國(guó)軒高科磷酸鐵鋰電池

國(guó)軒高科：210Wh/kg磷酸鐵鋰電池正式發(fā)布

第一電動(dòng)大牛作者電動(dòng)汽車(chē)觀察家 2021-01-11 10:06

2021年1月8日，國(guó)軒高科第十屆科技大會(huì)暨供應(yīng)商大會(huì)上，國(guó)軒210Wh/kg軟包磷酸鐵鋰電芯正式發(fā)布，這款電芯的容量55Ah、重量830g。

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國(guó)軒高科工程研究總院常務(wù)副院長(zhǎng)徐興無(wú)發(fā)布210Wh/kg磷酸鐵鋰電池

“磷酸鐵鋰電芯能量密度已經(jīng)去年底達(dá)到210Wh/kg，今年的目標(biāo)是230Wh/kg?！?/p>

2021年1月8日，國(guó)軒高科第十屆科技大會(huì)暨供應(yīng)商大會(huì)上，其工程研究總院常務(wù)副院長(zhǎng)徐興無(wú)這樣說(shuō)道。大會(huì)上，國(guó)軒210Wh/kg軟包磷酸鐵鋰電芯正式發(fā)布，這款電芯的容量55Ah、重量830g。

由此，可計(jì)算出，這款電芯的能量密度為212Wh/Kg。

國(guó)軒的另一大關(guān)注焦點(diǎn)，便是與大眾的合作情況。對(duì)此，國(guó)軒高科工程研究總院院長(zhǎng)蔡毅表示，與大眾合作方面，目前正在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。

三條路徑提升電池能量密度

磷酸鐵鋰電池能量密度的提升，歸根結(jié)底是正負(fù)極材料的克容量的提升及關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步。為了達(dá)到這一點(diǎn)，國(guó)軒在三個(gè)方面進(jìn)行行突破。

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國(guó)軒高科磷酸鐵鋰電池能量密度發(fā)展進(jìn)程

首先，提高正極材料的克容量。眾所周知，磷酸鐵鋰正極材料的理論克容量是170mAh/g，而2009年，實(shí)際在全電池中克容量只有不到120mAh/g，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)普遍也在146mAh/g左右?？梢?jiàn)，磷酸鐵鋰正極材料的克容量還有較大的提升空間。為此，國(guó)軒自主研發(fā)了高性能LFP正極材料，克容量可以達(dá)到150mAh/g 。而且，國(guó)軒高科正極材料的壓實(shí)密度達(dá)到了領(lǐng)先的2.4g/cc，比一般水準(zhǔn)高出0.1g/cc左右。

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國(guó)軒LFP材料性能提升路線(xiàn)

一般來(lái)說(shuō)，材料的克容量越高及壓實(shí)密度越大，電池的容量就能做得越高。

其次，國(guó)軒在磷酸鐵鋰化學(xué)體系中首次成功地應(yīng)用了硅負(fù)極材料。硅基負(fù)極材料的理論克容量可達(dá)到4200mAh/g，高出石墨負(fù)極10倍有余。這也是眾多電池企業(yè)研發(fā)硅負(fù)極材料的重要原因。但是硅也有極大的缺點(diǎn)——膨脹率過(guò)高。硅負(fù)極充放電膨脹可達(dá)300%左右，而普通石墨僅為10%左右。

也就是說(shuō)采用硅后，雖然克容量是提升了，但是循環(huán)壽命卻縮短了。因此，現(xiàn)階段負(fù)極很難采用純硅，而是在負(fù)極中參入一定比例的硅。但是，硅和石墨在充電嵌鋰的時(shí)候膨脹狀態(tài)不一致，電芯膨脹收縮的次數(shù)多了，結(jié)構(gòu)塌了，鋰就沒(méi)法進(jìn)出了。為了通俗理解，可以將石墨和硅想象成兩個(gè)顆粒，顆粒剛開(kāi)始可能粘在一起，但是兩者膨脹收縮比例差別較大，多次收縮膨脹后就會(huì)發(fā)生斷裂，從而降低了壽命?？梢?jiàn)，硅負(fù)極的應(yīng)用難度非常高。

不過(guò)，國(guó)軒高科還是采用了一系列技術(shù)手段，使硅負(fù)極克容量和壽命取得了某種平衡，達(dá)到可以應(yīng)用的狀態(tài)。

第三，預(yù)鋰技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用。要理解預(yù)鋰技術(shù)，先要知道為何預(yù)鋰化。一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池首次充電時(shí)，會(huì)造成大量鋰損耗，且是不可逆的。為了保障電池的容量，就需要把損失的鋰補(bǔ)回來(lái)一些，這種技術(shù)就是預(yù)鋰，目的是補(bǔ)償鋰損耗，延長(zhǎng)循環(huán)壽命，從而達(dá)到減緩衰減的作用。

從技術(shù)路徑上來(lái)看，目前主流的補(bǔ)鋰方案可以分為兩大類(lèi)：一是負(fù)極補(bǔ)鋰，主要是金屬鋰粉，金屬鋰箔或鋰的化合物；對(duì)于硅負(fù)極來(lái)說(shuō)，由于首次充放電不可逆損失的鋰太多了，所以尤其需要預(yù)鋰。

預(yù)鋰化技術(shù)開(kāi)發(fā)了很多年，難度非常大。因?yàn)殇嚱饘偈亲罨顫姷慕饘僦?，空氣中的微量水分，都可能引發(fā)鋰金屬的燃燒甚至爆炸，所以，業(yè)內(nèi)對(duì)于預(yù)鋰技術(shù)始終停留在實(shí)驗(yàn)室階段。國(guó)軒高科自主研發(fā)的預(yù)鋰化技術(shù)，突破一些關(guān)鍵技術(shù)障礙，使得該項(xiàng)技術(shù)能夠真正進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用，這是一個(gè)巨大的突破。

應(yīng)用這三大技術(shù)后，國(guó)軒的磷酸鐵鋰電池已超過(guò)了常規(guī)三元523電池的水平，接近三元622的能量密度。

JTM電池：上攻三元、下打鉛酸

除了提升能量密度，國(guó)軒還致力于解決電池行業(yè)另兩大痛點(diǎn)，成本降低難和電芯規(guī)格多及PACK適應(yīng)性差的問(wèn)題。針對(duì)這兩大痛點(diǎn)，國(guó)軒推出了JTM電池。

所謂JTM，就是Jellyroll To Module，即從卷芯到模組。這就是JTM的設(shè)計(jì)思路。

傳統(tǒng)工藝是先做成電芯，再到模組，再到pack。JTM的最大不同，是從卷芯直接到模組，再到電池包的工藝技術(shù)。也就是說(shuō)省去了電芯組裝這一過(guò)程。不要小看這一省略，這大為簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，并獲得了與鉛酸電池相近的成本。

JTM磷酸鐵鋰電池和鉛酸電池相比還有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，尺寸大為縮減，目前國(guó)軒推出的JTM磷酸鐵鋰電池是20Ah/12.8V，同樣電量尺寸只有鉛酸電池的一半（76*91*168）；其次，重量也有所下降，JTM磷酸鐵鋰電池重量只有1.75Kg，而鉛酸電池的重量約7Kg；此外，JTM磷酸鐵鋰電池壽命還很長(zhǎng)，循環(huán)壽命3000周以上，鉛酸電池只有不到600周。當(dāng)然，國(guó)軒的JTM電池也可以做成390、590以及其它尺寸的模組。

因?yàn)榫邆涓叨冗m配性，國(guó)軒高科將JTM電池稱(chēng)為“變形金剛式的柔性模組”。它可以比較容易地設(shè)計(jì)制造成各種尺寸的模組，以適應(yīng)千變?nèi)f化的電池包絡(luò)。

也就是說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)在一條產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)廣泛適應(yīng)的電池產(chǎn)品?？傮w來(lái)說(shuō)，JTM電池可以使電池材料大幅精簡(jiǎn)，極大簡(jiǎn)化制造過(guò)程，電池性能大幅提高，綜合成本顯著降低，電池包絡(luò)適應(yīng)性大大增加。

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