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孚能大软包电池:比4680和麒麟电池还牛?

2022年09月15日 11:06:01
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来源:电驹

9月9日,孚能科技在北京举行了“2022孚能科技战略及新品发布会”。在会上,孚能科技推出了全新动力电池解决方案——SPS(Super Pouch Solution),提出一整套从电芯到系统,从制造到回收的创新解决方案,在续航里程、充电效率、成本控制等方面均有提升。

孚能科技的SPS大软包电池是什么样的?据孚能科技董事长王瑀介绍,它有如下几个特征:

首先,SPS大软包电池采用了叠片工艺。相比卷绕工艺,电芯性能要更出色。

他介绍,软包材料铝塑膜非常轻薄,可以有效提高电池的重量能量密度和体积能量密度,比如,同等容量的铝塑膜包装的电池,体积能量密度相比方壳和圆柱要高15-20%。

其次,无极耳设计。SPS大软包电池电芯的无极耳设计,让电池的倍率性能更高,电芯的损耗更低,更适合于高倍率的充电。

“当然除了无极耳设计,孚能科技也提供各种极耳的选择,上下出极耳、侧面出极耳。如果想要倍率更高,也可以四面都出极耳”。王瑀称,“一款电池,由于极耳的不同,能够满足纯电动车、插电、混合动力等所有的车型”。

大软包电芯的优势

此次发布会围绕着SPS超级软包方案展开,从电芯到系统,我们先来看看大软包电芯都有哪些优势。

1.简化电池系统结构

孚能科技推出的全极耳、多极耳大软包动力电芯,不再使用多电芯串联的设计,进而简化了电池系统结构。

2.提升电芯安全性

大软包电芯应用半固态电解质,降低液态电解液的用量,提升电芯的本征安全。

“通过半固态逐渐减少电解液,最后可能剩15%,那个电池烧都烧不着。或者点着也就一点点气体,放完就完,不会造成危害性。”王瑀指出。

3.兼容多种材料体系

得益于对材料体系的高度兼容,大软包电芯能用于高镍三元到低镍富锂锰、磷酸锰铁锂、钠离子等材料体系,匹配不同需求。

除了基于三元材料的超级软包之外,孚能科技在发布会上还首次系统性展示了其他材料体系的研发路线:

2023年,推出钠离子电池、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂第一代产品;

2024年,推出250Wh/kg的低镍富锰体系产品;

2030年,将钠离子电池能量密度从160Wh/kg提升到220Wh/kg,磷酸铁锂和磷酸锰铁锂的能量密度形成从200Wh/kg到240Wh/kg的产品覆盖;

2030年,将低镍富锰体系产品进一步提高至290Wh/kg;

2030年,推出400-500Wh/kg的固态电池。

4.适配性强,一款电芯可适配多种乘用车

为了适应不同车型的需求,孚能科技的SPS系统能够做到同款底盘、一款电芯搭配全系乘用车型。

“过去是三种底盘,现在一种底盘也可以做”。王瑀这样说,“过去用不同高度的电池来做,三条生产线生产不同的电池来进行适配。现在不用了,我们SPS一款电池就能满足,一条生产线生产所有的电池”。

具体来看,就是在保持电池系统底盘尺寸不变的情况下,SPS可以通过调节卧式布置的大软包电芯厚度,让SPS的底盘高度能够在85mm到145mm之间灵活调节,只需要对液冷板高度进行调整,就可以搭载80kWh到150kWh的电量,满足从性能轿跑到城市皮卡的电动化需求。

大软包电池组的技术优势

不仅仅是电芯的创新,这套解决方案在续航里程、充电效率等方面的提升,还依靠于整体的电池系统。孚能科技在SPS的电池系统上也是下了大功夫,来看看它都做到了哪些。

1.体积利用率高

在大软包电芯成功研制的基础上,SPS大软包电池系统得以采用高效液冷板与底盘的一体化设计,半固态大软包电芯直接集成于系统底盘,使系统零部件减少50%,材料成本降低33%,体积利用率增加30%至75%。

在发布会现场 ,王瑀还cue了特斯拉的4680电池,SPS的体积利用率比4680高出了12%。再来看比较热门的麒麟电池,72%的体积利用率。这一局,是SPS软包电池赢了。

2.散热技术先进

在体积利用率再创新高的同时,孚能科技采用了立式液冷板设计。高效液冷板和导热片的复合使用给大软包电芯提供了“双面液冷,三面传热”的高效热交换,电池系统的散热效率提升4倍。

“如果需要的话,电池最大可以进行4面冷却,正负极,左右。”王瑀认为,温度高一点没问题,但是不均匀伤害最大。

3.提升安全和使用寿命

“精准全面的控温,让电池系统循环寿命超过3000次。”王瑀表示,“在SPS中,我们做到了真正的NO TP(热失控不扩散),一个电池热失控不会波及周边所有的电池。”

那它是如何做到的呢。

多种材料对大软包电芯形成6面防护,SPS电池对电池上下、左右、侧面都进行了防护,做到六面防护。同时液冷板又有专门的排气通道,一个电池在热失控的情况下,高热高压气体会自动排出,对周边上下左右电池都不产生影响。

4.低温充电性能高

“在北京的冬天,经常会出现充不进电,也跑不出来(里程)的情况。”王瑀称,为了解决冬季用车难题,在低温性能上,大软包电芯的全极耳和叠片工艺,给电芯带来更低内阻和更好的低温放电表现;液冷板和纳米保温材料的加入,均衡电池系统的内部温度;为了满足极寒条件下的正常充电,SPS应用了全新的低温快速自加热设计。

王瑀称,实验数据显示,在零下20摄氏度的环境中,SPS系统容量始终保持在90%以上,且充电时间缩短一半。

5.快速充电

“我们觉得10分钟400公里就能帮助客户真正解决续航和充电的焦虑问题。那么一般的人基本上开400公里下来,总得下来休息一下,喝杯咖啡对吧?那么10分钟如果满足这样的充电,基本就满足了要求,这样的话也是一个比较合理的需求。”在王瑀看来,“充电10分钟,续航400公里”就能够满足各类用户的出行和补能需求。

王瑀表示孚能科技根据中国大功率充电桩布局规划,设计了不同的方案。2.4C、3C和4C三种充电倍率快充电芯,对应带电量150kWh、100kWh和75kWh,对应续航里程1000km、800km和600km,充电10分钟补能40%、50%和70%,分别实现400km、400km和420km的续航里程。

“我国快速充电桩的大部分布局都是在300~350kW,如果用4C 150度电的车来做充电要求,需要600千瓦的充电桩才满足。(这样的设计是)基于满足客户的需求,同时又能适配大部分的充电桩,又能够使我们的电池设计达到最优解。大家都知道,如果150kWh加4C那是很贵的,所以这是一个最好的选择。”在王瑀看来,这代车的上市能够帮助客户打消充电续航里程的焦虑,非常有可能使电动汽车真正成为每家的第一辆车。

生产制造和回收优势

除了电芯和电池系统,整套电池体系的制造、回收也是必不可少的。技术的先进降低了生产的成本,而高效的回收利用率也是在一定程度上节省了成本,孚能科技通过这套SPS软包电池方案做到了“降本增效”。

1.降低生产成本

“之前有整车厂说电池太贵,是贵,但我们的材料成本中分几个部分。其实在现有的情况下,我们已经降了很多成本了,但孚能的科学家并不满足,我们为我们SPS设计了更加先进的制造工艺和设备”。王瑀说。

在制造端,大软包电芯的投产,将大幅降低产能投资成本和制造流程费用,设备投资减少50%,厂房面积减少60%,制造能耗和费用分别降低35%和30%,极大改善了大软包电芯的投资产出比。

2.回收利用率高

与此同时,孚能科技历时10余年对锂电池的直接回收技术进行了开发和验证。直接回收技术的成熟在减少能耗和降低成本的基础上,也将会进一步提升材料利用率。

这个回收技术是通过保留正极材料的晶体结构并再次利用,从而进一步降低成本和能耗,并将材料利用率提升至99%以上。

据了解,从美国第三方实验室数据来看,掺入25%直接回收的正极材料制成的电芯与全新正极材料制成的电芯,在性能表现上无明显差异。

“这个直接回收的方法是基于一个非常简单的道理。这些所有循环的电池,1000循环,1500循环,这些循环下来后材料结构都还是完好的,所以才使我们有可能找到一条路径使它再生。如果这个材料已经崩塌不能再使用,再去寻找类似现在化学法或者是其他的方法,我们对基础再进行回收,那个时候的回收成本就更低了。”在王瑀看来,回收的方法对于未来新能源车的发展是非常重要的。

总结

前面我们提到会上王瑀cue了特斯拉的4680电池,在某些指标方面,SPS确实要优于4680。比如孚能科技SPS的体积利用率比4680高出12%,电池循环寿命是它的3倍,导热效率提升60%等等。

而且王瑀还透露了SPS电池的电芯能量密度达到了330Wh/kg,虽然电池组能量密度与体积能量密度并没有公开,不过作为对比,特斯拉4680的电芯能量密度为300Wh/kg。

根据王瑀的介绍,此次发布的SPS电池很可能会受到车企的争相抢用。在王瑀看来,软包路线更符合动力电池发展趋势,能做到无缝升级,按照他的推测,未来全固态电池一定是软包+叠片的形态。

在发布会的最后,王瑀还向我们介绍了孚能科技未来四年在产能方面的规划。到2025年,孚能科技要建立接近150GWh的的产能。

王瑀表示,计划在中国布置130GWh的产能,作为大本营的赣州,计划建设今年年底46GWh产能,包括原先的4GWh,与吉利合作的12GWh今年年底投产,另外,新启动的30GWh。

江苏镇江有24GWh产能,已经全部建成投产。安徽芜湖规划建设24GWh的产能。另外,孚能还计划在西南地区建设36GWh的产能。

另外,孚能科技计划在欧洲建设16GWh产能。目前孚能科技已确定在欧洲的德国和土耳其建厂,其中土耳其工厂已经在安装设备,不久将进行投产。

王瑀表示,这只是目前的计划,或许会随着情况进行改变,取决于条件是否具备。

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