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它能解決新能源汽車續(xù)航里程和安全性的問題嗎?

鉅大LARGE  |  點擊量:1200次  |  2019年12月20日  

2014年的一天,寧德時代的電芯工藝研發(fā)部門突然抽調(diào)走了幾名骨感工程師,他們隨即被組建成一支秘密小組。很快,這支秘密小分隊接到總部安排的一個機密任務(wù):研發(fā)軟包電池。


這讓所有人都始料未及,因為這群人才用了整整兩年的時間,嘔心瀝血地把BMW提供的德文版的800多頁動力電池生產(chǎn)工藝資料啃下來,前幾批合格的方形電池產(chǎn)品也剛剛完成對華晨寶馬的第一款電動車之諾的配套。當前僅有的這條生產(chǎn)線的工藝流程還沒徹底地磨合出來,怎么就突然要上軟包了呢?


全球方形動力電池的龍頭老大,就此拉開了量產(chǎn)軟包電池的大幕。這是一個明確的信號,也是一個格局改變的開啟。或許就如同前面所說的,洗牌已經(jīng)開始。


鋰離子電池,經(jīng)過或卷繞或疊加這兩種不同的結(jié)構(gòu)工藝完成內(nèi)部組織的生產(chǎn)之后,在外殼封裝的材質(zhì)和形狀上走了三條不同道路:圓柱、方形和軟包。雖然本質(zhì)上三種路線的電化學(xué)原理都一樣,材料組成也基本相同,但就是這不同的封裝形式和形狀特征,決定了三種電池和背后生產(chǎn)廠商迥然的命運。


1997年12月,日本愛知縣的豐田工廠里,一輛內(nèi)部代號為NHW10的第一代普銳斯緩緩駛下生產(chǎn)線,如同歌里唱的那樣,全球汽車產(chǎn)業(yè)走進新時代。


雖然是弱混合動力車型,但動力電池還是必需的。第一代普銳斯裝載的正是1996年豐田和松下合資(松下和豐田分別持股60%和40%)成立的PEVE(松下電動汽車能源公司,PanasonicEVEnergyCo)生產(chǎn)的圓柱形鎳氫電池。這一代普銳斯在全球暢銷12.3萬輛,成為混合動力汽車乃至新能源汽車的代名詞。與之相對的,動力電池的世界,是圓柱的天下。


2010年6月,PEVE更名為PrimearthEV能源公司(PrimearthEVEnergyCo.),名字縮寫還是PEVE。原因是豐田成了這家合資公司的控股大股東(所持股份上升到80.5%)。2013年,第二代普銳斯上市前夕,其電池包里的圓柱電池被換成了方形鎳氫電池。豐田這么做的目的是為了優(yōu)化電池包的內(nèi)部空間,從而在很大程度上提升了系統(tǒng)能量密度。


2010年,在美國加州試駕了一圈Roadster之后,豐田章男就做了向特斯拉投資5000萬美元的決定。替特斯拉解決了燃眉之急的同時,豐田提出的條件是要馬斯克替第二代RAV4EV開發(fā)鋰電池系統(tǒng)。


豐田這么做都是被逼的。


底特律巨頭通用在2006年就早于豐田推出了純電動汽車EV1,卻在市場上被RAV4EV打敗。所以通用干脆將持有鎳氫電池專利的子公司Ovonics賣給了美國一家石油巨頭雪佛龍,后者隨即起訴了豐田、松下和PEVE的侵犯專利訴訟。雖然最后達成和解,但結(jié)果是豐田不能在純電動車上使用鎳氫電池。


因為商用車(特別是客車)對動力電池包的容量要求很大,動輒數(shù)百Ah,圓柱電池顯然滿足不了這么大的容量,對于新能源汽車發(fā)展初期,在電池管理和模組技術(shù)上經(jīng)驗不足的中國車企來說,大規(guī)模使用圓柱電池顯然是一項巨大的技術(shù)難關(guān)。同理,軟包電池在內(nèi)部脹氣和外部穿刺的時候最容易漏液,對電池模組和電池包在安全方面的考量也最重,對于當時的中國車企來說也屬于利用難度最大的。


所以方形動力電池,就成為那個年代中國車企的首選。


軟包電池先天具有的高能量密度和安全性,正好契合了未來市場對續(xù)航里程和汽車安全性這兩項硬性需求不斷提升的期待。


動力電池企業(yè)承壓日久,在當前現(xiàn)有的材料體系和技術(shù)條件沒有質(zhì)的突破之前,只能從不同的封裝技術(shù)路線方面尋找突破口。


雖然2020年實現(xiàn)單體300Wh/kg和系統(tǒng)250Wh/kg不是國家規(guī)定的硬性指標,但卻是市場對動力電池廠商的真實企盼,更何況率先達到這一標準的,無疑就會搶占市場先機。而截至到現(xiàn)在的情況來看,在現(xiàn)有的材料體系之下,無論是圓柱還是方形達到單體300Wh/kg都是不可能的。而采用軟包形式封裝的三元電池是最有希望率先達到的。


這也就可以解釋,為什么寧德時代、天津力神和國軒高科這三家承擔(dān)國家新型鋰離子動力電池項目的企業(yè),都不約而同地選擇了軟包技術(shù)路線,來實現(xiàn)300Wh/kg的單體比能量的目標了。


自2010年推出以來,遍布全球的34萬輛日產(chǎn)Leaf共計行駛了超過70億公里,至今并未出現(xiàn)一起動力電池方面的嚴重事故,這可以從很大程度上驗證軟包電池的安全性。


而與另外兩種形式的電池相比,軟包電池曾經(jīng)具有的一致性較差、成組效率較低以及導(dǎo)入高鎳正極材料時容易脹氣的問題,也隨著生產(chǎn)工藝的提升、生產(chǎn)效率的提高以及技術(shù)水平的不斷進步,相較于過去有了極大的改善,這也是為什么越來越多的電池企業(yè)開始生產(chǎn),以及越來越多的車企開始導(dǎo)入軟包電池的原因。


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