在當(dāng)下,因為使用南韓三星SDI提供的三元鋰電池,沒有進(jìn)入中國核準(zhǔn)電池供應(yīng)商名單而停產(chǎn)江淮iEV6S電動汽車,或?qū)⒊蔀榻o眾多使用沒有進(jìn)"目錄"的南韓系三元鋰電池的國產(chǎn)電動汽車正式警告。從2014年-2015年,因南韓系三元鋰電池大規(guī)模低價進(jìn)入,而促進(jìn)了中國新能源汽車的發(fā)展。但是,在“目錄”出臺之后,幾乎可以確定了韓系三元鋰電池被踢出局。再這樣的大環(huán)境下,本土動力電池廠是否就可以高枕無憂,還是繼續(xù)向技術(shù)更高層面突圍呢?
寧德時代(CATL)致力于能量型和功率型的鋰離子動力電池研發(fā)與制造,而在電池材料的選擇策略上,電芯正極材料涵蓋磷酸亞鐵鋰、鎳鈷錳三元、錳酸鋰、鈷酸鋰等。其中磷酸鐵鋰電池,CATL已經(jīng)可以做到單體120wh/kg,電池包可以做到100wh/kg,其它廠家大多處于70-80wh/kg的水平。目前在儲能、大巴上主要采用磷酸鐵鋰電池,而在乘用車上主要采用三元材料電池,硬殼電池是CATL的主要產(chǎn)品。
電池的生產(chǎn)工藝流程主要分為攪拌、涂布、冷壓、分條、焊接、卷繞、頂側(cè)封、注液、化成、抽氣。首先CATL在攪拌工序中會盡可能的將石墨材質(zhì)與添加材質(zhì)等等攪拌均勻,如果材質(zhì)出現(xiàn)"包團(tuán)"現(xiàn)象會在后面的冷壓成型步驟中出現(xiàn)破裂情況。
目前對于電池材質(zhì)切割主要有兩種方式,滾刀切與激光切,滾刀切如果工藝不達(dá)標(biāo)會在切割時產(chǎn)生毛細(xì),嚴(yán)重時會導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。激光切雖然會進(jìn)一步降低產(chǎn)生毛細(xì)風(fēng)險,但有可能影響電池性能發(fā)揮。CATL目前采用的是滾刀切割方式,但就目前市場反饋來看,搭載CATL生產(chǎn)的動力電池車型,例如北汽EU260、吉利帝豪EV等等均是目前沒有出現(xiàn)任何一起動力電池事故的車型,說明CATL生產(chǎn)的電芯工藝十分出眾。
對于動力電池而言,其實就是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,這個化學(xué)反應(yīng)需要一定的介質(zhì)幫助。當(dāng)動力電池完成組裝后會進(jìn)行電解液的加注,當(dāng)首次激活動力電池后會消耗一定的電解液,測試合格的動力電池會再次進(jìn)行少量加注電解液,這次加注后動力電池終生不會再有加注電解液的需求。
生產(chǎn)完成的動力電池最后會被裝進(jìn)包覆絕緣藍(lán)膜的鋁制外殼,為電芯提供一個可靠的反應(yīng)空間。組裝完成后CATL還會將每一塊電芯進(jìn)行氦氣加注,主要原因有兩點,首先氦氣是一種十分穩(wěn)定的氣體加注后會排出電池內(nèi)部空氣,其次加注氦氣后可以通過檢測氦氣濃度檢測電池包氣密性。經(jīng)過檢驗合格的電池單體會進(jìn)庫保存,存放時也會有想對的軟性材質(zhì)分割每一個電池組件避免發(fā)生碰撞。
當(dāng)然對于一個動力電池包來說,單體電芯生產(chǎn)結(jié)束后并不意味著結(jié)束。在組成動力電池組之前,會將多塊電芯并聯(lián)組成一個模組,每一塊模組都會有相對應(yīng)的線速進(jìn)行檢測,通過線速反饋給電池管理系統(tǒng)也就是常說的BMS管理系統(tǒng),在實際使用中BMS管理系統(tǒng)會實時檢測每一塊電芯的工作、溫度等等情況,根據(jù)動力電池目前情況級別做出相對應(yīng)的管理措施,以避免危險發(fā)生。
多塊模組組合在一起,固定在一個堅固的底盤之上,在配備管理系統(tǒng)就組成了一個相對完整的動力電池包。目前,動力電池對于熱管理系統(tǒng)主要有兩種,一種是風(fēng)冷、另一只種是主動液冷技術(shù),這兩種方式CATL都有兼顧。
對于動力電池而言,安全也是目前人們普遍關(guān)心的問題,尤其是近期發(fā)生了多起純電動與插混車型自燃事件,除了碰撞、自燃等情況電磁輻射也是關(guān)乎安全的一大指標(biāo)。對于CATL來說產(chǎn)能與技術(shù)的優(yōu)勢是一方面,最值得驕傲的是截止到目前,CATL保持了起火零事故。目前70%以上的動力電池自燃事故原因主要集中于熱失控,電池過熱導(dǎo)致電芯內(nèi)部隔膜發(fā)生破裂電芯正極與負(fù)極接觸導(dǎo)致短路起火。CATL從工藝、材料、機械結(jié)構(gòu)、熱管理等等,電芯熱失控,均做到了嚴(yán)格的質(zhì)量把控。
CATL的安全控制策略是由單體電芯、模組、電池系統(tǒng)最后到整車,逐層保證安全的策略。并且對產(chǎn)品進(jìn)行了穿刺、碰撞、浸海水等模擬各種極端使用場景下的試驗,通過嚴(yán)格的測試和驗證方法來保證產(chǎn)品可靠性。
經(jīng)過嚴(yán)格的產(chǎn)品把控與質(zhì)量測試,一款完整的動力電池將會裝配在整車之上,不過隨著使用與時間的推移,動力電池終會被能量密度比更高、續(xù)航更長、重量更輕的全新電池類型取代,發(fā)展新能源車型就是為了環(huán)保,所以電池的回收再利用也需要一套完備的體系。CATL作為一個電池生產(chǎn)商同時也兼顧了電池回收的眾人,從電池包做生產(chǎn)再到車企到終端用戶,最后把電池包回收回來,必然要經(jīng)過一個梯次利用再利用的過程,再利用完后才會到電池包的報廢和回收,材料回收回來后又回到了電池廠家,這就形成了循環(huán),整個產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)系。
至于回收利用,動力電池包目前應(yīng)用市場主要在儲能與車輛為主,這里我們主要說的是在交通工具上應(yīng)用的動力電池包解決方案,首先新能源車型無論是純電動還是混動車型,主要分為公交等大型車輛,與乘用車兩類。大巴上主要采用磷酸鐵鋰電池,乘用車上主要采用三元材料電池,磷酸鐵鋰電池類電池化學(xué)性能相對穩(wěn)定,回收后可以繼續(xù)在儲能市場發(fā)揮作用。
三元材質(zhì)類電池化學(xué)活性相對較高,其電池模組回收后可以再次利用在低速電動車、電動摩托車之上。由于乘用車對電池整體性要求很高,所以回收后電池已久可以達(dá)到要求。至于整體回收而言已久可以利用在儲能領(lǐng)域。
從材料回收的角度來看,電池包拆解后已久有很多可以再次利用的材料,例如金屬外殼BMS管理系統(tǒng)、絕緣材質(zhì)、電芯等等。整體電池包可以通過破碎變成電極粉,再把相關(guān)的金屬進(jìn)行回收。
筆者有話說:
一直低調(diào)的CATL,終于從幕后走到前臺,而這一時機是否與韓系三元鋰電池被制裁有關(guān),筆者不得而知。不過可以確認(rèn)的是,CATL不僅為國內(nèi)包括北汽新能源、北汽福田在內(nèi)的十?dāng)?shù)家整車廠提供動力電池解決方案,更成為國產(chǎn)寶馬X1混動版的電池供應(yīng)商。顯然,韓系三元鋰電池廠商如果不變更符合中國利益的方式,進(jìn)入"目錄"幾率幾乎為零。但是寧德時代仍然將其突圍之道以技術(shù)研發(fā)為主。
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