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德耐隆浅谈刀片电池是如何解决低温性能差问题

  本站   2021-06-14 次浏览

随着比亚迪宣布,旗下全系纯电动车行开始全面搭载刀片电池。而此前,比亚迪称将向一汽和红旗供应刀片电池。可以预见,随着新能源汽车的逐渐普及,刀片电池的需求也将进一步增加,也将带动磷酸铁锂的价格。伴随的低温极寒对电池性能影响的话题也随之展开。

众所周知“刀片电池”属于磷酸铁锂电池,从产品结构来看就是将动力电池的电芯加长,使单个电芯形状扁平、窄小,虽仍保留了模组的结构,但其通过多个"刀片"捆扎形成模组,通过少数几个大模组的组合成电池,整体思路同样是减少模组结构和单体连接线束,提升封装效率。同时,可以大大提升其能量密度。

长期以来,低温始终是困扰电动汽车普及的难点之一。这是因为目前市场上主流的锂电池在低温的影响下,正负极的电解液和粘接剂流动性会变差,导致电池的容量还有性能下降,从而引发电动汽车续航变短、充电变慢等问题。

针对磷酸铁锂电池低温特性影响因素做了比较详细的研究:一个是正极的影响,磷酸铁锂正极本身电子导电性比较差,另外比较容易产生极化,降低容量的发挥;第二个负极,负极这块主要是低温充电,因为它会影响到安全性问题;第三个是电解液这一块,可能低温下黏度会增大,锂离子迁移阻抗会增大;第四个就是粘结剂,现这个对电池的低温性能影响也是比较大的。

简单而言整个思路是从正极、负极、电液、粘结剂四块提高磷酸铁锂电池的低温性能。

正极方面,现在都是纳米化,它的粒径、电阻力,AB平面轴长大小三方面会影响到整个电池低温的特性。通过三种工艺制备了磷酸铁锂,从整个制备的条件来讲,不同的磷酸铁锂工艺纳米化跟包覆,我们从AB面的轴长来看,AB面轴长的增大使得锂离子迁移通道会变大,将有利于提高电池倍率的性能。不同工艺对正极也有不同的影响,100到200纳米粒径磷酸铁锂做出的电池低温放电特性比较好,在-20度可以释放94%,也就是粒径的纳米化缩短了迁移的路径,也提高了低温放电的性能,因为磷酸铁锂放电主要是跟正极有关。

在结构和材料方面,比亚迪在刀片电池中配备了保温绵以及特殊的保温材料,强化其低温性能。另外,比亚迪更是采用了更加有效、科学的热管理系统,通过自动控制让刀片电池的内部环境保持在一个最佳的工作温度,从而减缓低温对电池造成的影响,让刀片电池拥有优异的低温性能。

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在冬天低温下放电问题不大,主要是低温充电。因为在横流比方面,1C或者0.5C的横流比非常关键,到恒压需要非常长时间,通过改进三种不同石墨的对比,发现其中一种在-20度充电恒流比有比较大的改善,从40%提高到70%多,层间距的增大,还有粒径的减小。

  电解液这一块,在-20度,-30度下电解液结冰,黏度增大,形成性能恶化。电解液从三方面:溶剂,锂盐,添加剂。通过实验发现溶剂对磷酸铁锂电池低温影响从70%多影响到90%多,有十几个点的影响;其次,不同锂盐对低温的充放电的特性有一定的影响。固定了溶剂体系和锂盐基础上,低温添加剂可以使放电容量从85%提高到90%,也就是说,整个电解液体系中,溶剂、锂盐还有添加剂都对动力电池低温特性有一定的影响,包括其他的材料体系一样适用。

  粘结剂方面,饶睦敏表示有三种,两种点状,一种线状的。-20度充放电情况下,两种点状大概做了70多到80的循环以后,整个极片是有粘结剂失效的现状,而采用线状的粘结剂不会存在这个问题。在整个体系上,从正极、负极、电解液到粘结剂的改善以后,在磷酸铁锂电池单体这块做得比较好的效果,一个是充电特性,-20、-30、-40度温度下0.5C充电恒流比可以达到62.9%,-20度温度下放电可以放出94%,这是倍率跟循环的一些特性。

  从总体上讲,新能源汽车在北方的正常运营,低温条件下不只是电池单体能够解决充电问题,要通过pack还有BMS整个循环电池的涉猎,还有保障模式的创新,加起来才能充分保障新能源汽车在北方低温正常运营。

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