大有可為！億緯動(dòng)力桂客：大圓柱電池可兼具安全性與經(jīng)濟(jì)性
大圓柱電池是近一兩年行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。特別是自從特斯拉在電池日提出“4680”大圓柱電池以來，這種能量密度更高、運(yùn)用諸多“黑科技”的新型大圓柱電池就備受全球矚目。當(dāng)下，不少頗具實(shí)力的電池頭部企業(yè)都在紛紛發(fā)力大圓柱電池。
作為全球?yàn)閿?shù)不多的鋰電池“全能型企業(yè)”，億緯鋰能亦對(duì)大圓柱電池進(jìn)行了前瞻性的排兵布陣，如今已整裝待發(fā)。一個(gè)月前，在湖北荊門動(dòng)力儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)園開工活動(dòng)儀式上，億緯鋰能董事長(zhǎng)劉金成表示，公司將在荊門基地建設(shè)4680和4695大圓柱電池生產(chǎn)線，有可能是全世界范圍內(nèi)最先量產(chǎn)4680和4695大圓柱電池的生產(chǎn)基地。
圖為億緯動(dòng)力戰(zhàn)略工作部負(fù)責(zé)人桂客博士發(fā)表演講
日前，在“第六屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)(CBIS2021)”上，億緯鋰能旗下的湖北億緯動(dòng)力有限公司戰(zhàn)略工作部負(fù)責(zé)人桂客博士在演講中又透露了一個(gè)信息：2021年公司已經(jīng)成功量產(chǎn)鐵鋰版的大圓柱電池，并且準(zhǔn)備在2022年量產(chǎn)46系列的大圓柱電池。
大圓柱電池為何受到眾多一流企業(yè)的重視?
在演講中，桂客談到大圓柱電池有兩個(gè)重要的特征，第一是它的安全性，第二是它的經(jīng)濟(jì)性。而眾所周知，電池的安全性與經(jīng)濟(jì)性很難共存。很多時(shí)候?yàn)闈M足經(jīng)濟(jì)性可能會(huì)犧牲部分的安全性，或者把安全性做上去了成本就要增加。但桂客認(rèn)為，通過良好的設(shè)計(jì)，大圓柱電池可以實(shí)現(xiàn)安全性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。
因此，億緯的大圓柱電池在設(shè)計(jì)上進(jìn)行了四大優(yōu)化：極柱設(shè)計(jì)、殼體設(shè)計(jì)、卷芯設(shè)計(jì)和蓋板設(shè)計(jì)。
在極柱設(shè)計(jì)方面，采用正負(fù)極同側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，面向CTP以及CTC的設(shè)計(jì)，正因?yàn)檎?fù)極同側(cè)，所以它的電連接和泄壓通道是分離的，有效保證了安全性。在殼體設(shè)計(jì)方面，采用高強(qiáng)度的殼體，殼體本身強(qiáng)度可以保證電芯不膨脹。在卷芯設(shè)計(jì)方面，創(chuàng)造性地采用全極耳結(jié)構(gòu)，不同于市面上普遍宣傳的全極耳，億緯有自己的技術(shù)，對(duì)比傳統(tǒng)圓柱電池阻抗降低10倍，同時(shí)導(dǎo)熱性得到了極大增強(qiáng)。在蓋板設(shè)計(jì)方面，則采用高效VENT設(shè)計(jì)，提供快速泄壓通道。
大圓柱電池的安全優(yōu)勢(shì)
正是基于上述的設(shè)計(jì)理念，桂客總結(jié)了關(guān)于大圓柱電池在安全方面的優(yōu)勢(shì)。
第一是能量的小與大，即便是大圓柱電池46950，容量也就大概30Ah，而新能源車用方形鋁殼電池很多時(shí)候都是100-200Ah，就算是120Ah，電池總能量達(dá)到1555千焦/電芯，即使發(fā)生爆炸小圓柱電池風(fēng)險(xiǎn)也要小得多。
第二是時(shí)間的快與慢，由于大圓柱電池本身的柱狀結(jié)構(gòu)以及蓋板設(shè)計(jì)，所以大圓柱電池5秒可釋放75%的電池容量和物質(zhì)。對(duì)比方形鋁殼電池，它的防爆閥面積是有限的并且一般設(shè)計(jì)在蓋板的中間部位，所以15秒內(nèi)僅能釋放50%的電池能量和物質(zhì)。很多時(shí)候5秒和15秒是生與死的區(qū)別。
第三是受熱的少與多，圓柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，柱體是無法相交的只能相切，相鄰電池是線接觸，它的受熱比只有1/6，而方形鋁殼電池是面對(duì)面相靠，相鄰電池受熱比達(dá)到1/2。“這也是為什么大圓柱電池成組時(shí)可以做到?jīng)]有熱蔓延，而方形鋁殼很難做到”。
第四是形態(tài)的定與變。大圓柱電池因?yàn)闅んw強(qiáng)度以及卷芯的結(jié)構(gòu)，整個(gè)生命周期膨脹率非常小，即便膨脹也是向內(nèi)膨脹而不是向外。對(duì)于大圓柱電池來說，電池在整個(gè)生命周期形態(tài)不變，保證阻抗不變。而方形鋁殼電池在整個(gè)壽命周期一直膨脹，尤其在生命周期末尾，方形鋁殼電池的膨脹肉眼可見，導(dǎo)致很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方形鋁殼的壽命，而大圓柱電池則可以實(shí)現(xiàn)。
以上是圓柱電池在電芯層級(jí)的安全性，桂客表示，對(duì)于模組層級(jí)，億緯大圓柱模組有5大技術(shù)保證安全：
第一個(gè)技術(shù)來源于大圓柱電池本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電連接與泄壓通道是分離的，在成組設(shè)計(jì)時(shí)采用定向泄壓的方式，電池可控定向泄壓，保證它的高溫物質(zhì)和電池相隔離。
第二也正是因?yàn)殡姵啬軌蚨ㄏ蛐箟海栽谠O(shè)計(jì)整個(gè)模組氣道時(shí)可采用超強(qiáng)氣道氣壓通道，保證大流量的快速疏通，同時(shí)通過電池防爆閥技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)控制。
第三基于定向泄壓和超強(qiáng)氣道的成組設(shè)計(jì)，可進(jìn)行高效熱管理、自適應(yīng)溫度控制以及多重防護(hù)與干預(yù)。這是億緯46系列圓柱電池在成組方面的優(yōu)勢(shì)。
另外兩個(gè)方面是電氣安全和機(jī)械安全，電氣安全采用超級(jí)電池CCS技術(shù)，利用快充短路防護(hù)集成以及精準(zhǔn)高壓回路控制;在機(jī)械安全方面采用V Model開發(fā)流程，高標(biāo)準(zhǔn)安全類驗(yàn)證，全生命周期壽命大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)。因?yàn)榇髨A柱電池在整個(gè)壽命周期沒有形變，界面阻抗不變，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確壽命預(yù)測(cè)(SOH)。
“正是因?yàn)橛羞@五重技術(shù)，改變被動(dòng)隔離到主動(dòng)疏導(dǎo)、被動(dòng)防護(hù)到主動(dòng)干預(yù)。”桂客總結(jié)道。
大圓柱電池的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)
談完大圓柱電池的安全優(yōu)勢(shì)之后，桂客又談到大圓柱電池的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。通常來講，電池的成本主要取決于材料成本、制造成本。因?yàn)椴牧铣杀镜臐q速太快，而且每家用的材料并不是完全一致，所以桂客主要講了制造成本。
在制造方面，桂客介紹說，大圓柱電池可達(dá)到300ppm的高速制造，這是很大的數(shù)字，因?yàn)閷?duì)方形鋁殼來說一般是10-20ppm，這是由大圓柱本身的形狀決定了卷繞工藝段，以及組裝工藝段都可以進(jìn)行連續(xù)高速不間斷生產(chǎn)。
另外，大圓柱的整道制造工序只有10道，而軟包和方形鋁殼工序會(huì)多很多，所以生產(chǎn)效率更高。在線時(shí)間方面，大圓柱7天，方形和軟包分別是10天和12天。雖然看起來只有5天的區(qū)別，但是對(duì)制造業(yè)來說，這5天非常重要，極大提高周轉(zhuǎn)率、降低庫存率。
不僅如此，桂客認(rèn)為大圓柱的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)還在于它有30年的歷史。圓柱電池在1991年問世，制造過程中的幾乎每一步都經(jīng)過30年的優(yōu)化，每一步以前趟過的坑基本都已經(jīng)趟平。所以一旦圓柱電池達(dá)到穩(wěn)定的量產(chǎn)，就很容易形成PPB級(jí)別的一致性，極大降低不良率。而不良率是一個(gè)很重要的指標(biāo)，行業(yè)內(nèi)有一句話叫作“圓柱電池做好了就是印鈔機(jī)，做不好就是一個(gè)燒錢的機(jī)器”。
與此同時(shí)，從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì)、設(shè)備、回收來看，因?yàn)?span style="color: rgb(0, 112, 192);">圓柱電池本身30年的歷史以及它極致的高速制造，圓柱在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈很容易形成標(biāo)準(zhǔn)化。桂客舉了易拉罐制造的例子，全球每年有1800億個(gè)易拉罐被造出來，但是只有3個(gè)型號(hào)，這就是高度標(biāo)準(zhǔn)化的行業(yè)，也正因此易拉罐的成本能夠降得非常低。桂客認(rèn)為，圓柱電池也有同樣的可能性，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)業(yè)鏈，在鏈條上每個(gè)環(huán)節(jié)損耗都可以降到最低。
最后，桂客對(duì)大圓柱電池的安全性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)。安全性主要在于結(jié)構(gòu)安全、熱安全、成組安全和制造安全。經(jīng)濟(jì)性主要在于材料成本和制造成本，材料成本上的低膨脹率、高強(qiáng)度殼體、更高能量密度化學(xué)體系;制造成本上的高速制造、工序少、在線時(shí)長(zhǎng)短、一致性好、不良率低、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。
看完桂客的介紹，您是不是覺得大圓柱電池大有可為?
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