在當下,因為使用南韓三星SDI提供的三元鋰電池,沒有進入中國核準電池供應商名單而停產江淮iEV6S電動汽車,或將成為給眾多使用沒有進"目錄"的南韓系三元鋰電池的國產電動汽車正式警告。從2014年-2015年,因南韓系三元鋰電池大規模低價進入,而促進了中國新能源汽車的發展。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。再這樣的大環境下,本土動力電池廠是否就可以高枕無憂,還是繼續向技術更高層面突圍呢?
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的主要產品。
電池的生產工藝流程主要分為攪拌、涂布、冷壓、分條、焊接、卷繞、頂側封、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與添加材質等等攪拌均勻,如果材質出現"包團"現象會在后面的冷壓成型步驟中出現破裂情況。
目前對于電池材質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標會在切割時產生毛細,嚴重時會導致電池內部短路。激光切雖然會進一步降低產生毛細風險,但有可能影響電池性能發揮。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任何一起動力電池事故的車型,說明CATL生產的電芯工藝十分出眾。
對于動力電池而言,其實就是將化學能轉化為電能的裝置,這個化學反應需要一定的介質幫助。當動力電池完成組裝后會進行電解液的加注,當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。
生產完成的動力電池最后會被裝進包覆絕緣藍膜的鋁制外殼,為電芯提供一個可靠的反應空間。組裝完成后CATL還會將每一塊電芯進行氦氣加注,主要原因有兩點,首先氦氣是一種十分穩定的氣體加注后會排出電池內部空氣,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。經過檢驗合格的電池單體會進庫保存,存放時也會有想對的軟性材質分割每一個電池組件避免發生碰撞。
當然對于一個動力電池包來說,單體電芯生產結束后并不意味著結束。在組成動力電池組之前,會將多塊電芯并聯組成一個模組,每一塊模組都會有相對應的線速進行檢測,通過線速反饋給電池管理系統也就是常說的BMS管理系統,在實際使用中BMS管理系統會實時檢測每一塊電芯的工作、溫度等等情況,根據動力電池目前情況級別做出相對應的管理措施,以避免危險發生。
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主要有兩種,一種是風冷、另一只種是主動液冷技術,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心的問題,尤其是近期發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乎安全的一大指標。對于CATL來說產能與技術的優勢是一方面,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,電池過熱導致電芯內部隔膜發生破裂電芯正極與負極接觸導致短路起火。CATL從工藝、材料、機械結構、熱管理等等,電芯熱失控,均做到了嚴格的質量把控。
CATL的安全控制策略是由單體電芯、模組、電池系統最后到整車,逐層保證安全的策略。并且對產品進行了穿刺、碰撞、浸海水等模擬各種極端使用場景下的試驗,通過嚴格的測試和驗證方法來保證產品可靠性。
經過嚴格的產品把控與質量測試,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、續航更長、重量更輕的全新電池類型取代,發展新能源車型就是為了環保,所以電池的回收再利用也需要一套完備的體系。CATL作為一個電池生產商同時也兼顧了電池回收的眾人,從電池包做生產再到車企到終端用戶,最后把電池包回收回來,必然要經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,整個產業鏈的關系。
至于回收利用,動力電池包目前應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性能相對穩定,回收后可以繼續在儲能市場發揮作用。
三元材質類電池化學活性相對較高,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到要求。至于整體回收而言已久可以利用在儲能領域。
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、絕緣材質、電芯等等。整體電池包可以通過破碎變成電極粉,再把相關的金屬進行回收。
筆者有話說:
一直低調的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,筆者不得而知。不過可以確認的是,CATL不僅為國內包括北汽新能源、北汽福田在內的十數家整車廠提供動力電池解決方案,更成為國產寶馬X1混動版的電池供應商。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研發為主。
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