2020年,特斯拉正式提出4680大圆柱电池技术,通过无极耳(也称全极耳)技术,创新地解决了圆柱电池体积增大后内阻和发热量问题,满足高能量密度、高功率等性能要求,使得大圆柱正式进入行业视野。

大圆柱电池采用钢壳设计,对极致化学体系兼容性好,且制造成本低、易于标准化,越来越受到中高端乘用车市场的青睐,大部分车企都将大圆柱电池作为主要路线之一。

值得注意的是,无极耳电池技术虽然解决了圆柱电池电流路径的问题,但正负极异侧设计所带来的电子传输路径仍然过长,导致内阻偏大,且受限于传统材料和工艺设计,无法满足高端乘用车应用市场的极致需求。

近日,国内电池企业在大圆柱技术创新上已先行一步,基于结构和材料层面变革性的创新,引领大圆柱技术新趋势。4月19日,正力新能发布全球首款双重半固态大圆柱电池——“正力·骐龙”大圆柱电池系统,该电池采用正力新能独创的“极能环、极能盖、极能态”三大核心技术,集超安全、超高能量密度、及整车100万公里超长寿命和充电10分钟续航500公里的超快充技术于一体,支持纯电MPV车型,满电续航1000公里以上,且电池包容量高达170kWh,是目前国内乘用车电池中带电量最大的电池系统。

破解行业痛点,正力新能独创三大极能电芯技术

数据显示,今年一季度中国市场新能源汽车销量达到209万辆,新车渗透率超过30%,随着新能源汽车的普及,高端乘用车需求越来越大,主流车企陆续推出高端车型来吸引消费者;同时,宝马、大众、奔驰等海外车企也在加码高端乘用车布局。

现阶段,受限于电池材料、设计和工艺难题,主流电池仍无法满足高端乘用车对续航、充电速度、安全和使用寿命的极致需求。正力新能基于LISA3-2-1 研发战略,针对高端乘用车市场需求痛点,依托正力极能技术电芯体系,推出46系列大圆柱电池,电芯单体容量达到49.5Ah。

据正力新能介绍,该大圆柱电芯是公司基于材料、结构、设计和工艺装备等维度创新,并通过“极能环、极能盖和极能态”三大创新形态产出的成果。

极能环技术:传统 4680圆柱电芯正负极采用异侧设计,电子传输路径过长,内阻偏大。正力新能独创同侧出极耳技术,大幅缩短电子传输路径,降低欧姆电阻。据悉,为了实现同侧出极耳结构,正力新能开发了激光模切卷绕一体化的闭环圆柱制造设备,解决了同侧出极耳的工艺难题,实现了产品的全面升级。相较于无极耳技术,极能环技术大圆柱电芯电子路径缩短80%、欧姆阻抗下降 30%,体积利用率提升3%。

极能盖技术:正力新能将传统的氟橡胶密封圈设计升级为刻蚀纳米注塑技术,相较于传统的顶盖集成技术,该技术可降低10%成本;PPS与顶盖、极柱表面形成纳米级的锚栓结构和化学键结合,氦检气密性提升两个数量级,是传统密封圈水平的100倍,从而提高了电芯单体空间利用率及全生命周期可靠性。

极能态技术:即双重半固态电芯技术:超高镍正极材料的固态电解质表面修饰技术、固态电解质复合隔膜。得益于双重半固态技术的加持,大圆柱电芯的热稳定性得到明显改善,失效起始温度提高10度,失效后最高温度降低150°C。此外,在安全性得到提升的同时,电芯的功率性能也得到了改善,零下20°C 低温功率提升了20%。

可以看到,基于大圆柱对极致化学体系的良好兼容性,以及公司对电池材料技术的创新研发,正力新能在材料创新上,正极使用超高镍,负极使用硅碳,同时率先在行业应用固态电解质表面修饰技术、固态电解质复合隔膜技术,使得公司的46圆柱电芯,能量密度达到306Wh/kg,处于行业领先水平。

在结构和设计创新上,正力新能独创了同侧出极耳电芯技术,解决了现有4680圆柱电芯内阻偏大的问题,同时首创了纳米注塑技术不仅提高了电芯单体空间利用率及全生命周期可靠性,还降低了电芯成本。

基于材料、结构方面的开创性创新能力,正力新能也同步进行了相关技术布局。截至目前,正力极能电芯技术已经布局 291 项专利,其中纳米注塑25项、高镍+硅碳 64 项、半固态技术 16 项、圆柱电芯技术 125 项、圆柱电池包技术 61 项。

170kWh引领超长续航 正力·骐龙全新定义“三超一快”

与目前业界在大圆柱电池技术上多采用跟随状态不同,正力新能率先开创同侧出极耳、纳米注塑、双重半固态技术,破解了当前大圆柱电芯的行业痛点,进一步探索了大圆柱电池的性能、安全、成本极限,以能量密度306Wh/kg,单颗电芯容量49.5Ah,4C超快充性能等多个优异性能,满足高端乘用车的极致需求。

依托三大独创技术,基于正力新能46系列圆柱电芯,正力新能推出的“正力·骐龙”大圆柱电池产品,带电量达到170kWh,创下目前国内新能源乘用车电池包容量之最。不过,电池容量只是正力新能在系统层面创新的一个缩影,“正力·骐龙”在安全、寿命、快充、CTC结构设计等方面的创新也可圈可点。

安全层面,现阶段如何保障超高电量产品的安全性是大容量产品的“珠穆朗玛”。除了采用极致安全的46大尺寸圆柱电芯,正力新能在系统层面还进行了多重安全设计:

首先是应用热电分离技术:电芯失效时防爆阀向下喷发排气,保证乘员舱的安全,且与电气连接区域上下隔离,防止拉弧二次短路,且仍能保证监控系统正常工作;

其次,应用多重侧面热防护技术,实现电池包级别的永不热扩散(NTP)。

系统能量层面,以306Wh/kg超高能量密度的圆柱电芯为基础,正力新能在系统结构上利用电池包上盖与整车底盘集成的CTC设计,整包电量高达 170kWh,是目前国内乘用车最大电量电池系统。

为延长电池系统循环寿命,正力·骐龙采用系统高效均衡热管理,保证电池工作环境的一致性;多支路并联设计,各支路流量偏差<3%;热阻均衡逆向设计,快充工况下整包电芯温差小于 5℃,从而保障整车全生命周期内可以实现100万公里的超长续航。

在快充方面,正力·骐龙采用800V高压快充平台电气设计和系统超强热管理。其中,800V平台电气设计,满足高压大电流快充;高效热管理,快充最大温升小于 30°C;同时集成BDU液冷,保证电气件的工作稳定性;正力骐龙可以支持4C快速充电,充电10分钟续航500公里。实现纯电MPV车型满电续航1000公里以上,真正做到,千里奔赴,一充即达;

凭借170kWh的超大容量、NTP 的超安全保障、245Wh/kg的超高系统能量密度、100 万公里的超长寿命,以及4C的超快充性能,正力新能正重新定义“三超一快”,以极致性能引领高端乘用车电池技术新趋势。

“正力·骐龙”电池系统也已于2023年完成装机测试,并且已由整车厂送检第三方权威检测机构,电芯及电池包获得了多项检测认证证书。未来,随着“正力·骐龙”电池以极致性能和体验,陆续配套更多高端车型,必将不断提升正力新能在全球电池市场的竞争力。

据悉,2023年,正力新能正式对外发布了「LISA-321」的长期研发技术战略,并布局覆盖「陆海空」全生态全应用场景的产品研发体系。在此基础上,正力新能不断实践电化学材料差异化的探索,提供标准化电芯的解决方案,助力车企实现电池包平台化,践行多路径均衡发展的长期战略。

目前,正力新能已构建涵盖BEV、PHEV、EREV和HEV等汽车,储能、电动载人飞行器、电动船舶等全场景、多路径的技术路线和产品矩阵,并在海陆空各领域都已经与全球客户进行深度全面合作。