朱玉龙

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2022-01-10

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如何看待联动天翼的 26-46mm 系列圆柱产品 ?

  1. 动力电池
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2022 年 1 月 8 日参加了联动天翼新品在上海中心举行的发布会,见证联动天翼圆柱系列产品正式发布。

近几年,圆柱电池在中国动力电池领域的份额其实是越来越少的:在全球范围内在量产的也就是 Tesla(Panasonic 1865、Panasonic 和 LG 2170 和马上的 4680)、Rivian(2170 SDI)、Lucid(2170 LG)和岚图(2170 SDI)。这条技术路线看起来有一些孤独。

而联动天翼新品几乎都是围绕圆柱而来,这个就很有意思了。

▲图 1 圆柱系列的新玩家:Speed 2、Speed 3 和 Speed 4

圆柱电池系列

圆柱系统,是容纳高镍和含硅的化学体系,属于比较好的容器,最主要的原因是电芯单体的能量可控,再通过设计级联和隔离方式,在 Pack 层级都具有良好的安全性,最终形成模组 / 系统后可以达到 NTP(永不热失控)。

从整个产业趋势来看,下一步想做高能量密度,从技术层面降本,还是只能从这个方向想办法。

去年,特斯拉在 BATTERY DAY 上发布了 46800 圆柱电芯。46800 可以达到传统电芯 5 倍的容量,相应的系统集成也会简化。两年间,各大电池厂商均开拓了大圆柱电池的布局,各个电池企业都在类似的一个尺寸条件下,采用不同的结构设计及结构功能性材料,试图提高导热效率,降低内阻。

▲图 2 不同类型的封装形式比较

但是实际上,单纯 46800 的尺寸也不能完全满足所有的需求,比如高度上其只能适配特斯拉的矮 PACK 设计,这也是为什么现在已经有了 46950 的原因。考虑到整车企业 PACK 的主流设计,参考方形的高度,在乘用车领域,高度 100 左右的圆柱的使用也是很有可能的。

随着行业的快速发展,留给整车企业去筛选电芯技术路线的时间也变短了。

按筛选要求的优先级来排序的话,是按下面这个逻辑:

  1. 安全:上了 10 万以上,必然要首要强调安全性;
  2. 成本:想要从高端下来,70-90kwh 的电池,成本是重要的要素;
  3. 能量密度:Wh/L 其实是一个隐含的要求,代表一个电池壳体里能否装入目标电量,而 Wh/kg 能有效降低大容量电池的重量,在高里程车辆里面降低电池的重量占比;

目前中国的电池产业有明确的路线,就是围绕磷酸铁锂去做高安全和低成本的解决方案,覆盖 10kwh-80kWh—— 这个已经是非常确定的方向。但是电芯的能量密度是卡在了 190wh/kg,系统能量密度在 150wh/kg 左右,百尺竿头更进一步,就得依靠新的办法。

▲图 3 整车企业对电池的需求

● 能量密度

从单体能量密度来看,重量能量密度比较高的是软包(结构件占比非常小),但是带来的问题是封装层面的,也有能量密度高了以后如何做热失控隔离的问题。

圆柱的能量密度相对也很高,它可以容纳最新的技术。和方壳相比,圆柱能有效容纳 JR 使用率,可以提高 8% 的百分点的(在膨胀方面,方壳要预留空间,因此容纳率低);但是圆柱电池容量比较小,直接比较起来还比较吃亏。

特斯拉对这个变量的解决方案是,提出用更大只的圆柱电池。这是因为,如果想要把高镍、硅碳负极等影响安全性能(但提高电池容量)的技术整合到动力电池里面,不靠圆柱的方案去尝试,整个技术战线会拉得特别长,而且存在很多系统性的成本问题去改善。

从现有的逻辑来看,正极技术的发展要么围绕高镍或者高电压来做;负极围绕高硅来做。在国内我们看到 Ni55 高电压的技术,也只是一种过渡的策略,需要围绕高镍再进一步,才能有效提高性价比。

▲图 4 长续航技术的核心

● 快充时间

快充时间是阻碍电动汽车进一步提高市场率的关键。

对快充而言,构成阻抗因素的主要分为三类:界面阻抗、离子阻抗、电子阻抗。

做高能量密度其实和快充能力是有些违背的,所以想要做长续航又要做快充,而且还要保证安全,这个三角里面,能妥协的还是需要一个相对稳定的容器。

▲图 5 快充的技术核心

从电芯的快速发展来看,中国动力电池企业如果不积极参与大圆柱的快速迭代,是有可能被颠覆掉的。

目前,国内的圆柱电池企业主要包括力神、比克,而联动天翼这次进场,也是聚焦在高端圆柱电芯,有望是业内下一个增长点。

SPEED 系列圆柱电池

在这次发布会上,杨博士展示了最新的产品研发成果:SPEED 的圆柱型锂离子电池家族,包括之前已经公布了的直径为 26mm 的 SPEED2 系列、以及新发布的直径为 37mm 的 SPEED3 系列,和直径 46mm 的 SPEED4 系列。

这里有一个基本的设计理念:虽然从长期来看,圆柱电池可能会形成一定的标准电芯,但是在现有全球汽车企业去尝试使用的时候,允许根据车企自身的需求,让圆柱电池可以有不同的设计方案。

SPEED 系列的三种方案如下:

(1)SPEED 2 :

直径 26,高度 60-100 可调量产时间 2022 年 Q4

这款电池是在 2021 年 9 月发布的,主要的目标是针对高性能快充动力电池,电芯单体能量密度达到 260Wh/kg,充电 8 分钟可以达到 400 公里续航,设计的快充循环次数大于 800,这个系列主要是兼容现有的设计。

快充速度,是这款电芯比较大的特点,要解决这个快充是一个多学科跨专业的技术,其性能需要机械、电气、材料、化学、控制等多方面共同作用。

▲图 4 SPEED2 的 26mm 电池

(2)SPEED3 :

直径为 37mm 高度 60-110

由于圆柱的尺寸相对可调,所以在原有的 26mm 的基础上,调整以后的 37mm 的 SPEED3 电池,既能避免 46mm 直径锂电池在可制造性、热、力与结构设计等方面面临的多重挑战,又能实现比 26mm 锂电池更高的能量密度,主要是平衡能量密度和快充能力,适合高端乘用车。

▲图 5 SPEED3 的电池

(3)Speed 4 电池:

SPEED4 系列的尺寸是 46,高度在 60-110 可调,设计方向是从多极耳至全极耳的设计。能量密度大于 285Wh/kg,快充时间为 20 分钟,快充工况目标是 1200 周。定位在稳健的体系设计,追求更低成本和全面综合性能,更适合普通家用车。

▲图 6 SPEED4 的电池

小结:今天的次条正好是分享 4680 的情况,而联动从技术上的系统考虑布局,研发理念恰恰是 「more than one answer」, 即 46mm 圆柱是方向,但不是唯一答案。让我们对圆柱电池多一点点期待,为下一代动力电池的设计提供更多一些的方向。

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