鉅大LARGE | 點擊量：2157次 | 2021年04月29日
新電池能量密度達到330Wh／kg，有多厲害？
日前，孚能科技通告了一款新電池——能量密度達到330Wh／kg。孚能方面表示，其采用先進硅負極材料以及單壁碳納米管導電劑和新型粘結劑配方進行設計的電化學體系，有效克服了硅膨脹的問題，達到超過1500次循環的能力。
此外，該電芯在零下20℃溫度下仍能供應90％的容量。孚能正申請權威檢測機構按國家標準對其進行測試，預計測試周期約為3個月。測試后，即可銷售使用。這款電芯在目前業內水平如何？采用的又是什么技術？
1電芯業內水平如何？
330Wh／kg或是公司已研發出最高能量密度電芯。前幾年就已經號稱能量密度達到300Wh／kg的松下電池，為特斯拉Model3裝載的電池單體，實際的能量密度在256Wh／kg。《電動汽車觀察家》根據2020年整車出廠合格證數據測算，還沒有發現能量密度達到300Wh／kg的電芯裝車。根據測算數據，單體能量密度最高的是寧德時代的軟包電池，達到279．56Wh／kg。
從整體數據來看，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年孚能裝機的電池單體能量密度在207－242Wh／kg之間，對應的系統能量密在140－170Wh／kg，對應車型的續駛里程在400－500公里。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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，對應的系統能量密度在145－161Wh／kg，對應車型的續駛里程在445－668公里。2020年合格證顯示，方形電池已裝機的能量密度最高大概在250Wh／kg，系統能量密度在180Wh／kg，對應車型的續駛里程在500公里左右。
假如孚能研發的能量密度為330Wh／kg電池，成組效率能夠在70％，電池系統能量密度有望達到230Wh／kg。目前，我國已知的系統能量密度最高的是國軒高科，搭載在北京牌BJ7000USD8－BEV純電動轎車上，其電池系統能量密度超過200Wh／kg，不過其續航里程僅為470km。
假如孚能這款電池能在今年量產裝車，那可能在電芯和系統層級都創出密度記錄。
2碳納米管：螺旋狀石墨烯
孚能新研發出的電池能量密度顯然要高出目前裝機水平一大截，其采用什么技術做到的？根據孚能的通告，其采用了硅負極材料。硅具有目前已知負極材料中最高的理論容量4200mAh／g，遠超石墨負極的372mAh／g。但是硅的特點是膨脹率高，造成鋰離子電池結構不穩定，循環應該衰減才是。那么是什么穩定住了這個結構呢？謎底或許在單壁碳納米管導電劑上。
為此，《電動汽車觀察家》查閱相關資料，希望能夠了解單壁碳納米管到底是何方神圣。查閱相關論文顯示，單壁碳納米管與石墨烯關系密切。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。
圖中左側為單壁碳納米管，右側為多壁碳納米管
從本質上看，碳納米管和石墨烯都屬于石墨類材料，只不過碳原子的排列組合不同。
石墨烯是從石墨材料中剝離出來、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（多層結構）。
也就是說，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，比如導電性。
目前來看，低功率密度是鋰離子電池的最大缺點，在高倍率充放電時，在電極內界面處的低離子遷移速率和低導電率、熱導率，會導致鋰離子電池電極的高度極化。極化帶來的是電池在充電時，消耗更多電能；放電時，電能消耗變成一部分熱能，不僅不經濟而且不利于快充。碳納米管的電子導電性和離子導電性都比較好，這更加有利于提升電池的循環性，從而彌補因加入硅而帶來的循環損失。具體來看，由于其特殊的管狀石墨結構和獨特的彈道電子傳導效應，碳納米管在室溫下的電導率可高達1000000s／cm，應用于鋰離子電池是可增大鋰離子的快速嵌入脫出的自由傳遞速度。簡言之，就是對鋰離子電池的大功率充放電十分有利。關于電池體系，孚能給出的回復是高鎳三元體系。據業內專家分析，這款電芯很可能還是8系，軟包電池是有可能達到這一能量密度的。
3仍處尚需檢測階段
孚能通告顯示，截至目前，公司內部對該電池進行了國標安全相關測試摸底，如過充，過放，短路，熱廂實驗等，均能通過測試。截至目前，孚能正申請通過我國汽車工程研究院股份有限公司檢測中心的新國標GB38031－2020測試，預計測試周期約為3個月。測試后，即可銷售使用。據孚能方面介紹，之所以會出現這一產品，是源于美國公司2017年承接的一個合作項目，該項目的交付日期為2020年底，孚能科技在合作項目的項目指標其實只有一條，就是330wh／kg。電池在國內公司內部和美國官方指定實驗室，兩地均有測試，數據基本一致，于去年十二月完成美方驗收順利結題。該電池能量密度較行業主流電池產品能量密度提升25％以上，幫助整車預計可達到1000公里續航。循環性能測試可以達到1500次以上的循環壽命。
在孚能看來，高能量密度加上高循環壽命，新電池可使電動汽車循環壽命周期內行駛里程達到百萬公里。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，未來規模化量產以后，成本不會有明顯上升。在我國軟包電池目前規模較小的情況下，成本短時間難以降低，價格敏感的中低端車型大概率不會率先使用，新電池很可能從高端車型應用開始。不過可以肯定的是，該電池量產后，有助于孚能科技提升在行業的地位，能吸引部分客戶關注和使用，從而提高其在國內及國際市場競爭力和市場占有率。
