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龙鳞甲电池续航也能破千,平替宁德麒麟电池的新选择??

龙鳞甲电池续航也能破千,平替宁德麒麟电池的新选择??

发表于 2023-04-26 汽车产业观察网 责任编辑:刘慧

汽车市场转向新能源赛道之后,电池,成了核心技术之一。

我们把电池对于电动车的重要性,可以看做是发动机对于燃油车的重要性;而现在的市场格局,有能力的企业逐步的开始了自研电池,能力有限的,选择从供应商那里购买电池。电池供应商巨头,不用多说,宁德时代在国内乃至全球的电池市场,都占有很大的市场份额。

车企们,比亚迪、长城汽车、埃安等,也都在推进自己的自研电池节奏。在上海车展上长城汽车拿出来新自研的龙鳞甲电池,也是车展上为数不多的电池技术产品,最大续航直接顶到1000km级别的水平,可以直接对标宁德时代的麒麟电池了。

从续航角度出发,龙鳞甲电池可以跻身一流电池行列了。那么,长城汽车的自研电池有什么技术亮点?除了续航够高之外,还有什么值得关注?

1000km说来就来,很难么?

关于龙鳞甲电池,早在去年就已经公布了大致的方案,今年才算是真正意义上的亮相。龙鳞甲电池可兼容铁锂、三元、无钴等全化学体系方案,用磷酸铁锂电芯的龙鳞甲电池系统体积成组效率为76%,续航超800公里;采用高锰铁镍电芯的续航里程可达900公里;采用三元电芯的龙鳞甲电池续航则超过1000公里。

在宁德时代麒麟电池之后,又一个1000km续航的电池技术。

说实话,龙鳞甲电池能达到1000km续航的还是用三元电芯的那套方案,电池性能更好。而在电池仓内,是采用了叠片工艺的技术,解决了空间利用率的问题。现在电芯的内部方案,主流的只有两种,一是卷绕工艺、二是叠片工艺来填充电芯。

先说卷绕工艺,就是把正极、负极、隔膜等这些原材料一层一层按照顺序缠绕起来,之后在挤压成型,形状上可以是圆形、椭圆形和方形(可以理解成卷筒纸这个概念),换到电池方案上特斯拉4680就是这种绕组工艺的产物,宁德时代的方壳电芯也用的是这种工艺。

另一种叠片工艺,把正负极极片按一定尺寸裁剪,再把正极极片、隔膜和负极片交替叠在一起。之前这种工艺一直在软包电池上用的比较多,最近几年,这个工艺开始在方壳电池上开始受欢迎了。比亚迪的刀片电池就是这个工艺的代表作,这次的龙鳞甲电池也同样是这个电芯工艺。

之所以这次的龙鳞甲电池,能在续航里程上达到一个高水平发挥,和这个叠片工艺密不可分。先说叠片的好处,首先是在同体积的电芯为前提,叠片工艺的能量密度可以更高,例如在电芯拐角处是有弧度的,而那种绕组工艺是无法填满拐角处的,相反,叠片工艺是可以把电芯的空间最大化利用的。相同体积下,使用叠片工艺的能量密度会高于绕组工艺5%左右,无论是使用磷酸铁锂、三元锂哪种材料,只要体积一直,前者的能量密度就理论上可以做到高于后者。

另外,叠片工艺的循环寿命会更好,会比绕组工艺的使用寿命高10%左右。其实,叠片的本质是许多个极片并联在一起,距离小、内阻小,电池的发热量也就更小(这点和特斯拉的全极耳设计有些类似,主要目的是减少电流);还有在长期循环使用上,叠片不容易膨胀、变形,结构上来看也更稳定。

综上,龙鳞甲电池从最根本的电芯工艺上做出了改变,但不禁想问,叠片既然这么好,为什么早几年没见长城汽车拿出这种1000km续航级别的产品?

说一下难点吧,叠片虽然好,但它的生产工艺要求极为苛刻。首先它得把正极、负极和隔膜逐个裁剪,并且还得交替叠在一起。在这个过程中,需要经历数次裁剪,所以导致它的良品率大打折扣,从而提高了它的制造成本。

利用叠片的制造工业,提高电池的续航里程,难点不在于方案和思路,而是在于这个工艺在生产端上有着较为苛刻的要求,目前看来长城汽车在这方面应该解决的还不错。

电芯靠很近,安全性如何?

龙鳞甲电池的续航里程,是靠电芯内部的空间利用率提升获取的。但过多的电芯堆叠,而且距离又非常近,不得不让人担心安全问题。龙鳞甲电池的思路是,通过优化防爆阀泄压、热防护、冷却抑制等技术的设计来解决这个问题。

首先,龙鳞甲电池在电芯的防爆阀位置,给了新的思路。

业内比较普遍的方式,是把电芯防爆阀放在电池壳顶部,从设计角度讲是得从开发的时候预留泄压通道,把电池热失控喷发物引导到侧面来排出。这个过程,具有一定的风险,尤其是考量内部电芯的距离近、数量多的前提下,更容易让高温喷发物蔓延、引燃相邻的电芯。

所以,龙鳞甲电池的做法是,把短刀电芯的防爆阀设计在底部。这样一来,电气连接区域就能设计在电池包侧边。举例,其中一个电芯发生热失控的时候,可以更快速的实现定向的泄压,喷发物就可以按指定方向、通过通道迅速排出,不会蔓延到其他电芯。

其次,蜂巢能源加大了电芯防爆阀的面积和数量,就会使得泄压速度更快,高温喷发物快速流动,热积累减少,从传导的角度减少了连锁反应。与此相对的是,传统电芯顶端泄压阀的设计,会导致泄压速度较慢,从而导致热量聚集的时间长和集中,容易诱发热蔓延。

这类设计,其实不算新颖。

在龙鳞甲之前,也有其他品牌这么做过。例如上汽集团的魔方电池,把电芯躺着放,泄压阀也设计在侧面;然后,特斯拉的CTC方案中,把4680电芯的防爆阀设计在了底部,这点龙鳞甲与其保持一致。

其实功效都是一样的,就是怕热失控把周围电池带着一起点燃,需要快速的泄压。而龙鳞甲电池的电芯防爆阀的面积和数量,都得到了一定的增加,这样的举动也是为了让泄压的速度更快,从而能减少热积累,传导角度分析也是一定程度避免了连锁反应。

与此相对的是,传统电芯顶端泄压阀的设计,会导致泄压速度较慢,从而导致热量聚集的时间长和集中,容易诱发热蔓延。

而且,龙鳞甲电池的热管理效率也非常高,因为它上下两面纯平、极柱在两侧,这种设计容易进行热管理,而且冷却效果会更好。

最后,留下一个问题,龙鳞甲这个电池宣称是能从A00覆盖到D级车,还支持300mm-600mm各尺寸电芯,还能结合CTC\CTB等结构设计。那,在不同种类的电池结构和车型面前,它的热管理能力,在更狭小的电池仓内和一体化电池包设计中也能发挥同样出色吗?毕竟更小的电池包,仓内对于热失控管理的要求会更高。我们可以等着这块电池量产装车之后,再来看这个问题。