鉅大LARGE | 點擊量：2148次 | 2021年04月29日
新電池能量密度達到330Wh／kg，有多厲害？
日前，孚能科技通告了一款新電池——能量密度達到330Wh／kg。孚能方面表示，其采用先進硅負極材料以及單壁碳納米管導(dǎo)電劑和新型粘結(jié)劑配方進行設(shè)計的電化學(xué)體系，有效克服了硅膨脹的問題，達到超過1500次循環(huán)的能力。
此外，該電芯在零下20℃溫度下仍能供應(yīng)90％的容量。孚能正申請權(quán)威檢測機構(gòu)按國家標準對其進行測試，預(yù)計測試周期約為3個月。測試后，即可銷售使用。這款電芯在目前業(yè)內(nèi)水平如何？采用的又是什么技術(shù)？
1電芯業(yè)內(nèi)水平如何？
330Wh／kg或是公司已研發(fā)出最高能量密度電芯。前幾年就已經(jīng)號稱能量密度達到300Wh／kg的松下電池，為特斯拉Model3裝載的電池單體，實際的能量密度在256Wh／kg。《電動汽車觀察家》根據(jù)2020年整車出廠合格證數(shù)據(jù)測算，還沒有發(fā)現(xiàn)能量密度達到300Wh／kg的電芯裝車。根據(jù)測算數(shù)據(jù)，單體能量密度最高的是寧德時代的軟包電池，達到279．56Wh／kg。
從整體數(shù)據(jù)來看，軟包電池單體平均能量密度整體水平在200Wh／kg左右，主流能量密度在240－260Wh／kg。2020年孚能裝機的電池單體能量密度在207－242Wh／kg之間，對應(yīng)的系統(tǒng)能量密在140－170Wh／kg，對應(yīng)車型的續(xù)駛里程在400－500公里。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
以圓柱電池為例，特斯拉裝載的LG圓柱電池單體能量密度在256－257Wh／kg，對應(yīng)的系統(tǒng)能量密度在145－161Wh／kg，對應(yīng)車型的續(xù)駛里程在445－668公里。2020年合格證顯示，方形電池已裝機的能量密度最高大概在250Wh／kg，系統(tǒng)能量密度在180Wh／kg，對應(yīng)車型的續(xù)駛里程在500公里左右。
假如孚能研發(fā)的能量密度為330Wh／kg電池，成組效率能夠在70％，電池系統(tǒng)能量密度有望達到230Wh／kg。目前，我國已知的系統(tǒng)能量密度最高的是國軒高科，搭載在北京牌BJ7000USD8－BEV純電動轎車上，其電池系統(tǒng)能量密度超過200Wh／kg，不過其續(xù)航里程僅為470km。
假如孚能這款電池能在今年量產(chǎn)裝車，那可能在電芯和系統(tǒng)層級都創(chuàng)出密度記錄。
2碳納米管：螺旋狀石墨烯
孚能新研發(fā)出的電池能量密度顯然要高出目前裝機水平一大截，其采用什么技術(shù)做到的？根據(jù)孚能的通告，其采用了硅負極材料。硅具有目前已知負極材料中最高的理論容量4200mAh／g，遠超石墨負極的372mAh／g。但是硅的特點是膨脹率高，造成鋰離子電池結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，循環(huán)應(yīng)該衰減才是。那么是什么穩(wěn)定住了這個結(jié)構(gòu)呢？謎底或許在單壁碳納米管導(dǎo)電劑上。
為此，《電動汽車觀察家》查閱相關(guān)資料，希望能夠了解單壁碳納米管到底是何方神圣。查閱相關(guān)論文顯示，單壁碳納米管與石墨烯關(guān)系密切。單壁碳納米管就是由單層石墨烯卷曲而成的，多壁碳納米管則是由兩層及以上石墨烯組成。
圖中左側(cè)為單壁碳納米管，右側(cè)為多壁碳納米管
從本質(zhì)上看，碳納米管和石墨烯都屬于石墨類材料，只不過碳原子的排列組合不同。
石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，也分為單層石墨烯和石墨烯微片（多層結(jié)構(gòu)）。
也就是說，形成螺旋狀的是碳納米管和片狀的是石墨烯，所以它們都具備石墨的一些相同特性，比如導(dǎo)電性。
目前來看，低功率密度是鋰離子電池的最大缺點，在高倍率充放電時，在電極內(nèi)界面處的低離子遷移速率和低導(dǎo)電率、熱導(dǎo)率，會導(dǎo)致鋰離子電池電極的高度極化。極化帶來的是電池在充電時，消耗更多電能；放電時，電能消耗變成一部分熱能，不僅不經(jīng)濟而且不利于快充。碳納米管的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性都比較好，這更加有利于提升電池的循環(huán)性，從而彌補因加入硅而帶來的循環(huán)損失。具體來看，由于其特殊的管狀石墨結(jié)構(gòu)和獨特的彈道電子傳導(dǎo)效應(yīng)，碳納米管在室溫下的電導(dǎo)率可高達1000000s／cm，應(yīng)用于鋰離子電池是可增大鋰離子的快速嵌入脫出的自由傳遞速度。簡言之，就是對鋰離子電池的大功率充放電十分有利。關(guān)于電池體系，孚能給出的回復(fù)是高鎳三元體系。據(jù)業(yè)內(nèi)專家分析，這款電芯很可能還是8系，軟包電池是有可能達到這一能量密度的。
3仍處尚需檢測階段
孚能通告顯示，截至目前，公司內(nèi)部對該電池進行了國標安全相關(guān)測試摸底，如過充，過放，短路，熱廂實驗等，均能通過測試。截至目前，孚能正申請通過我國汽車工程研究院股份有限公司檢測中心的新國標GB38031－2020測試，預(yù)計測試周期約為3個月。測試后，即可銷售使用。據(jù)孚能方面介紹，之所以會出現(xiàn)這一產(chǎn)品，是源于美國公司2017年承接的一個合作項目，該項目的交付日期為2020年底，孚能科技在合作項目的項目指標其實只有一條，就是330wh／kg。電池在國內(nèi)公司內(nèi)部和美國官方指定實驗室，兩地均有測試，數(shù)據(jù)基本一致，于去年十二月完成美方驗收順利結(jié)題。該電池能量密度較行業(yè)主流電池產(chǎn)品能量密度提升25％以上，幫助整車預(yù)計可達到1000公里續(xù)航。循環(huán)性能測試可以達到1500次以上的循環(huán)壽命。
在孚能看來，高能量密度加上高循環(huán)壽命，新電池可使電動汽車循環(huán)壽命周期內(nèi)行駛里程達到百萬公里。值得注意的是，孚能電池采用的單壁碳納米管成本并不低，孚能方面表示，未來規(guī)?；慨a(chǎn)以后，成本不會有明顯上升。在我國軟包電池目前規(guī)模較小的情況下，成本短時間難以降低，價格敏感的中低端車型大概率不會率先使用，新電池很可能從高端車型應(yīng)用開始。不過可以肯定的是，該電池量產(chǎn)后，有助于孚能科技提升在行業(yè)的地位，能吸引部分客戶關(guān)注和使用，從而提高其在國內(nèi)及國際市場競爭力和市場占有率。
