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行业首发:中创新航OS高锰铁锂电池——面向TWh的又一次结构创新和材料创新

行业首发:中创新航OS高锰铁锂电池——面向TWh的又一次结构创新和材料创新

  • 分类:公司新闻
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  • 来源:
  • 发布时间:2022-08-30 10:12
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8月28日,中创新航副总裁谢秋在2022世界新能源汽车大会(WNEVC)上发表关于《OS高锰铁锂电池》的主题演讲。谢秋首先将中创新航WNEVC 2021首发的OS电池平台技术的最近进展做了分享,随后则基于用户需求和用户体验,与在座嘉宾分享了中创新航从安全、成本和可持续发展等层面对电池未来发展的理解,同时给出了中创新航的方案——业内首发的OS高锰铁锂电池。

 

 

以下为谢秋副总裁演讲实录:

 

OS电池平台技术已启动配套车型测试
业内目前最高能量密度

 

大家下午好,非常感谢大会的邀请,在去年海南的世界新能源汽车大会上我们发布OS的电池平台技术,经过一年多时间的努力,已经完成了中试,目前正在对相关配套车型进行可靠性试验。OS电池是利用第一性原理,对电芯结构和工艺制造技术进行重构,是继圆柱、软包、方形之后的第四种封装形式,拥有更高的能量密度,更高的制造效率,以及更高的空间利用率。第一代利用OS技术的磷酸铁锂电池包,能量密度已经达到了152Wh/kg,应该是业内迄今为止的最高值,同时整体的能量密度保持率达到77%,支持整车续航里程超过600公里。做到这一切的前提条件是电池包的高度大概只有110毫米,如果将其高度放到业内比较常见的135毫米的高度,整车续航里程就能超过700公里。


从用户体验反思:回归技术创新初心

 

在开发OS的同时,我们也一直在思考一个问题——造电池的初心是什么?用户对于电池的需求是什么?电池能为用户创造什么价值,又能改善什么样的用户的体验?我们参照马斯洛的模型,把电池的用户体验分了四个层次:

 

 

 

 

第一个层次,底层需求肯定还是安全,虽然这几年安全技术层出不穷,但是安全问题还是时有发生,安全作为电池需求的底层逻辑没有变。

 

第二个层次,是电池的经济性,是非常影响用户体验的。我将这里面的经济性分三个层面,经济性的第一点是用户的直接购买成本,由于原材料涨价,单位里程的电池购买成本在不断上升,我们也就看到两个明显的趋势,第一个趋势是铁锂化,越来越多用户选择购买成本更低的技术路线的电池,第二个趋势是减少电池的用量,未来PHEV的增长可能会超预期。第二点,电池的使用成本。随着电池包越来越高的集成度,大量胶的使用带来更高的维护、维修成本。第三点,就是电池的残值。

 

第三个层面是狭义上的用户体验,包含补能的便捷性,补能的速度,加速,以及续航,甚至现在电池已经作为一种结构件参与了整车的NVH(Noise/Vibration/Harshness)。

 

用户的第四个层面的需求,是道德层面的需求。大家环保意识越来越高,希望电池对环境友好,是可持续发展的。围绕用户需求,我们在开发OS1.0的同时,也在对2.0进行迭代。


在安全性上,我们开发了TPP(热抑制保护)2.0的技术。前年,公司推出了TPP1.0的技术,实现了电池包整包不起火。行业内也纷纷随后推出了自己的安全技术,但是实际表现来看,安全问题仍常有报道。这说明,我们在实验室里头做的试验,无论是样本量也好,还是模拟的故障也好,远不及更为复杂的实际使用工况。开发的TPP2.0技术的目的,实际上是为了增强我们系统安全的鲁棒性(Robustness)。我们在行业内首创了热电分离的设计,热电分离是什么意思呢?就是在电池遇到热失控泄压的时候,喷发的物质有两个特性--第一个是高温,第二个是导电,它会迅速造成更复杂的短路。现在TPP2.0做的热电分离设计中,电芯的泄压的方向沿着高度方向——Z向。高压电路是在电池的两侧,不在一个面上,高压气体就不会直接对着强电的连接造成冲击,包括由绝缘的破坏和高温导电物质的沉积造成强电的短路。同时还设置了独立的泄压空间,保证气体不跟强电发生交联。这是我们在安全方面--去应对更复杂的热失控条件下的工况所做的工作。

 

 

 

 

第二点有关用户经济性,思路是开发更低成本的材料,通过PACK层面上的技术创新,赋予更高的能量密度,从而延伸这种低成本材料可以覆盖的里程。现在我们可以把磷酸盐系的里程开发支持到700公里,让中间原来600公里到800公里之间的这段成本曲线的斜率变得更低一些。

 

其实,锰材料对于整个电池材料行业里有举足轻重的作用。锰材料无论是在橄榄石结构的材料——像磷酸锰铁锂,还是大家熟知的三元材料也好,还是尖晶石也好,锰都是扮演着至关重要的角色。在2014年的时候,我们首次量产了磷酸锰铁锂和三元的复合正极的电池,当时的主要目的是为了改善安全性,也顺利地通过了针刺试验。但是锰铁锂也有问题——导电性更差,压实密度也低,能量密度做不上去。这8年来我们也针对锰铁锂一系列的问题不停的在攻关和改善。如今,现在技术终于有了进一步的突破,无论是导电性也好,还是能量密度也好,有了一个长足的进步,在700公里的车型上磷酸锰铁锂可以替代原有的三元产品,相对于三元产品它的贵重金属的元素用量为零,没有镍,没有钴,同时单位瓦时的锂用量,相对于磷酸铁锂下降15%,如果相对三元,单位瓦时锂的用量下降更多。

 


 


我们锰材料是通过强化阳离子的体相均质掺杂,去构筑多维的锂的快速通道;通过锰元素的径向梯度设计,去构建良好的锂的界面,包括“零”活性超导的电界面的设计。由于锰元素的影响,相对于以前,我们现在的寿命也有了长足的进步,可达到2500次的循环。

 


 


在使用成本上我们也做了一些技术上的迭代。第一是通过Z向空间的节省,原来大家为了防止磕碰,留了很高的磕碰空间,我们把磕碰空间跟原来的电芯的泄压空间二合一,在高度上空间大概节省了7%,所以我们现在把电池包的高度省掉了7%,使电池包的高度大幅向上抬升,电池包变矮,这样整车会有更高的离地间隙,会减少磕碰的概率,这是第一点。

 


 


第二点,即使发生了磕碰,我们也开发了可维修的技术,如果是伤到冷板,可以维修冷板;如果伤到了电芯,我们可以更换模组,而不用去更换整包,帮助大家去降低高昂的售后维修的费用。

 

行业首发:OS高锰铁锂电池技术优势行业领先

 

基于以上对于电池用户体验的理解,结合相关的材料技术、结构技术,我们开发了OS的高锰铁锂电池。它具有以下特点:第一、更好的安全性,我们用了TPP2.0全行业首发的热电分离的技术,保证了系统安全的鲁棒性;第二、大幅降低了贵重金属的用量,包含了镍、钴以及锂的用量,帮助用户在相同的里程条件下获得更低的购买成本;第三、电池包高度减少7%,离地间隙更高,减少了磕碰的概率;第四、磷酸盐系电池包的能量密度达到了180Wh/kg,能量密度的保持率突破80%;第五、支持整车续航达到700公里;第六、可维修、可拆解;第七在补能体验上,我们是可充、可换。

 

 

 

 

我们认为科技进步的意义是为人类创造更美好的生活。我们也会致力于通过持续的技术创新,给大家带来更安全的、更高性能的、更高性价比的产品体验。

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