不用膠粘，如何實(shí)現(xiàn)CTP？

在當(dāng)前電池技術(shù)日趨同質(zhì)化的階段,已經(jīng)很難看到令人眼前一亮的方案了,尤其是膠粘技術(shù)的大范圍使用,在推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)快速迭代的過程中似乎漸成一種桎梏,約束了對(duì)下一代電池技術(shù)的創(chuàng)新思考。

因此,當(dāng)看到一款電池包,它沒有遵循這種既有框架,一改對(duì)膠的依賴,通過創(chuàng)新的思路,可以做出同等水平的CTP方案時(shí),我們對(duì)于下一代電池技術(shù)的視野,又重新被打開了!

這就是正力的乾坤電池給人的第一感受。

1、膠粘-已經(jīng)固化了電池系統(tǒng)的創(chuàng)新

不可否認(rèn),膠粘技術(shù)在過去的5年內(nèi),深刻變革了電池包的集成方式,極大地提高了電池包的集成效率,也極大地改變了整個(gè)產(chǎn)業(yè)零部件的供應(yīng)狀態(tài)。對(duì)于膠的應(yīng)用,已經(jīng)從最初的輔料,迅速膨脹為關(guān)鍵的材料和零部件。膠的應(yīng)用領(lǐng)域,功能,以及單包用膠量都大快速地?cái)U(kuò)大;從最初的幾克,到現(xiàn)在的十幾、幾十公斤,從功能簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和密封,到現(xiàn)在的多功能性,是過去幾年內(nèi)電池系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步的重要推動(dòng)因素之一。

圖.膠粘劑在動(dòng)力電池中的發(fā)展歷程

但是膠粘劑大范圍使用所帶來的弊端也很明顯,首要的就是使電池包的可拆性、維修性變得極差。一旦電池包發(fā)生問題,基本都是需要直接更換整包,即使在生產(chǎn)制造的過程中需要返工,也是耗時(shí)費(fèi)力;再就是回收利用時(shí),整包的拆解、電芯的拆卸,都是極為困難,而且容易破壞到電芯,難以在電芯層級(jí)再利用,只能走直接原材料回收的思路。

另一方面,從當(dāng)前各家的技術(shù)狀態(tài)和開發(fā)路線來看,膠粘技術(shù)已經(jīng)主導(dǎo)了企業(yè)對(duì)電池集成方案的應(yīng)用,行業(yè)上下目前對(duì)于非膠粘技術(shù)集成的創(chuàng)新在無(wú)形中被極大抑制了,很難跳出膠粘技術(shù)的框架,以嶄新的視角來看未來電池技術(shù)的發(fā)展。

2、乾坤電池的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新

破除和擺脫膠粘技術(shù)的關(guān)鍵就在于如何解決在沒有(或少量或間接形態(tài))縱橫梁和緊固件的條件下,實(shí)現(xiàn)電芯的固定。

乾坤電池通過借鑒我國(guó)傳統(tǒng)建筑技術(shù)-榫卯結(jié)構(gòu),構(gòu)建了基于榫卯卡接技術(shù)的固定方案。這個(gè)技術(shù)帶來的的本質(zhì)變化是從之前單一依靠外力(如膠或緊固件)來實(shí)現(xiàn)電芯的固定,轉(zhuǎn)向主要依靠電芯自身結(jié)構(gòu)與外界來實(shí)現(xiàn)固定。電芯在下箱體上的裝配與固定,可以像軌道槽一樣配合。

圖.乾坤電池榫卯卡接技術(shù)示意

乾坤電池的榫卯結(jié)構(gòu)技術(shù),挑戰(zhàn)在于兩點(diǎn):一是電芯本身由于極柱結(jié)構(gòu)變化帶來的設(shè)計(jì)變更,產(chǎn)線調(diào)整;二是在系統(tǒng)集成后,整個(gè)榫卯結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的結(jié)構(gòu)可靠性,這點(diǎn)是我們后續(xù)要著力觀察和跟進(jìn)的。

榫卯卡接技術(shù)很好地解決了當(dāng)前膠粘方案所面臨的問題,通過這種極柱卡接的方案,能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)單電芯可拆卸,在系統(tǒng)高集成度與便捷維護(hù)之間取得更好平衡效果。

除了榫卯卡接技術(shù),乾坤電池還有以下幾點(diǎn)也值得我們深入研究下:

圖.乾坤電池整體性能參數(shù)

(1)關(guān)于乾坤電池的整體性能,基于正力330Wh/kg的電芯,它的系統(tǒng)質(zhì)量密度能夠做到260Wh/kg;體積比能由于極柱卡接的存在會(huì)稍低,能夠達(dá)到70%左右。整包帶電量基于目前的方案,可達(dá)到120kWh以上,整包在Z向空間上的利用在110-140mm之間。

(2)極柱散熱,乾坤電池采用的是電芯頂面和底部?jī)蓚€(gè)面進(jìn)行散熱,其中電芯頂面又是采用的對(duì)極柱直接散熱。我們知道,采用卷繞形式的方形電芯,從散熱率上來看,頂部和底部這種Z向的散熱率是高于水平方向上的大面冷卻的,但是散熱面積上小于大面。因此,至于是選擇Z向的冷卻還是大面的冷卻,要看每家不同的設(shè)計(jì),最終比較出哪種冷卻效果好。不過,由于在大功率充放電時(shí),極柱的發(fā)熱量是較大的,所以這里對(duì)極柱直接進(jìn)行散熱,效果會(huì)相對(duì)好些,總體能夠提升58%的冷卻效率。

這里可以看出,電芯極柱、以及與之配套的榫卯卡接結(jié)構(gòu)技術(shù)是極有挑戰(zhàn)性的,因?yàn)樵谶@個(gè)配合面上,它功能的集成,要同時(shí)滿足電連接、結(jié)構(gòu)固定、冷卻這三個(gè)重要特性,安全可靠性是難點(diǎn)所在。

圖.乾坤電池榫卯結(jié)構(gòu)配合面示意圖

(3)冷板與上蓋、下箱體分別集成,這樣在保證冷卻效果的同時(shí),能夠最大限度的降低對(duì)Z向空間的占用,同時(shí)也進(jìn)一步提高輕量化。

圖. 乾坤電池冷板的上下集成

(4)熱電分離技術(shù),這個(gè)是近兩年的一個(gè)趨勢(shì)方案了,乾坤電池整包采用的是電芯倒置,電芯本身則是極柱與防爆閥在異側(cè)。由于防爆閥仍然朝上,所以乾坤電池在防爆閥上方設(shè)計(jì)了一個(gè)排泄通道,可以快速將熱失控的排放導(dǎo)出去。

(5)超級(jí)快充,這個(gè)是整體技術(shù)方案帶來的效果,包擴(kuò)電芯本身、極柱冷卻、上下雙重冷卻,最大可以實(shí)現(xiàn)6C的快充速度。

圖.乾坤電池6C快充

 

3、正力新能的「3•2•1」研發(fā)戰(zhàn)略

乾坤電池是正力新能在5月9號(hào)的發(fā)布會(huì)上亮相的產(chǎn)品,是他們「3•2•1」研發(fā)戰(zhàn)略中關(guān)鍵一環(huán)。

圖.正力新能「3·2·1」研發(fā)戰(zhàn)略圖譜

這里的“3”指的是三種電芯材料體系,分別為:超高鎳多元材料、復(fù)合型磷酸鹽材料、新型堿金屬材料(主要是鈉離子材料、鉀離子材料);

“2”是指兩種結(jié)構(gòu)形式,正力新能選擇的是方形和大圓柱路線,大圓柱包括46系列和66系列,從當(dāng)前的信息來看,46系列的電芯,從成本上可能依舊沒有方形電芯有優(yōu)勢(shì),需要進(jìn)一步做大,這應(yīng)該是正力新能推66系列大圓柱的一個(gè)初衷;

“1”是指一種電池系統(tǒng)即乾坤電池,可以覆蓋在動(dòng)力上的應(yīng)用和儲(chǔ)能上的應(yīng)用。

正力新能此次的發(fā)布會(huì),除了乾坤電池,在電芯上它的航空電芯(320Wh/kg,12C)和儲(chǔ)能電芯(314Ah,12000循環(huán)壽命)也極有特色,如有更多信息我們后續(xù)再跟進(jìn)下。