yulzhu

电子技术应用专栏作家——芝能汽车。紧跟技术创新,助力行业发展。

宁德时代 4C铁锂超快充电池,技术大猜想

0
阅读(1556)

  宁德时代的发布会一向是简洁高效的。昨天的发布会上,推出全球首款4C超充电池“神行超充电池”,这是计划在做完4C三元锂电池之后,把4C的技术扩展到磷酸铁锂的领域。10分钟充电,续航400公里的4C电池,再也不用担心“没电”的烦恼。这款电池采用磷酸铁锂材料,不仅超快充电,还能实现700公里以上的续航里程。

  微信截图_20230904141746.png

  我们的问题有很多,比如:

  ●  4C磷酸铁锂和4C三元电池的区别何在?

  ●  引入4C磷酸铁锂是否会增加电芯成本?是否需要与800V小容量电芯搭配?与 4C三元电池的成本差异是多少?既然都能达到700公里续航,是否三元4C电池已经变得多余?

  ●  4C电芯的工艺很多,是否需要与麒麟的Pack工艺相匹配?

  

  Part 1

  宁王的超级技术到底是什么?

  作为磷酸铁锂电池,这款产品具有令人印象深刻的续航里程和充电速度,采用了一系列先进的技术,包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜和安全性措施的改进。这款电池的主要特点包括:

  ● 续航里程: 在常温下,这款电池能够实现700公里的续航里程

  ● 快充能力: 在常温下,只需十分钟的充电,即可续航400公里

  ● 低温充电: 在-10摄氏度的低温条件下,只需半小时即可充电至80%电量(30分钟)

image.png

  ●  正极材料:采用了超电子网正极技术,通过纳米化的磷酸铁锂正极材料,降低了锂离子脱出阻力,提高了电池快充的性能。5)负极材料:通过改良石墨表面,增加了锂离子的嵌入通道,并采用多梯度分层极片设计,实现了快充和续航的平衡。

 image.png

  ●  电解液:使用全新的超高导电解液配方,提升了锂离子脱溶剂化的能力,同时优化了超薄SEI膜,降低了电池内部阻力。

  image.png

  ●  隔膜:改进了隔膜的设计,提高了锂离子液相传输速率,从而有助于更高效的充电和放电。8)安全性:采用了改良的电解液体系和高安全涂层隔离膜,通过智能算法管控电池内部温度,确保了电池的安全性能。此外,经过多种场景的认证,保证了电池在各种工况下的安全性。

  image.png

  当然,发布会上没有讲的最重要的一点:是不是原来所有的电池,经过这么一改造,直接可以上4C?

  

  Part 2

  关于4C和麒麟电池的猜想

  其实我们理解前文所讲到的电芯改进,主要解决的问题,是电芯层面可以承受4C快充这样的大电流,换言之,假定容量是100Ah,那么400A的电流充电的时候,电池的阻抗是足够低的。

  但是这里有几个大胆的猜测:

  ◎ 4C下,200Ah的电池得有800A。换言之这里的巨大电流带来很大的系统挑战。我们可以合理的猜测,4C磷酸铁锂,其实是麒麟电池的LFP版本。也就是说,电池容量也是小的,得用800V才能让电流小下来。

  ◎ 4C磷酸铁锂(LFP)需要配合麒麟电池的设计。这个也容易理解,如果要实现4C,电芯的阻抗可以做到足够低,但是发热还是得散出去。采用双面冷却的麒麟电池设计,这个散热空间是足够的。

  ◎ 在宁王的设计中,还有另外一种思路,就是直接用电化学体系对原有电池进行改造。我们理解目前4C是一个相对模糊的概念,也就是说,在峰值可能达到4C;但是由于电池的Pack设计不改变,达到表现稍逊色的快充效果。

  image.png

  

  Part 3

  参考麒麟电池的内部构造

  我们可以通过重新回顾之前的“麒麟电池拆解报告”来探寻这个问题的答案。

  我们大胆猜测,这个4C的磷酸铁锂电芯需要配合麒麟电池系统进行使用。

  电池盒顶部增加了厚重的缓冲泡沫,并在前后端设置了多个压力释放阀,以提高安全性。电芯排列成六行,最大化利用了空间,取消了电池内部的冗余横纵梁。电芯与电池包两侧的冷却管线布置有助于热管理。电芯与冷却板之间采用冷却板进行冷却,凹槽填充导热发泡材料,通过双面胶连接,冷却板采用粉末喷涂绝缘。底部设置了泄压阀,通过结构胶加强结构,底部阻胶机构防止结构胶溢出,微连接处使用气凝胶。泄压阀的设置和排烟孔有助于在热失控情况下释放压力和烟气,云母板用于防止热失控蔓延。

  image.png

  麒麟电池的内部结构创新关键点包括多功能弹性夹层,即通过绝缘粉末、胶带和导热发泡胶将水冷板与电芯粘结,起到支撑、隔热和冷却作用;大面积水冷技术,将水冷板布置在电芯侧面,增加散热面积,提高快充场景下的充电速度和温度均匀性;高压与烟气主动隔离技术,将防爆阀放置在电芯底部,实现定向泄压,避免高压和烟气干涉;云母防护罩用于防止高温冲击和隔热,防止热失控蔓延。

 image.png

image.png

  我们有理由相信:

  均衡的价格下,4C快充铁锂电芯会比大容量铁锂电芯贵一些左右,麒麟Pack也会增加一些成本,总体会有一定的涨幅。当然在目前的局面下,宁德时代通过4C快充电池在原有电池成本的基础上平价,这种方法就属于技术型价格战了。

  image.png

  小结:以上是我们的猜测,在不改变电芯结构的情况下,宁德时代其实从电化学体系和Pack设计两个层面去做了最优化,但是我们理解这种快充LFP体系比普通的2C的三元还要贵一些。这种设计,可能是目前800V车辆低电量的一个初始版本,也是在4C三元电池的一个变种。

  当然宁德时代可能用这个技术,分出来一种特殊的电池就是LFP 快充电池,即使未必是全程4C,但优势在于不改变Pack设计,可以直接替换,最终带来电池层面的价格战。