首页/文章/ 详情

浅谈磷酸铁锂电池技术演变

1月前浏览595

随着消费者对于电动汽车的安全、续航、充电速度和成本的要求逐渐提高,各大主机厂对于磷酸铁锂电池的使用越来越广泛。从10万的A0级代步工具,到20万出头的性能轿跑,都能看到磷酸铁锂电池的身影。

截至2024年6月,磷酸铁锂电池在国内的装机量已经突破了30GWh,几乎是三元电池的3倍。如果我们回溯数据,可以发现磷酸铁锂的强势增长大约开始于2022年6月。

那么究竟是什么因素导致了这样的局面?今天就和大家简单梳理一下磷酸铁锂电池技术演变的过程。

01. 能量密度

1.1 Cell to Pack

磷酸铁锂电池因其正极材料固有的热稳定性,在安全方面有天然优势,适合搭配 Cell to Pack 结构设计,获得更高的体积利用率,从而增加单次充电的续航里程。例如下图左侧特斯拉磷酸铁锂电池采购了宁德时代的电芯为了三元电池包结构设计兼容,仍然保留了4个纵向组的设计右侧比亚迪电池包取消了模组结构,利用电芯自身的机械强度优势,在提高电池包体积量密度同时,不降低安全性

目前国内市场除了比亚迪的 Cell to Pack 方案,比较知名的还有极氪的金砖电池

1.2 正负极材料

磷酸铁锂电池能量密度的提升除了电池包结构创新,还少不了电芯本身的材料创新。

1)正极颗粒纳米化

磷酸铁锂材料本身的导电性存在一定短板,通常采用表面包覆或体相掺杂的手段进行改性,除了这些外部方法,还有一个直接缩短锂离子传输路径的方法,就是材料颗粒纳米化。

如上图所示,宁德时代在去年发布神行电池发布会上曾展示磷酸铁锂纳米颗粒的改性效果,右侧是笔者搜索到的相关专利,通过COF骨架和碳纳米管避免纳米颗粒在搅拌工序团聚,从而更好地发挥克容量。

磷酸铁锂颗粒纳米化也有助于极片压实密度的提高,如下图所示,小尺寸颗粒可将大尺寸颗粒间的空隙填充,从而降低冷压断带的几率,提升压密。

2)低膨胀负极材料

在今年4月的北京车展上,宁德时代推出了神行电池Plus,负极材料方面采用了改性后的低膨胀石墨,兼顾了长续航和快充速度。

根据宁德时代2022年的专利,所谓的“3D阳极材料”可能是由碳气凝胶和石墨制成的。碳气凝胶为石墨颗粒填充提供了三维框架,可以吸收和减弱锂离子进出石墨颗粒时的内应力,从而降低阳极膨胀,提高阳极压实密度。

02. 充电速度

2.1 液冷充电桩

除了电池自身的创新,磷酸铁锂电池快充速度提升也离不开充电设备的进化,目前最常用的就是液冷充电桩。

以极氪007 75度磷酸铁锂车型为例,从20%SOC到80%SOC在14分钟内,峰值功率约为280kW。

除了极氪的V2极充桩,华为也于今年推出了“华为超充”,并联合宁德时代神行电池为用户打造“1秒1公里”的充电体验。

快充驱动充电模块高功率、液冷方向新趋势。提高充电桩 输出功率即要提高充电模块的功率,可通过增加充电模块数量或提升单个充电模块功率实现,而随着充电功率的不断提高,增加充电模块数量在体积上不再可行,提升单个充电模块功率势在必行。目前我国市场主流充电模块已经从 2016年前的第一代 7.5kW发展到目前普遍的第二代 15/20kW 2020年开始普及的第三代 30/40kW模块目前正在逐渐成为市场主流。随着充电模块功率的提升,传统风冷已无法满足其散热需求, 液冷成为高功率充电模块散热的新方案 。

03. 低温表现

3.1 脉冲自加热

为了改善磷酸铁锂本征的低温功率衰减快的问题,长安和比亚迪都推出了配备脉冲自加热功能的车型。

根据欧阳明高课题组的文献和比亚迪的专利,电池自热技术是利用电池充放电,依靠电池自身的内阻进行发热。

  • 使电池加热升温快、效率高、成本低。

  • 电池分为两个模块,分别连接到逆变器上。

  • 在电池模块之间传输的电力是由静态电机驱动的。


3.2 高导电率电解液

有了纳米级正极颗粒和低膨胀负极石墨的加持,提高低温下锂离子的传输速度还需要高电导率的电解液参与。

去年9月,极氪曾申请一种电解液快速充电及低温性能改进的专利,通过添加LiFSI和羧酸酯提高电解液的电导率。去年12月,极氪推出“金砖电池”,-10℃充电速度提高25%,3秒内放电速度达到16C。

以上是笔者整理的部分磷酸铁锂动力电池技术的资料,希望对感兴趣的小伙伴有所帮助。

小明来电⚡为你充电,我们下期再见,拜拜~

来源:小明来电
汽车电力电机材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-18
最近编辑:1月前
小明来电
硕士 新能源干货,尽在小明来电~
获赞 4粉丝 4文章 103课程 0
点赞
收藏
作者推荐

全球电池资讯汇总:2024年第三季度

7月1日,Ampere通过LFP技术和电芯到pack解决方案为雷诺集团引领了突破性的电池战略。Ampere与供应商LG和宁德时代携手合作,在欧洲大陆建立了一个综合电池供应链,以确保在欧洲生产的汽车的LFP技术具有最佳竞争力。这两家合作伙伴将为安培提供LFP电池,这些电池将装备雷诺和阿尔卑斯品牌的几款车型,并将满足该技术的电池需求,直到2030年。7月4日,宁德时代正式发布其首个商用车电池品牌宁德时代天行,同步发布宁德时代天行轻型商用车(L)-超充版(以下简称“宁德时代天行L超充版”)和宁德时代天行轻型商用车(L)-长续航版(宁德时代天行L长续航版)两款产品。宁德时代国内商用车事业部CTO高焕表示,这两款电池可实现4C超充和500km实况续航。7月23日,海辰储能成功部署了保加利亚迄今最大的电池储能系统项目,其规模为55MWh。该项目现已投入运营,通过光伏和储能融合提供稳定的清洁能源供应,助力当地能源绿色转型。据介绍,该项目位于保加利亚西南部Razlog地区的光伏发电场,是目前保加利亚最大的电池储能系统项目,也是东欧首个如此大规模的储能系统之一。7月23日,大众汽车集团旗下电池公司PowerCo与QuantumScape(纽约证券交易所代码:QS)今天宣布,双方已达成一项突破性协议,将QuantumScape的下一代固态锂金属电池技术产业化。在取得令人满意的技术进步并支付一定的特许权使用费后,QuantumScape将授予PowerCo基于QuantumScape技术平台大规模生产电池的许可。7月27日,特斯拉计划开始批量生产其期待已久、备受期待的4680电池的完整版本,该电池最初于2020年9月在电池日期间发布。据报道,4680电池的完整版本将使用特斯拉的干电极工艺生产。8月1日,比亚迪和Uber达成长期战略合作伙伴关系,将在全球多个市场的 Uber 平台上引入 10 万辆比亚迪电动汽车,该合作将从欧洲和拉丁美洲开始,并逐步拓展至中东、澳大利亚和新西兰等地区。8月5日,浙江华友循环科技有限公司与现代汽车集团旗下现代格罗唯视在华友衢州产业园正式签署谅解备忘录。具体来看,双方将在废旧动力电池专用物流系统建设,储能系统研发、制造及全球市场拓展,动力电池预处理及关键材料再生利用等方面开展深度战略合作,携手开启动力锂电池全生命周期开放合作新篇章。8月6日,尽管特朗普在2022年称马斯克是“扯淡艺术家”,但他表示,马斯克的新支持让他“别无选择”,只能突然改变对电动汽车的立场。“我支持电动汽车。我必须这样,因为,你知道,埃隆非常强烈地支持我,”这位前总统周日在格鲁吉亚的一次集 会上说。“所以,我别无选择。”8月14日,亿纬推出公司最新研发的大圆柱电池产品——Omnicell全能电池。Omnicell全能电池的设计目标是在快充方面实现5至10分钟的充电时间,以此达到与燃油车相媲美的补能速度。在低温环境下,电池性能的优化至关重要,尤其是在全球70%的发达城市位于寒区的情况下。耐用性方面,Omnicell全能电池通过采用6.6倍于国家标准的强度来保护电池底部,能承受高达1000J的碰撞能量,显著提高了电池的耐用性。此外,电池的残值率也得到了重视,三元材料的使用使得电池在市场上的残值率持续上升,目前已达到25%,比磷酸铁锂电池的产值高出10%。Omnicell全能电池还具备6C的充电能力,5分钟内可提供300公里的续航能力。8月28日,意大利工业部长表示,他预计斯泰兰提斯(Stellantis)将在“数小时内”做出坚定承诺,为其在意大利建立电池生产厂的计划开启新的篇章,否则政府将把公共资金转移到其他地方。9月1日,在2024年世界动力电池大会上,宁德时代首席技术官高焕透露了关于换电站建设的战略规划。他表示,宁德时代的目标是在全球范围内布局达到10000万座换电站,以进一步推动新能源汽车的普及和发展。9月5日, 在新一代MG5发布会的媒体沟通会上,上汽乘用车常务副总经理俞经民透露,上汽研发的固态电池将率先应用于MG品牌车型,预计新车将在明年第二季度问世。9月25日,上汽通用汽车今日官宣,与宁德时代联合推出行业首个 6C 超快充磷酸铁锂电池。该电池将于明年起在新升级的奥特能准 900V 高压电池架构投入使用。 来源:小明来电

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈