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国轩高科:210Wh/kg磷酸铁锂电池正式发布

2021-01-11 浏览次数:2,398 次 第一电动网

2021年1月8日,国轩高科第十届科技大会暨供应商大会上,国轩210Wh/kg软包磷酸铁锂电芯正式发布,这款电芯的容量55Ah、重量830g。

国轩高科工程研究总院常务副院长徐兴无发布210Wh/kg磷酸铁锂电池

“磷酸铁锂电芯能量密度已经去年底达到210Wh/kg,今年的目标是230Wh/kg。”

2021年1月8日,国轩高科第十届科技大会暨供应商大会上,其工程研究总院常务副院长徐兴无这样说道。大会上,国轩210Wh/kg软包磷酸铁锂电芯正式发布,这款电芯的容量55Ah、重量830g。

由此,可计算出,这款电芯的能量密度为212Wh/Kg。

国轩的另一大关注焦点,便是与大众的合作情况。对此,国轩高科工程研究总院院长蔡毅表示,与大众合作方面,目前正在紧锣密鼓地进行中。

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三条路径提升电池能量密度

磷酸铁锂电池能量密度的提升,归根结底是正负极材料的克容量的提升及关键技术的进步。为了达到这一点,国轩在三个方面进行行突破。

国轩高科磷酸铁锂电池能量密度发展进程

首先,提高正极材料的克容量。众所周知,磷酸铁锂正极材料的理论克容量是170mAh/g,而2009年,实际在全电池中克容量只有不到120mAh/g,现在行业内普遍也在146mAh/g左右。可见,磷酸铁锂正极材料的克容量还有较大的提升空间。为此,国轩自主研发了高性能LFP正极材料,克容量可以达到150mAh/g 。而且,国轩高科正极材料的压实密度达到了领先的2.4g/cc,比一般水准高出0.1g/cc左右。

国轩LFP材料性能提升路线

一般来说,材料的克容量越高及压实密度越大,电池的容量就能做得越高。

其次,国轩在磷酸铁锂化学体系中首次成功地应用了硅负极材料。硅基负极材料的理论克容量可达到4200mAh/g,高出石墨负极10倍有余。这也是众多电池企业研发硅负极材料的重要原因。但是硅也有极大的缺点——膨胀率过高。硅负极充放电膨胀可达300%左右,而普通石墨仅为10%左右。

也就是说采用硅后,虽然克容量是提升了,但是循环寿命却缩短了。因此,现阶段负极很难采用纯硅,而是在负极中参入一定比例的硅。但是,硅和石墨在充电嵌锂的时候膨胀状态不一致,电芯膨胀收缩的次数多了,结构塌了,锂就没法进出了。为了通俗理解,可以将石墨和硅想象成两个颗粒,颗粒刚开始可能粘在一起,但是两者膨胀收缩比例差别较大,多次收缩膨胀后就会发生断裂,从而降低了寿命。可见,硅负极的应用难度非常高。

不过,国轩高科还是采用了一系列技术手段,使硅负极克容量和寿命取得了某种平衡,达到可以应用的状态。

第三,预锂技术大规模应用。要理解预锂技术,先要知道为何预锂化。一般来说,锂离子电池首次充电时,会造成大量锂损耗,且是不可逆的。为了保障电池的容量,就需要把损失的锂补回来一些,这种技术就是预锂,目的是补偿锂损耗,延长循环寿命,从而达到减缓衰减的作用。

从技术路径上来看,目前主流的补锂方案可以分为两大类:一是负极补锂,主要是金属锂粉,金属锂箔或锂的化合物;对于硅负极来说,由于首次充放电不可逆损失的锂太多了,所以尤其需要预锂。

预锂化技术开发了很多年,难度非常大。因为锂金属是最活泼的金属之一,空气中的微量水分,都可能引发锂金属的燃烧甚至爆炸,所以,业内对于预锂技术始终停留在实验室阶段。国轩高科自主研发的预锂化技术,突破一些关键技术障碍,使得该项技术能够真正进行大规模的生产应用,这是一个巨大的突破。

应用这三大技术后,国轩的磷酸铁锂电池已超过了常规三元523电池的水平,接近三元622的能量密度。

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JTM电池:上攻三元、下打铅酸

除了提升能量密度,国轩还致力于解决电池行业另两大痛点,成本降低难和电芯规格多及PACK适应性差的问题。针对这两大痛点,国轩推出了JTM电池。

所谓JTM,就是Jellyroll To Module,即从卷芯到模组。这就是JTM的设计思路。

传统工艺是先做成电芯,再到模组,再到pack。JTM的最大不同,是从卷芯直接到模组,再到电池包的工艺技术。也就是说省去了电芯组装这一过程。不要小看这一省略,这大为简化了制造过程,并获得了与铅酸电池相近的成本。

JTM磷酸铁锂电池和铅酸电池相比还有很多优点。首先,尺寸大为缩减,目前国轩推出的JTM磷酸铁锂电池是20Ah/12.8V,同样电量尺寸只有铅酸电池的一半(76*91*168);其次,重量也有所下降,JTM磷酸铁锂电池重量只有1.75Kg,而铅酸电池的重量约7Kg;此外,JTM磷酸铁锂电池寿命还很长,循环寿命3000周以上,铅酸电池只有不到600周。当然,国轩的JTM电池也可以做成390、590以及其它尺寸的模组。

因为具备高度适配性,国轩高科将JTM电池称为“变形金刚式的柔性模组”。它可以比较容易地设计制造成各种尺寸的模组,以适应千变万化的电池包络。

也就是说,可以实现在一条产线上生产广泛适应的电池产品。总体来说,JTM电池可以使电池材料大幅精简,极大简化制造过程,电池性能大幅提高,综合成本显著降低,电池包络适应性大大增加。

JTM优势

徐兴无看来,磷酸铁锂电池还有可挖掘的潜力:“只要在正确的道路继续走下去,持续探索,磷酸铁锂电池的能量密度仍将被不断突破。”

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大众国轩联合项目新进展

大会期间,国轩高科工程研究总院院长蔡毅做了年度工作报告,通报了大众汽车和国轩高科的最新合作进展。

报告显示,大众国轩联合项目组团队总人数目前超过70人,其中大众派驻的专家涵盖模组设计、制造工艺、质量、测试等职能。

报告还透露,双方合作开发的MEB项目兼顾三元和铁锂两种化学体系的标准MEB模组设计,目标是预计2023年实现量产供货。(完)

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