近期雖然麒麟電池比較火,但是由長安、華為和寧德聯(lián)手打造的阿維塔11也正式上市。阿維塔11有 3個配置,價格區(qū)間在34.99萬-40.99萬元。
今天看完阿維塔的溝通會,這款動力電池主要是由寧德時代主導設計。我覺得還是有很多地方可以說的:
●快充設計:國內(nèi)主流的快充設計,電芯是圍繞1.2C左右設計開發(fā)的,大概在10%-80% 40分鐘左右,支持 750V高壓充電平臺,量產(chǎn)的車型中把電芯快充速度提高到2.2C,實現(xiàn)了10%-80%大約25分鐘左右,30%-80% 15分鐘左右。這在目前穩(wěn)定快充能力還是名列前茅的,這個電池的最高容量還達到了116kWh,最高的充電功率峰值為240kW。
●安全方面的設計:因為有116kWh的最高能量在,電芯的能量密度為245Wh/kg,如何保證電池系統(tǒng)安全,就非常重要。這里也是采用NP不熱失控來設計的。
▲圖1.阿維塔的電池系統(tǒng)
Part 1、電池系統(tǒng)快充設計
首先說這個最重要的——快充電池。這是國內(nèi)首款量產(chǎn)的高電壓三元體系2.2C快充電池,在開發(fā)前期的目標是10分鐘能夠增加續(xù)航200公里,電池產(chǎn)品規(guī)劃的時候考慮到90度,116度電,下一步可能還會有更高電量的配置。
●116度電池包的能量密度高達190Wh/kg,續(xù)航里程高達680km。
●90度電池包的能量密度高達180Wh/kg,續(xù)航里程也可達555km。
▲圖2.阿維塔電池
緊接著的問題就是,怎么實現(xiàn)快充?阿維塔11支持750V高壓充電平臺,能夠達到2.2C超級快充能力,最高的充電功率能夠達到240kW。
▲圖3.如何實現(xiàn)快充
這款電池在材料上:
▲圖4.材料的變化
●獨特的改性處理解決矛盾點
兼顧高能量密度、快充、長壽命石墨技術需要克服快充速度與能量密度的矛盾;快充速度與壽命的矛盾;超級性能與供應鏈的矛盾; 因此在阿維塔的電芯方案里面,通過材料層級的創(chuàng)新,獨特的改性處理解決了矛盾點,石墨顆粒采用核殼設計,多孔包覆層的陽極材料表面,提供豐富的鋰離子交換。所需要的活性位點,極大地提高鋰離子電荷交換速度和鋰離子的嵌入速率;高能量密度內(nèi)核匹配高動力學表面(快離子環(huán))。
▲圖5.負極材料的快離子環(huán)
導入各向同性技術,優(yōu)化鋰離子傳輸路徑,使得鋰離子可以從 360 度嵌入石墨通道中,實現(xiàn)充電速度的顯著提升 ,這是快充技術最最基礎的部分。
▲圖6.負極材料
●電池的正極材料
正極材料做了優(yōu)化,用了納米鉚接點技術,把材料的微觀結(jié)構像鉚釘一樣聯(lián)結(jié)在一起,保證材料的穩(wěn)定性、高能量密度、高安全性。在阿維塔的電芯里面,采用了獨特的單晶顆粒生長技術,結(jié)合表面鈍化處理技術,搭配高電壓電解液實 現(xiàn)材料及電芯的電壓上限不斷拓寬,兼顧能量密度提升和長壽命,提升性價比。
事實上,通過智能化篩選、改性后即可獲得表面穩(wěn)定性能更好能量密度更高的三元正極材料,這也是能夠?qū)崿F(xiàn)快充和能量密度平衡,兼顧安全性的最主要方法。
●傳輸介質(zhì)電解液
發(fā)了特定的電解液,在電極內(nèi)部構建高效的三維立體導電網(wǎng)絡,減小電芯的內(nèi)阻和發(fā)熱,提升了倍率性能,使得材料性能更穩(wěn)定,既能快速充電,又能保證我們的高能量密度,以及安全的材料性能。在阿維塔的電芯里面,通過優(yōu)化溶劑及鋰鹽組成,降低電解液粘度,保證溶劑化程度,促進鋰鹽解離, 從而獲得較高的電導率。通過開發(fā)改良添加劑,降低界面阻抗,增強正負極界面的離子傳輸。通過改良電解液基因,有效減少了固液界面間的反應產(chǎn)熱,顯著提高了電池耐熱溫度及電池的熱安全性。
▲圖7.電解液的設計
實際上在方殼電芯(245Wh/kg)上需要做的內(nèi)容還是挺多的,實現(xiàn)穩(wěn)定的快充對于電芯的配方修改內(nèi)容比較多,特別是控制電芯的阻抗和發(fā)熱。
▲圖8.2.2C的快充電芯
基于這些技術,電芯可以實現(xiàn)2.2C快充,電芯能量密度高達245Wh/kg,30%-80%SOC快充最快15分鐘。而這款產(chǎn)品在低溫的環(huán)境下,北方使用環(huán)境是零下10度,能實現(xiàn)60分鐘從零電量到滿電量快速補能。
另外,從結(jié)構來看,阿維塔11用到的電池系統(tǒng)采用了寧德時代先進的CTP技術,與傳統(tǒng)電池包相比,能量密度增加10%以上,零部件數(shù)量進一步簡化,裝配效率能夠提升50%。這個電池系統(tǒng)為了適配快充的能力,在冷卻系統(tǒng)上做了特別的設計,開發(fā)非常特別的多流道的智能化分配水流的熱管理平臺,整個系統(tǒng)溫差能夠控制在3度以內(nèi)。
事實上,CTP平臺是一個系列產(chǎn)品,阿維塔的平臺將來會規(guī)劃運用寧德時代新一代麒麟電池技術,打造更高快充性能,更長續(xù)航里程的產(chǎn)品。
Part 2、電池系統(tǒng)的安全設計
在這個電池系統(tǒng)里面做了這些安全的設計手段:
▲圖9.昨天講的NP的技術手段
●隔熱的設計,選用的是一些航空級的隔熱材料,能夠?qū)﹄娦具M行有效地保護。隔熱材料在滿足不同化學體系電芯膨脹對空間的需求條件下,在第一層隔絕電芯之間的熱失控。
●針對電池包系統(tǒng),通過三維仿真模擬電芯失效時氣體擴散路徑,做好排氣通道優(yōu)化和泄壓系統(tǒng)設計,即使在極少數(shù)極端情況下有電芯出現(xiàn)失效,每隔一定的電芯數(shù)量間都采用高溫絕熱復合材料,然后配合防護罩設計定向排爆出口,將高溫氣火流排出。
●排氣:通過設計多種類換流通道設計,控制熱源按預定軌跡流動,減少對相鄰電池區(qū)塊進行熱沖擊;并且控制電芯熱失控排出的氣火流,在不同結(jié)構通道內(nèi)的均勻分布,設計縱向通道(底部換流通道)等,避免對相鄰的電芯產(chǎn)生急劇性的熱沖擊,引發(fā)第二次熱失控。
●絕緣設計:對電池包內(nèi)的高壓部件進行絕緣防護,對電池包內(nèi)的高壓連接及高壓安全區(qū)域進行高溫絕緣防護設計。
通過模擬一些極端、小概率情況下,如果真的有一顆電芯出現(xiàn)了失效,能夠在系統(tǒng)級別保證電芯的失效只局限在這單顆電芯,不會蔓延,確保電池系統(tǒng)全生命周期安全。在百人會上,寧德時代的8系產(chǎn)品已實現(xiàn)NP(不熱擴散),在這臺車上是在中鎳NCM523,在這個化學體系里面有非常多的創(chuàng)新,比如說安全性,穩(wěn)定性。
小結(jié):
圍繞800V系統(tǒng)開發(fā)的快充電池將會是一個新的藍海,也是各家車企都要采用的,阿維塔這款電池還是非常有特色的。大家都在說麒麟電池,包括阿維塔以后也要用,可能這款更實在點。