宁德时代解决硅负极问题,开发出比能量304Wh/kg电池样品

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攻克困扰电池界10年难题 宁德时代开发出比能量304Wh/kg电池样品

来源:科技日报   作者:谢开飞  2019-03-19 10:36

电动汽车因存在续航里程短、成本高等问题,许多潜在消费者对其望而却步。

锂离子动力电池能量密度已成为其产业化瓶颈,为此美、日、韩等国都制定了相关产业政策,其目标均指向“2020年能量密度达300Wh/kg”。日前,在国家重点专项支持下,宁德时代新能源科技股份有限公司研发团队攻克高镍三元材料及硅碳负极材料等关键核心技术,率先开发出比能量(质量能量密度)达304Wh/kg的电池样品,在这一国际竞赛中折桂。

打通“任督二脉”,补齐正极材料短板

锂离子动力电池是目前应用最为广泛的新能源汽车动力电池,是新能源汽车的核心部分。其优势在于能量密度高、循环寿命长,其技术难点在于稳定性和安全性要求高、制备过程复杂,该核心生产技术一直掌握在世界少数几个国家手中。

电池的能量密度,是指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。“目前能量密度的提升,成为制约锂离子电池发展的最大瓶颈,面临着诸多世界级难题。”宁德时代首席科学家吴凯说,电池厂家可通过增大电池尺寸来达到电量扩容的效果,但电芯“变胖”或者“长个儿”只治标,并不治本。

究竟是什么限制了锂电池的能量密度?

吴凯介绍,电池背后的化学体系是主要原因。一般而言,锂电池的四个部分非常关键:正极、负极、电解质、膈膜。其中正负极是发生化学反应的地方,相当于人体“任督二脉”。

由于目前负极材料的能量密度远大于正极,正极材料就成为了“木桶的短板”——锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料,所以提高能量密度就要不断升级正极材料。但是,我国高镍材料开发起步晚,技术积累较为薄弱,制备工艺及装备条件较为落后。

“批量稳定供应高性能的高镍正极材料,是高比能量动力电池开发的关键技术难点之一。”吴凯说,为此,宁德时代依托国家工程研究中心、福建省重点实验室等重大科研平台,通过与产业链上下游合作单位的协同开发,优化原材料合成工艺条件,提高结构稳定性,调整微观结构、控制材料形貌和尺寸分布,逐步实现了国产高镍材料的规模化生产及应用。

与日韩竞争对手的同类材料相比,目前国产高镍材料具备可逆容量高、压实密度高、表面及体相结构相对稳定的特点,将打破日韩技术垄断,提升国内产业链技术水平及国产动力电池核心竞争力,打掉创新路上的“第一只拦路虎”。

颠覆传统,解决负极材料的硬伤

负极材料也是锂离子电池的核心材料之一,目前大多采用石墨作为负极材料。随着对续航里程需求的持续升级,传统石墨负极已不能满足市场对电池能量密度的期望。

据测算,硅基负极材料的比容量可达石墨负极的10倍,被看作是后者的“替代者”。传统硅基材料的应用,主要采用碳包覆技术,即在硅材料表面复合一层碳材料。吴凯介绍,但由于硅材料充放电过程中体积变化高达300%,多次循环后表面包覆的碳材料会破碎、脱落,对硅材料的保护作用大幅减弱,从而导致电池循环性能不佳。

这一世界级难题如“幽灵”一般困扰产业界10来年之久。

宁德时代摒弃了传统碳包覆技术,转向研究人造电解质界面膜包覆技术。历时2年多,将这一技术应用到硅材料制备,开发出具有自主知识产权的新型人造电解质界面膜包覆的硅碳复合负极材料,其循环性能表现显著优于国外产品,打掉创新路上的“第二只拦路虎”。

“与碳材料相比,人造电解质界面膜与硅材料的结合作用力更强、弹性更好、不易破碎或粉化,对硅材料起到很好的保护作用,因此能够在循环中大幅提高硅材料的界面稳定性,从而提升电池的循环寿命。”吴凯说,此举将促进我国充分掌握材料改性、前驱体合成等多方面的核心技术,实现关键材料技术的国产化,为硅碳复合负极的逐步商业化推广应用提供了重要保障。

完美“瘦身”,率先使用航空级别的“7系铝”

在能耗不变,体积和重量都受限的情况下,新能源汽车续航里程,主要取决于电池包的能量密度。

“这就考验研究人员为电池包‘瘦身’的能力。”吴凯说,宁德时代首次将航空级别的“7系铝”运用至电池包下箱体。“7系铝”,铝中的“战斗铝”,常被用于制造飞机起落架,具备轻盈、坚固、安全等特性。

吴凯告诉记者,“7系铝”应用也具有很多风险,特别是应力腐蚀现象(金属材料在某些特定的介质中,由于腐蚀介质和应力的共同作用而发生断裂)。

“业内普遍认为这是‘7系铝’的技术难点,甚至是技术禁区。”吴凯说,为此,他们通过上百项的实验及相关工艺改善,使得应力腐蚀指数控制在行业内最高水平。目前,宁德时代已成功开发出“7系铝”下箱体,并已量产。

至此,该企业电池包下箱体轻量化设计已处于世界领先水平。这一全新能量密度的动力电池,能使B级纯电动轿车电池仓在现有基础上,不额外增加空间,载能量(装载电池的总电量)即可提升约50%;车载动力电池系统能量提高50%;整车重量可在现有基础上减重250公斤,使该车型标准工况续驶里程提高到600公里以上……


网友评论:
成了?
手机的锂电池能用上不?

—— 来自 samsung SM-G9500, Android 8.0.0上的 v2.1.2
LG现在是除了tesla的松下以外最大的车用电池供应商了吧,基于成本也没用上自家笔记本的280+ WH/KG的纳米碳负极锂电池
离量产还有时间
这文章先说现在电池瓶颈在于正极材料
然后说改进了了负极,减少了电池保护壳的重量
emmmmmm。。。。

—— 来自 Xiaomi MI 8 SE, Android 9上的 v2.1.2
爆炸威力是不是能赶上150榴弹炮了?


分段看文章写的还是有水平的,没什么大错。具体性能,什么时候出实验室就不知道了,不过股价是应声高涨,可喜可贺。

除了钢壳的18650泄压阀被堵有可能爆炸外,没听过电池爆炸的,都是自燃而已。
现在的手机电池差不多也是这个水平吧,看起来吹的也不夸张


电池技术重大突破月常  1/1
手机电池还是用不过一天 65535/1



----发送自 App for Android.
电池技术日常突破
这个说法半年前就有了,但宁德时代自己一直没有官宣。
问题是出实验室
镁铝合金么?烧起来如何?

说了正极不过从“将”打破垄断来看,这一款电池估计还没应用国产正极材料……
产能和成本如何?

这几句不都是套话么,我直接无视了。。。
日常

—— 来自 nubia NX523J_V1, Android 5.1.1上的 v2.1.2
反正我是不信的
查了一下,1克TNT的能量是4184 焦。

1焦=1瓦秒

304Wh/kg的电池,一公斤电池能量大约是262克TNT的水平。

电动车500公斤电池组,大约就是130公斤TNT,可以填满250公斤级的铁炸弹。

瞬间释放一下,汽车应该可以上天

现在就看厂家的起爆设计是否到位啦
感觉是出货文

点背的手机用户们泪流满面,自燃速度似乎有点快,都来不及躲避的

http://www.sohu.com/a/220759290_99966716




你不如算一下60L汽油的热值相当于多少TNT
电池新闻毫无意义

汽油需要氧气,电池不需要

标配弹射座椅可破

手机能炸断手,根本来不及扔掉,弹射座椅难道还能更快不成233

只要有泄压口,瞬间释放不是爆炸,而是N2加速而已

极品飞车:电气狂飙
高镍材料确实可以提高能量密度,但是高镍本身从资源角度来说就是死路一条。镍的全球储量是极不平衡而且比较少的,过去十年因为锂离子电池的广泛应用,镍价格已经翻了好几倍了。再用高镍材料,是怕消耗不够快?电动车的电池可是消耗品而不是耐用品。

高镍比高钴有资源

一个想法不一定对,或许辐射里面会爆炸的汽车是用来三爽的note7电池

原来三星手机爆炸是CPU炸的。

你看清楚,讲正极的是第一只拦路虎,负极的是第二只拦路虎

三星哪部是爆炸?都是起火燃烧,当然我话说死了,应该说非硬质外壳的锂电池不可能爆炸,爆炸也是电解液气化导致的膨胀。



然而讽刺的是尽管汽油的能量密度是锂电的几十倍,装满汽油的汽车油箱却还是比锂电更安全......

http://www.acfun.cn/v/ac4306139
全金属被甲弹直接打穿都不起火,还得再用曳光弹将漏出来的汽油点着才会炸,换锂电池来?动辄上百块动力电池堆在一起,随便哪块的外封被戳破/挤破,起火基本是必然事件,然后就是连锁反应烧个痛快,当场火化......

讲道理,一票燃油跑车跑不过豪华型电动车的

这么算的话  汽油又多少能量


汽油车烧车见得少?大众途观敦煌事故了解一下,这种例子太多了,多到绝大多数根本就上不了新闻

目前唯一有出处的对比数据,是特斯拉自称的燃油车烧车几率是电动车5倍。

这个问题不要想当然。
未来是氟化物的



说的是油箱和动力电池包的对比,真要扩大范围的话那确实扯不清楚了,燃油车因为电气系统短路自燃的也不少,所以这个锅也是甩给油箱的?

另外上面说燃油车跑不过电动车,你还得强调一下是原厂而且只能比直线,蔚来造个不能上路不符合任何比赛规则的EP9在纽北刷个6分45就恨不得吹到天上去,然而量产的合法街车LP770-SVJ跑进了6分44,同样在非量产组里6分45这个成绩被一堆规格赛车吊起来打,规格赛车基础之上改装的破鞋919 Evo都刷到5分19了,比EP9快了一分多钟,不受任何限制从零开始的定制车型只能做到这个程度,我是真看不懂现阶段电车的性能有什么好吹的......

你这精准打击也太过分了,直接把油纸包的德系自燃机给纠出来,让人无法反驳

途观的问题是国产L,国产电动车烧起来也比特斯拉严重多了,放到同等的价格做工上来比较才是重点,三星boom7要是是1000-2000的低端产品线,boom了也没这么大影响,
特斯拉最大的问题就是2T车重,高压轮胎,城市60-80速度擦栏杆 动能释放完也惨烈的一匹


当然比整车啊,比组件有什么用,又不是骑在油箱上面跑的

比性能不是这么比的,限定落地价50万或者100万,你看有几个合法量产燃油车跑的过特斯拉的

掉轮子算个事吗,25%碰撞有几个不掉轮子的,这是设计。什么安全测试都是测人的安全而不是车损吧。

勒芒24小时耐力赛,可以试试看特斯拉什么表现



所以我都说了你要限定只跑直线,不然的话特斯拉照样不行,你要100万以内可以落地的是吧,TGT圈速榜,同样干地,特斯拉Model X 1分29秒点6,宝马M3 1分24秒点3,你要嫌超预算的话,那宝马M2是1分26秒2,还不行那福克斯RS好了,在国内100万买两辆落地都够了,1分28.4而且这还是静止起步圈,电车的起步加速优势还在,跑飞行圈的话怕不是被甩得更多
当然,虽然都是找职业车手来跑成绩,但毕竟TGT主要还是个娱乐节目,你要有别的赛道的数据可供参考的话那更好,只可惜我是没见过什么人用特斯拉去赛道里装逼的,毕竟底盘上堆着那么一大坨累赘的电池,下赛道装逼搞不好被打脸就难看了,都是比个直线加速然后高呼强无敌不可战胜就完事收工了



不差负极的这点性能,锂电池差就差在正极
真要有啥实质性突破,就不是文中这简单几句话了



是你不知道还是试图假装我不知道Model X是SUV?你从榜单上再找一辆燃油SUV来比谢谢呀,别以为我没看过那集,奥迪都快丢人死了

炒鸡无敌的巴伐利亚机械制造坊出品的集数十年大成之作竟然只比个新组建的帐篷厂组装的重型SUV快5秒。。。。。。。

请先解释一下什么工作要你24小时在路上


所以前面张口就“有几个合法量产燃油车跑的过特斯拉的”里的“特斯拉”是不包括Model X的咯?还是说“合法量产燃油车”特指SUV?

你这随意增减前提定义就能从一个胜利走向另一个胜利的心态着实不错,你倒是说说有什么跟Model X一个价位的豪华取向燃油SUV整天吹逼自己加速快强无敌的?能吊打Model X的燃油SUV当然有啊,Urus吊打Model X轻轻松松的事情,可惜你又要说人家车更贵了,那就祝你享受从一个胜利走向另一个胜利的旅途上精神愉快吧



F1里每圈为了削掉一秒需要的研发费用是1千万欧元,5秒辣奏是5千万,真·四舍五入就是一个亿啊兄逮!



几辆燃油轿跑车甚至纯跑车指着一辆SUV说自己跑的比它快,还有一大票自称的性能车甚至不敢露脸,你丢的起这个人,哪个燃油车厂都丢不起这个人啊

你要这么比,来来来,这有一辆百万级卡特彼勒,咱们比挖土

那就按照F1的规则,300公里/2小时,试试看要充电几次?能在路上坚持50分钟吗?

谢谢你让我知道了同价位燃油跑车的水平


那你倒是拿出点特斯拉别的车型的圈速来比比嘛,我能找到的就是这个了,为啥整天虐爆燃油车的特斯拉不去多刷几个赛道来证明证明自己的实力?还是说对于特斯拉来说直线就是一切性能的体现了?如果是后者的话那还真不愧是个美国车厂呢

出门左转FE竞赛委员会,他们比较专业
上了赛道,你跑不了几圈就回去充电,这可是大大的不妙,超充再怎么吹牛皮,能量密度也是死穴


错了,同价位的那是M2,圈速差不多的福克斯RS比Model X便宜大概30万软妹币

所以我说了啊,你要比圈速行啊,TGT榜单你敢不敢贴一下其他SUV都在什么位置?

这就开始怂了?3秒真男人

讲道理,二环也就27公里,能跑13分钟算快的


我还真没找到别的SUV的圈速,包括Urus在内,至少在节目里他们是没测也没公布,如果你找得到的话欢迎公布我确实很好奇强无敌的特斯拉能比落后腐朽的燃油车快多少

P100D被四舍五入了?还是M2都能涨价系列?

这事这么简单:特斯拉也就百万,你准备掏多少钱?
今天学习到一个新姿势,小钢炮vs家用SUV

这不就是了,其他SUV慢到上不了榜,零百跑进5秒都能狠吹一阵,你还指望圈速?
这种电池日经月经的事情,还是等能买到真货再说吧


Polo GTi雨天的成绩都有你说别的SUV没圈速是因为慢到上不了榜,阁下这个脑补功力着实强大,在下自叹不如

哎呦,怎么又从赛道退到二环了,再怂点好吗? 如果是堵车路段,更能发挥电驴优势啊

我一直都说同落地价比较,你非要找个F1来,也行啊,让F1上二环呗

你想掏多少都无所谓,自己冤大头就行了,别拉着别人。


你堵车多还是赛道多啊

谁跟你讲F1了?你理解能力未免太低。

随便找个性能车,上赛道跑个2小时,结果还用问?

电动车上赛道,半个小时都难,比个毛线。


小钢炮对SUV不公平,那就小钢炮(如果M2也算钢炮的话)对轿车咯好不好
M2 Competition(国行叫雷霆版)在纽北跑到7:52
http://www.bilibili.com/video/a ... 6333371459073779598

强无敌的家用轿车特斯拉Model S P85D在纽北没有官方的成绩,车主自测最快是8:50
http://www.bilibili.com/video/a ... 7048966860333516602

强无敌的特斯拉居然会比巴伐利亚机械厂的车慢了接近一分钟,肯定是因为车手驾驶技术辣鸡外加车是旧款啦,改用新款外加职业车手肯定能快上一分多钟将巴伐利亚机械厂的辣鸡踩在脚下对吧


那就拿一个嘛,随便什么跑圈测试,你找个比model x快的SUV出来看看

你喜欢强调堵车,没人拦着。

正常人可不喜欢堵车。

已经被逼到抬出M2C了,看来是无可用之兵了,相似的车型,看来还是要roadster出场



你倒是说说除了TGT的第三方测试,Model X或者什么别的特斯拉车型有啥官方成绩啊,至少我是从没听说过,难道这就是特斯拉无敌的秘密?只要不去刷圈就是最强的,毕竟你无法打败一个不存在的东西啊

另外别的厂商毕竟不像特斯拉那么高冷,还是会去测试的,阿尔法罗密欧Stelvio四叶草当初刷出来7:51,我倒是很好奇Model X能跑多少,毕竟一般人开Model S这种轿车都只能跑到8分多只可惜特斯拉毕竟太高冷不想让我这种凡人知道他的实力

既然你赛道比时间长短,那么我们比市区路况谁先趴下啊


有种上赛道来比
堵车龟爬时你特车确实无敌,问题是没人喜欢比龟爬。

这就是卖家秀和买家秀的差别了,肯定哪个买家都跑不出这个成绩
看你们车迷吵架真有即视感,那种抱着老一代像素游戏和新一代真实画面游戏的玩家之争。

问题是你特车连个卖家秀都不敢,直接搞个玄学秀。


吹Roadster?我觉得还是算了吧,初代在旧版TopGear里同样是湿地成绩,还不如莲花Exige,当然初代那玩意儿是激烈驾驶都能烧电机的半成品说起来不太公平(尽管马一龙艺高人胆大半成品照样拿去卖,但那是另一回事),至于第二代么,17年就开始画饼,都画了那么久了,钱也收了,啥时候交车顺便拉去纽北溜溜让我们见识见识未来之车的实力就好了,也不至于在这打口水仗

roadster应该不远了,就等量产版测评了,这样就能和我的B58双宿双飞了


毕竟马一龙的最终目标是你买的特斯拉能自己跑来接你上下班,自己开着车跑到赛道去刷圈太掉逼格,不符合特斯拉的价值观(笑)

另外认真讲句,厂家自己刷圈搞卖家秀,最常见的作弊手法就是偷偷减重,然而这招对特斯拉来说不太好使啊,毕竟最重的就是那一坨电池,拆得少了没效果,拆得多的话纽北那么长搞不好半路就趴窝那岂不是更难看
四舍五入的一亿欧拆减技术值得研发