计,容量直升30%。例如搭载三元电池800km的车型,采用SPS设计之后可以做到1000km;而搭载磷酸铁锂500km的车型,续航则可以提升至600~700km。

高效热管理,充电10分钟续航400km

在另一个关乎电池性能的充电方面,孚能科技的SPS系统,具备从2.4C到5C甚至更高的充放电倍率,满足更多需求。其应用半固态电解质,相对更加安全。

鉴于未来快充充电桩300-350kW的功率,孚能科技展示了2.4C、3C和4C三种倍率快充电芯,对应带电量150kWh、100kWh和75kWh,对应续航里程1000km、800km和600km,充电10分钟可分别补能40%、50%和70%,分别实现400km、400km和420km的续航里程。

充电效率问题解决之后,就要照顾到电池的热管理系统了。对于高利用率大容量电池来说,电池的液冷和导热也非常重要。现在常见的电池包大多数都是利用底部水冷板进行散热,但是这样就会出现电池包散热慢且不均匀的现象。

SPS采用的是液冷板和导热片的复合使用方式,为电芯提供了双面液冷、三面导热的设计方案,使得电池系统的散热效率提升4倍,让电池系统循环寿命超过3000次。

同时,液冷板还可以作为结构件起到固定和保护的作用。配以高效排气通道的设计和热交换能力,SPS大软包电池系统配置8系或更高镍含量的电芯,依然能做到单体电芯的热失控不扩散。

在低温性能上,大软包电芯的全极耳和叠片工艺,给电芯带来更低内阻和更好的低温放电表现;液冷板和纳米保温材料的加入,均衡电池系统的内部温度;为了满足极寒条件下的正常充电,SPS应用了全新的低温快速自加热设计。

根据官方实验数据显示,在-20℃的环境中,SPS系统容量始终保持在90%以上,且充电时间缩短一半。当然了,是否真的能达到实验数据中的结果,还需大量装车进行市场验证后才能下定论。

对于车企来说,SPS大软包的生产制造也能为车企减少大量成本。

在制造端,大软包电芯的投产能够大幅降低投资成本和制造流程费用。孚能称SPS的制造将设备投资减少50%,厂房面积减少60%,制造能耗和费用分别减少35%和30%。

值得一提的是,孚能电池还用了近10年时间开发和验证了锂电池的直接回收技术,可保留材料的晶体结构再次利用。孚能科技表示,材料的回收利用率能够达到99%。根据美国第三方实验室数据,掺入25%直接回收的正极材料制成的电芯与全新正极材料制成的电芯在性能表现上无明显差异,这也是孚能科技SPS的优势所在。

大师观察

作为新能源汽车的心脏,动力电池的长寿命、真安全、超快充、高比能是动力电池技术创新方向,也是市场的主流需求。综合来看,在全球新一轮技术创新中,随着孚能科技的SPS技术创新速度的持续加快,软包电池的需求也会逐步上升。加之其强大的研发实力、过硬的技术水准、充裕的产能,在这场轰轰烈烈的产业革命中,孚能科技有望迎来高速增长,让我们拭目以待。

2022-09-20

2022-09-20