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吉利新一代神盾短刀電池正式發(fā)布 銀河E5率先搭載

2024-06-27 23:57:54 作者:陳啟貞

  【太平洋汽車 技術頻道】6月27日,吉利汽車正式發(fā)布自研自產(chǎn)的最新一代“刀片式”磷酸鐵鋰電池:神盾短刀電池。這款電池的電池能量密度達到192Wh/kg,而且官方表示,神盾短刀電池在安全性能、循環(huán)壽命、快充能力和低溫放電等方面,具有顯著優(yōu)勢。值得一提的是,吉利銀河E5將率先搭載這款神盾短刀電池。下面我們就來看看,這款神盾短刀電池有哪些技術特點。

 
短刀電池單體結構有什么特點?

  首先在尺寸方面,神盾短刀電池的尺寸僅為580mm,相較于傳統(tǒng)的長刀電池,尺寸縮短了大約40%,這種緊湊的尺寸設計可以為車輛提供了更多的空間布局靈活性。

  其次電池的內(nèi)部結構經(jīng)過優(yōu)化設計,實現(xiàn)了更短的電芯長度和更低的內(nèi)阻。更低的內(nèi)阻也意味著在充放電過程中產(chǎn)生的熱量更少,這不僅提升了電池的熱管理效率,也降低了因過熱導致的安全風險。

  相比干法隔膜不同的是,短刀電池內(nèi)部采用的是濕法雙涂層隔膜技術,這種隔膜的柔韌度更佳,能夠在遭受外部沖擊或穿刺時保持穩(wěn)定,不易斷裂。這種設計顯著減少了因隔膜破損導致的短路面積,從而提高了電池的安全性能。

  最后,神盾短刀電池在正負極之間涂覆了氧化鋁等耐熱材料,這些材料就像是一道堅固的“隔離帶”,在電池遭受極端條件,如針刺測試時,能夠防止電池內(nèi)部材料的收縮和熱失控。這種涂層不僅提高了隔膜的熱穩(wěn)定性,也增強了電池在面對極端條件時的安全性能。

  據(jù)官方介紹,盾短刀電池的電芯以超國標8倍的標準,實現(xiàn)8根直徑5mm的鋼針同時穿刺并保持1h,電芯不冒煙、不起火、不爆炸。這些安全性能是如何能做到的?

  神盾短刀電池采用了具有高耐熱性能的隔膜材料,這種材料能夠在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定,減少熱失控的風險。隔膜的基材本身具有很高的耐熱性,而表面的高耐熱涂層進一步增強了這一特性。這種設計不僅提升了隔膜的熱穩(wěn)定性,而且通過隔膜基層的柔韌性和涂層中陶瓷的剛性相結合,形成了一種“軟+硬”的雙重保護機制,有效抵御外界的機械沖擊或濫用傷害。此外,隔膜上的膠涂層確保了它與正負極片的有效結合,有助于維持電芯內(nèi)部結構的穩(wěn)定性和界面的均勻性。

  電解液是電池中離子傳輸?shù)慕橘|(zhì),其穩(wěn)定性直接關系到電池的安全性能。神盾短刀電池的電解液通過增加無機成分如LiF和Li2O的含量,顯著提升了電芯的SEI膜的穩(wěn)定性。這種改進的SEI膜不僅更加穩(wěn)定和致密,而且通過在電解液中添加高含量的LiFSI和FEC,進一步增強了SEI膜的熱安全性能。這些化學成分共同作用,形成了一個更加緊密和穩(wěn)定的SEI膜,有效防止了熱失控的發(fā)生。

  另外,神盾短刀電池采用了一種創(chuàng)新的自熔斷技術,這是一種在電池遭受極端條件如針刺時能夠自動斷電的安全機制。通過精確設計電極的面密度和壓實密度,配合高強度隔膜,電池能夠在針刺時控制電流,使鋁箔熔斷并導致隔膜坍塌,形成絕緣層,從而阻斷短路。這種設計不僅提高了電池在極端條件下的自我保護能力,而且顯著提升了電芯的安全等級。

  神盾短刀電池通過了中汽中心的6大“魔鬼”串行試驗,包括海水沖浪、高原極寒、高頻次刮底、極限碾壓、電池包側(cè)柱碰、烈焰炙烤等。

 
CTB電池包構型升級迭代

  神盾電池包在原有神盾電池安全系統(tǒng)的基礎上,進一步升級迭代,采用CTB電池包構型。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

  架構強度提升:神盾電池包采用了具有專利的“田字格”框架設計,這一設計可以顯著提升電池包的整體剛性和模態(tài),提高2倍以上。這種結構設計,配合吸能型腔,為電芯提供了一個類似全方位防護盔甲的保護空間,有效抵御外界沖擊。

  多重安全防護設計:在電芯本身的高安全性能基礎上,CTB電池包增加了液電分離、電氣隔離、熱量排疏和導熱等多重安全防護措施。這些設計不僅保障了電芯之間的安全隔離,還優(yōu)化了電池包內(nèi)部的熱量管理,防止了過熱情況的發(fā)生。

  底部防護增強:電池包底部采用了三層復合材料與DP980高強度鋼的“三明治”結構底護板,總厚度達到2.6mm,為底部提供了強有力的防護,有效抵御路面障礙物的沖擊。此外,電池前部還設計有低于電池15mm的專用防撞梁,進一步減少了刮底對電池包的潛在損害。

  熱失控風險控制:為了快速排出電池內(nèi)部的熱量,神盾短刀電池配備了兩個防爆閥,這些設計確保了電池在遭受熱沖擊時能夠迅速平衡內(nèi)外壓力,及時排出熱量,大幅度降低了電池爆炸的風險。

  智能安全監(jiān)控:吉利睿智算中心作為全球首個“云、數(shù)、智”一體化的超級云計算平臺,為神盾短刀電池提供了強大的智能安全支持。該中心擁有每秒102億億次的超強算力,能夠支持高達500萬輛汽車的同時在線監(jiān)控,實現(xiàn)對電池、電驅(qū)和充配電系統(tǒng)的全天候監(jiān)控。通過云端故障預警、在線診斷和維保服務,智能安全系統(tǒng)能夠提前識別并響應潛在的車輛安全風險,從而進一步提升了用戶的使用安全性。

 
壽命:可安全行駛超100萬公里?

  官方數(shù)據(jù)顯示,神盾短刀電池循環(huán)1500圈,電池容量保持率為92.12%,循環(huán)2500圈,電池容量保持率為87.73%,可以安全行駛超100萬公里。這方面做了哪些優(yōu)化?

  首先是神盾短刀電池的體積小巧,內(nèi)阻低,這意味著在電池工作時產(chǎn)生的熱量較少。較小的發(fā)熱量有助于減緩電芯內(nèi)部的化學反應速度,從而有效延長電池的使用壽命。

  其次,電池的正極材料通過多元素摻雜技術進行了優(yōu)化,這不僅提升了正極材料的能量密度,還穩(wěn)定了材料結構和離子擴散通道。這種改進提高了離子的電導率,增強了電池的循環(huán)性能。此外,特殊的包覆方法為正極材料提供了額外的保護,機械隔離了電解液,抑制了金屬離子的溶解,從而增強了導電性并減少了副反應。

  另外,負極材料選用了小顆粒材料,這縮短了鋰離子的擴散距離,增加了電解液的浸潤面積,從而提高了電池的充放電效率。無定形碳包覆技術的應用大幅度降低了材料的電化學副反應,保證了電芯在循環(huán)使用中的性能。

 
超充:平均充電倍率2.45C

  根據(jù)官方數(shù)據(jù),神盾短刀電池具有超快充電的能力,可以做到僅需17分鐘就能將電池電量從10%補充至80%,平均充電倍率達到了2.45C,這樣能有效提升用戶的充電體驗。這又是如何做到呢?

  前面說到,神盾短刀電池的物理特性之一是具有較小的內(nèi)阻。內(nèi)阻是電池在充放電過程中內(nèi)部能量損耗的關鍵因素,內(nèi)阻越小,能量轉(zhuǎn)換效率越高。神盾短刀電池通過優(yōu)化材料體系,顯著降低了內(nèi)阻,這不僅提升了電池的充放電效率,也減少了充電過程中的熱損失。

  電池采用的碳納米管具有更細的管徑和更長的長度,這種結構優(yōu)化了負極的連結,為鋰離子提供了更加暢通無阻的傳輸路徑。形象地說,這就像是為離子傳輸打造了一條“高速公路”,大幅提高了鋰離子在電池內(nèi)部的移動速度,從而加快了充電過程。

  另外,在電解液中加入的成膜阻抗更低的添加劑,有助于在電池的負極表面形成一層更加穩(wěn)定和致密的SEI(固體電解質(zhì)界面)膜。這層膜不僅能夠保護電極,防止電解液的分解,還能減少鋰離子在負極的擴散阻抗,使得鋰離子更容易進入負極,進一步加速了充電速度。

 
低溫性能:-30℃溫度下電池容量仍在90%以上

  吉利神盾短刀電池的耐低溫特性使其在極端寒冷環(huán)境中也能保持出色的性能,這對于電動汽車在冬季或寒冷地區(qū)的應用至關重要。做到這一點,有以下幾個技術特點:

  優(yōu)化的電荷傳導:神盾短刀電池的正負極設計改進了電荷傳導的效率,使得在低溫條件下,電池的放電性能更佳。這種快速的電荷傳導減少了電池在寒冷環(huán)境下的能量損失,從而保持了較高的放電容量。

  電池厚度對熱量保持的影響:與長刀電池相比,神盾短刀電池的厚度為18.2mm,這種設計有助于在低溫放電時減緩熱量的散失。較厚的電池結構提供了更好的熱穩(wěn)定性,有助于維持電池內(nèi)部溫度,從而在極寒條件下也能保持電池性能。

  電解液添加劑的創(chuàng)新:神盾短刀電池在電解液中加入了低阻抗成膜添加劑,這種添加劑能在電池的電極表面形成一層具有較低阻抗的保護膜。這層膜不僅能夠提高電池的充放電效率,還能在低溫條件下降低電池的內(nèi)阻,減少鋰離子在電池內(nèi)部穿梭時的阻力,從而提升了電池的低溫充放電性能。

  此外,發(fā)布會上也展示了電池的生產(chǎn)基地,這里不詳細展開說了,概括來說就是,電芯生產(chǎn)基地在鹽城耀寧工廠,采用全自動設備和AI智能技術,實現(xiàn)100%自動化作業(yè);而電池包的生產(chǎn)基地在貴陽閃聚工廠,采用MES系統(tǒng),實現(xiàn)自動化、透明化、數(shù)字化生產(chǎn)。

 
編輯點評:

  可以看到,這次吉利發(fā)布的新一代神盾短刀電池,技術升級點還是挺多的,從電芯內(nèi)部的結構、用料到電池包的結構防護,進行了一系列的升級,使得它在安全、超充、低溫性能以及循環(huán)壽命方面都有不錯的表現(xiàn)。這款電池最新搭載在銀河E5車型上,屆時實車上在動力性能、充電性能、續(xù)航能力等方面有怎樣表現(xiàn)?很快就有答案了。

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