孚能330Wh/kg新電池有多厲害？

日前，孚能科技公告了一款新電池——能量密度達(dá)到330Wh／kg。 孚能方面表示，其采用先進(jìn)硅負(fù)極材料以及單壁碳納米管導(dǎo)電劑和新型粘結(jié)劑配方進(jìn)行設(shè)計(jì)的電化學(xué)體系，有效克服了硅膨脹的問(wèn)題，達(dá)到超過(guò)1500次循環(huán)的能力。 

此外，該電芯在零下 20℃溫度下仍能提供 90％的容量。 孚能正申請(qǐng)權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，預(yù)計(jì)測(cè)試周期約為3個(gè)月。測(cè)試后，即可銷(xiāo)售使用。 這款電芯在目前業(yè)內(nèi)水平如何？采用的又是什么技術(shù)？

1 電芯業(yè)內(nèi)水平如何？

330Wh／kg或是企業(yè)已研發(fā)出最高能量密度電芯。 前幾年就已經(jīng)號(hào)稱能量密度達(dá)到300Wh／kg的松下電池，為特斯拉Model3裝載的電池單體，實(shí)際的能量密度在256Wh／kg。 《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》根據(jù)2020年整車(chē)出廠合格證數(shù)據(jù)測(cè)算，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能量密度達(dá)到300Wh／kg的電芯裝車(chē)。 根據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)，單體能量密度最高的是寧德時(shí)代的軟包電池，達(dá)到279．56Wh／kg。

 從整體數(shù)據(jù)來(lái)看，軟包電池單體平均能量密度整體水平在200Wh／kg左右，主流能量密度在240－260Wh／kg。 2020年孚能裝機(jī)的電池單體能量密度在207－242Wh／kg之間，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)能量密在140－170Wh／kg，對(duì)應(yīng)車(chē)型的續(xù)駛里程在400－500公里。 

以圓柱電池為例，特斯拉裝載的LG圓柱電池單體能量密度在256－257Wh／kg，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)能量密度在145－161Wh／kg，對(duì)應(yīng)車(chē)型的續(xù)駛里程在445－668公里。 2020年合格證顯示，方形電池已裝機(jī)的能量密度最高大概在250Wh／kg，系統(tǒng)能量密度在180Wh／kg，對(duì)應(yīng)車(chē)型的續(xù)駛里程在500公里左右。 

如果孚能研發(fā)的能量密度為330Wh／kg電池，成組效率能夠在70％，電池系統(tǒng)能量密度有望達(dá)到230Wh／kg。 目前，中國(guó)已知的系統(tǒng)能量密度最高的是國(guó)軒高科，搭載在北京牌BJ7000USD8－BEV純電動(dòng)轎車(chē)上，其電池系統(tǒng)能量密度超過(guò)200Wh／kg，不過(guò)其續(xù)航里程僅為470km。

如果孚能這款電池能在今年量產(chǎn)裝車(chē)，那可能在電芯和系統(tǒng)層級(jí)都創(chuàng)出密度記錄。

 2 碳納米管：螺旋狀石墨烯

孚能新研發(fā)出的電池能量密度顯然要高出目前裝機(jī)水平一大截，其采用什么技術(shù)做到的？ 根據(jù)孚能的公告，其采用了硅負(fù)極材料。 硅具有目前已知負(fù)極材料中最高的理論容量4200mAh／g，遠(yuǎn)超石墨負(fù)極的372mAh／g。 但是硅的特點(diǎn)是膨脹率高，造成鋰離子電池結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，循環(huán)應(yīng)該衰減才是。那么是什么穩(wěn)定住了這個(gè)結(jié)構(gòu)呢？ 謎底或許在單壁碳納米管導(dǎo)電劑上。  

為此，《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》查閱相關(guān)資料，希望能夠了解單壁碳納米管到底是何方神圣。 查閱相關(guān)論文顯示，單壁碳納米管與石墨烯關(guān)系密切。 單壁碳納米管就是由單層石墨烯卷曲而成的，多壁碳納米管則是由兩層及以上石墨烯組成。

圖中左側(cè)為單壁碳納米管，右側(cè)為多壁碳納米管

從本質(zhì)上看，碳納米管和石墨烯都屬于石墨類(lèi)材料，只不過(guò)碳原子的排列組合不同。

石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，也分為單層石墨烯和石墨烯微片（多層結(jié)構(gòu)）。

也就是說(shuō)，形成螺旋狀的是碳納米管和片狀的是石墨烯，所以它們都具備石墨的一些相同特性，比如導(dǎo)電性。

目前來(lái)看，低功率密度是鋰離子電池的最大缺點(diǎn)，在高倍率充放電時(shí)，在電極內(nèi)界面處的低離子遷移速率和低導(dǎo)電率、熱導(dǎo)率，會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池電極的高度極化。 極化帶來(lái)的是電池在充電時(shí)，消耗更多電能；放電時(shí)，電能消耗變成一部分熱能，不僅不經(jīng)濟(jì)而且不利于快充。 碳納米管的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性都比較好，這更有利于提升電池的循環(huán)性，從而彌補(bǔ)因加入硅而帶來(lái)的循環(huán)損失。 具體來(lái)看，由于其特殊的管狀石墨結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的彈道電子傳導(dǎo)效應(yīng)，碳納米管在室溫下的電導(dǎo)率可高達(dá)1000000s／cm，應(yīng)用于鋰電池是可增大鋰離子的快速嵌入脫出的自由傳遞速度。簡(jiǎn)言之，就是對(duì)鋰電池的大功率充放電十分有利。 對(duì)于電池體系，孚能給出的回復(fù)是高鎳三元體系。 據(jù)業(yè)內(nèi)專家分析，這款電芯很可能還是8系，軟包電池是有可能達(dá)到這一能量密度的。

3 仍處尚需檢測(cè)階段

孚能公告顯示，截至目前，公司內(nèi)部對(duì)該電池進(jìn)行了國(guó)標(biāo)安全相關(guān)測(cè)試摸底，如過(guò)充，過(guò)放，短路，熱廂實(shí)驗(yàn)等，均能通過(guò)測(cè)試。 截至目前，孚能正申請(qǐng)通過(guò)中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司檢測(cè)中心的新國(guó)標(biāo) GB38031－2020 測(cè)試，預(yù)計(jì)測(cè)試周期約為3個(gè)月。測(cè)試后，即可銷(xiāo)售使用。 據(jù)孚能方面介紹，之所以會(huì)產(chǎn)生這一產(chǎn)品，是源于美國(guó)公司2017年承接的一個(gè)合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目的交付日期為2020年底，孚能科技在合作項(xiàng)目的項(xiàng)目指標(biāo)其實(shí)只有一條，就是330wh／kg。 電池在國(guó)內(nèi)公司內(nèi)部和美國(guó)官方指定實(shí)驗(yàn)室，兩地均有測(cè)試，數(shù)據(jù)基本一致，于去年12月完成美方驗(yàn)收順利結(jié)題。 該電池能量密度較行業(yè)主流電池產(chǎn)品能量密度提升25％以上，幫助整車(chē)預(yù)計(jì)可達(dá)到1000公里續(xù)航。循環(huán)性能測(cè)試可以達(dá)到1500次以上的循環(huán)壽命。 

在孚能看來(lái)，高能量密度加上高循環(huán)壽命，新電池可使電動(dòng)車(chē)循環(huán)壽命周期內(nèi)行駛里程達(dá)到百萬(wàn)公里。 值得注意的是，孚能電池采用的單壁碳納米管成本并不低，孚能方面表示，未來(lái)規(guī)模化量產(chǎn)以后，成本不會(huì)有明顯增長(zhǎng)。 在中國(guó)軟包電池目前規(guī)模較小的情況下，成本短時(shí)間難以降低，價(jià)格敏感的中低端車(chē)型大概率不會(huì)率先使用，新電池很可能從高端車(chē)型應(yīng)用開(kāi)始。 不過(guò)可以肯定的是，該電池量產(chǎn)后，有助于孚能科技提升在行業(yè)的地位，能吸引部分客戶關(guān)注和使用，從而提高其在國(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率。