動力電池標(biāo)準(zhǔn)化還有多遠？大圓柱+半固態(tài)趨勢顯現(xiàn)
“在奧特能電動車平臺上的三大品牌(凱迪拉克、別克、雪佛蘭)二十多款車型里面，我們最終會將電芯尺寸收窄到3個尺寸。”在第五屆新能源汽車及動力電池(CIBF2024重慶)國際交流會——“聚焦固態(tài)、半固態(tài)，電池標(biāo)準(zhǔn)化趨勢的探討”圓桌對話上，泛亞汽車(通用汽車公司與上海汽車集團組建的汽車設(shè)計開發(fā)中心)高級技術(shù)經(jīng)理白陽表示，電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格繁多是主機廠近些年面臨的一大痛點，電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)化至關(guān)重要。
在新能源汽車發(fā)展初期，各家主機廠、電池企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)需求不一，基于對性能和不同應(yīng)用場景的匹配，電池規(guī)格不一，尺寸繁多。
在座談中，白陽認(rèn)為，電芯標(biāo)準(zhǔn)化最后也一定會實現(xiàn)，主要是電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢已經(jīng)非常明顯：
· 首先，電池尺寸實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，電池、設(shè)備企業(yè)產(chǎn)線投資會減少，降低產(chǎn)線開發(fā)、換型資金和時間成本。
· 其次，對于主機廠來說，電池標(biāo)準(zhǔn)化后，整車平臺開發(fā)更方便，可以降低電動車型開發(fā)成本，給終端客戶更好的產(chǎn)品體驗，同時便于車企升級新一代的結(jié)構(gòu)。
· 再者，標(biāo)準(zhǔn)化的電池可以大規(guī)模批量生產(chǎn)，匹配不同車型甚至不同車企，既降低了電池生產(chǎn)成本，也降低了電池廠商的庫存風(fēng)險。
· 最后，從退役電池梯次利用和回收角度來看，標(biāo)準(zhǔn)化的電池更利于退役管理。
白陽認(rèn)為，電池標(biāo)準(zhǔn)化需要電池企業(yè)、主機廠、行業(yè)組織和國家共同去推動，希望整個行業(yè)最后形成小于十種規(guī)格的電池尺寸。
圖為“聚焦固態(tài)、半固態(tài)，電池標(biāo)準(zhǔn)化趨勢的探討”圓桌對話
01
46系列圓柱電池或是標(biāo)準(zhǔn)化最優(yōu)解之一
圓桌對話中，中汽中心首席科學(xué)家王芳也表示，經(jīng)過多年市場和產(chǎn)品驗證，當(dāng)前電芯尺寸逐漸趨于穩(wěn)定，一些典型的尺寸已經(jīng)受到業(yè)界普遍認(rèn)可，未來也會逐漸納入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中。
值得一提的是，國內(nèi)電池企業(yè)正力新能已經(jīng)與跨國車企攜手，推進“電芯標(biāo)準(zhǔn)化，電池包平臺化”。正力新能PHEV標(biāo)準(zhǔn)化電芯及平臺化電池包已經(jīng)配套通用旗下別克全新GL8陸尊PHEV車型。此外，特斯拉、寶馬、大眾等國際主流車企近年來也已經(jīng)在電芯標(biāo)準(zhǔn)化方面開始了行動。其中，特斯拉、寶馬等車企已經(jīng)在圓柱形態(tài)上敲定了46系列圓柱尺寸;大眾汽車在方形電池上推出了自家的標(biāo)準(zhǔn)電芯。
據(jù)電池中國了解，近年來，國內(nèi)電池企業(yè)也在致力于尋求電池標(biāo)準(zhǔn)化“最優(yōu)解”，包括正力新能、億緯鋰能、力神電池、比克電池等，都押注了46系列圓柱電池。
“公司今年4月推出的騏龍圓柱電池包也是基于未來電池標(biāo)準(zhǔn)化的考量。”正力新能首席產(chǎn)品官于哲勛表示，46系列圓柱電池由于其單體能量相對較小、安全性高、對極致化學(xué)體系兼容性好，且易于標(biāo)準(zhǔn)化，便于大規(guī)模生產(chǎn)制造、成組靈活等優(yōu)點，越來越受到中高端乘用車市場的青睞。
46系列圓柱電芯尺寸，直徑采用標(biāo)準(zhǔn)化的46mm，而高度覆蓋80mm-125mm，可以滿足不同車型對能量和電池包空間的需求，具有極強的適應(yīng)性和兼容性。
于哲勛指出，通過標(biāo)準(zhǔn)化的電芯不僅可以滿足不同車型的開發(fā)，還便于整車的性能升級迭代，“通過替換搭載不同化學(xué)體系的電芯，進而實現(xiàn)整包性能上的大幅提升，這也將是未來電池和整車發(fā)展的一個方向。”
據(jù)悉，正力新能將46系列圓柱電池作為公司推出的標(biāo)準(zhǔn)電芯之一，還應(yīng)用了公司自主研發(fā)的同側(cè)出極耳技術(shù)，使得電子傳輸路徑大幅縮短80%，歐姆阻抗下降 30%，充放電倍率更強、體積利用率更高，可以滿足高端乘用車極致動力需求。同時，正力新能將傳統(tǒng)的氟橡膠密封圈設(shè)計升級為刻蝕納米注塑技術(shù)(極能蓋技術(shù))，相較于傳統(tǒng)的頂蓋集成技術(shù)，成本可降低10%;PPS與頂蓋、極柱表面形成納米級的錨栓結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵結(jié)合，氦檢氣密性是傳統(tǒng)密封圈水平的100倍，從而提高了電芯單體空間利用率及全生命周期可靠性。
02
半固態(tài)電池率先導(dǎo)入
電池能量密度進入300Wh/kg+時代
長續(xù)航、快充、高安全和高能量密度是主機廠對動力電池性能從未間斷的追求。相較于液態(tài)鋰電池，半固態(tài)電池電解液含量更少，安全性更高，對激進化學(xué)材料兼容性更強，因而被業(yè)界視為突破液態(tài)電池能量密度天花板的重要路徑。
據(jù)電池中國不完全統(tǒng)計，目前包括正力新能、清陶能源、衛(wèi)藍新能源、孚能科技、力神電池、比克電池等多家電池企業(yè)，公布了其半固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)或量產(chǎn)進展，半固態(tài)電池配套的“風(fēng)口”已經(jīng)開啟。
值得一提的是，正力新能在半固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)上，與電芯標(biāo)準(zhǔn)化相結(jié)合進行正向開發(fā)，率先推出了行業(yè)首款雙重半固態(tài)超長續(xù)航大圓柱電池，電芯能量密度達到306Wh/kg。
在圓桌對話中，于哲勛指出，電池能量密度的提升主要是通過正負(fù)極材料體系的迭代實現(xiàn)，正力新能的46系列雙重半固態(tài)圓柱電池，采用超高鎳正極+高硅負(fù)極的材料體系，實現(xiàn)了遠高于現(xiàn)階段主流電池體系的能量密度。
據(jù)于哲勛介紹，正力新能的雙重半固態(tài)電池技術(shù)，包含超高鎳正極材料的固態(tài)電解質(zhì)表面修飾技術(shù)，以及固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合隔膜技術(shù)。基于該雙重半固態(tài)技術(shù)，一方面，電池的失效起始溫度提升10°C，失效后最高溫度降低150°C，安全性能得到有效提升;另一方面，在功率性能上，零下20°C 低溫功率提升了20%，使得其具有良好的低溫放電性能。
此外，半固態(tài)電池技術(shù)跟現(xiàn)有鋰電池制造工藝有比較高的兼容性，能夠更快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
在半固態(tài)電池能量密度迭代上，于哲勛透露，未來正力新能還會導(dǎo)入克容量大于250mAh/g，甚至300mAh/g以上的新型正極材料，比如層狀富鋰錳等，實現(xiàn)電池能量密度的持續(xù)突破。
電池中國了解到，正力新能將標(biāo)準(zhǔn)化的46系列圓柱電芯與半固態(tài)電池技術(shù)結(jié)合，推出的正力騏龍電池系統(tǒng)，系統(tǒng)能量密度超245Wh/kg，整包電量高達 170kWh，是目前國內(nèi)乘用車最大電量電池系統(tǒng)，支持大型純電MPV車型，滿電續(xù)航1000公里以上。
46系列標(biāo)準(zhǔn)化圓柱電芯，疊加半固態(tài)電池技術(shù)，使得正力騏龍電池集超安全、超高能量密度、及整車100萬公里超長壽命和充電10分鐘續(xù)航500公里的超快充技術(shù)于一體，極大地提升了整車性能和客戶體驗。這是正力新能依托化學(xué)體系差異化、電芯形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化、電池系統(tǒng)平臺化的技術(shù)路線和產(chǎn)品矩陣，深度推進“LISA-321”全場景到多路徑發(fā)展戰(zhàn)略，與頭部客戶開展平臺化項目開發(fā)探索的寶貴實踐經(jīng)驗，相信這一方向在整個行業(yè)會逐漸成為趨勢。
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