大有可為！億緯動(dòng)力桂客：大圓柱電池可兼具安全性與經(jīng)濟性
大圓柱電池是近一兩年行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。特別是自從特斯拉在電池日提出“4680”大圓柱電池以來(lái)，這種能量密度更高、運用諸多“黑科技”的新型大圓柱電池就備受全球矚目。當下，不少頗具實(shí)力的電池頭部企業(yè)都在紛紛發(fā)力大圓柱電池。
作為全球為數不多的鋰電池“全能型企業(yè)”，億緯鋰能亦對大圓柱電池進(jìn)行了前瞻性的排兵布陣，如今已整裝待發(fā)。一個(gè)月前，在湖北荊門(mén)動(dòng)力儲能電池產(chǎn)業(yè)園開(kāi)工活動(dòng)儀式上，億緯鋰能董事長(cháng)劉金成表示，公司將在荊門(mén)基地建設4680和4695大圓柱電池生產(chǎn)線(xiàn)，有可能是全世界范圍內最先量產(chǎn)4680和4695大圓柱電池的生產(chǎn)基地。
圖為億緯動(dòng)力戰略工作部負責人桂客博士發(fā)表演講
日前，在“第六屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2021)”上，億緯鋰能旗下的湖北億緯動(dòng)力有限公司戰略工作部負責人桂客博士在演講中又透露了一個(gè)信息：2021年公司已經(jīng)成功量產(chǎn)鐵鋰版的大圓柱電池，并且準備在2022年量產(chǎn)46系列的大圓柱電池。
大圓柱電池為何受到眾多一流企業(yè)的重視?
在演講中，桂客談到大圓柱電池有兩個(gè)重要的特征，第一是它的安全性，第二是它的經(jīng)濟性。而眾所周知，電池的安全性與經(jīng)濟性很難共存。很多時(shí)候為滿(mǎn)足經(jīng)濟性可能會(huì )犧牲部分的安全性，或者把安全性做上去了成本就要增加。但桂客認為，通過(guò)良好的設計，大圓柱電池可以實(shí)現安全性和經(jīng)濟性的統一。
因此，億緯的大圓柱電池在設計上進(jìn)行了四大優(yōu)化：極柱設計、殼體設計、卷芯設計和蓋板設計。
在極柱設計方面，采用正負極同側標準化的結構，面向CTP以及CTC的設計，正因為正負極同側，所以它的電連接和泄壓通道是分離的，有效保證了安全性。在殼體設計方面，采用高強度的殼體，殼體本身強度可以保證電芯不膨脹。在卷芯設計方面，創(chuàng )造性地采用全極耳結構，不同于市面上普遍宣傳的全極耳，億緯有自己的技術(shù)，對比傳統圓柱電池阻抗降低10倍，同時(shí)導熱性得到了極大增強。在蓋板設計方面，則采用高效VENT設計，提供快速泄壓通道。
大圓柱電池的安全優(yōu)勢
正是基于上述的設計理念，桂客總結了關(guān)于大圓柱電池在安全方面的優(yōu)勢。
第一是能量的小與大，即便是大圓柱電池46950，容量也就大概30Ah，而新能源車(chē)用方形鋁殼電池很多時(shí)候都是100-200Ah，就算是120Ah，電池總能量達到1555千焦/電芯，即使發(fā)生爆炸小圓柱電池風(fēng)險也要小得多。
第二是時(shí)間的快與慢，由于大圓柱電池本身的柱狀結構以及蓋板設計，所以大圓柱電池5秒可釋放75%的電池容量和物質(zhì)。對比方形鋁殼電池，它的防爆閥面積是有限的并且一般設計在蓋板的中間部位，所以15秒內僅能釋放50%的電池能量和物質(zhì)。很多時(shí)候5秒和15秒是生與死的區別。
第三是受熱的少與多，圓柱的結構設計，柱體是無(wú)法相交的只能相切，相鄰電池是線(xiàn)接觸，它的受熱比只有1/6，而方形鋁殼電池是面對面相靠，相鄰電池受熱比達到1/2。“這也是為什么大圓柱電池成組時(shí)可以做到?jīng)]有熱蔓延，而方形鋁殼很難做到”。
第四是形態(tài)的定與變。大圓柱電池因為殼體強度以及卷芯的結構，整個(gè)生命周期膨脹率非常小，即便膨脹也是向內膨脹而不是向外。對于大圓柱電池來(lái)說(shuō)，電池在整個(gè)生命周期形態(tài)不變，保證阻抗不變。而方形鋁殼電池在整個(gè)壽命周期一直膨脹，尤其在生命周期末尾，方形鋁殼電池的膨脹肉眼可見(jiàn)，導致很難準確預測方形鋁殼的壽命，而大圓柱電池則可以實(shí)現。
以上是圓柱電池在電芯層級的安全性，桂客表示，對于模組層級，億緯大圓柱模組有5大技術(shù)保證安全：
第一個(gè)技術(shù)來(lái)源于大圓柱電池本身的結構特點(diǎn)，電連接與泄壓通道是分離的，在成組設計時(shí)采用定向泄壓的方式，電池可控定向泄壓，保證它的高溫物質(zhì)和電池相隔離。
第二也正是因為電池能夠定向泄壓，所以在設計整個(gè)模組氣道時(shí)可采用超強氣道氣壓通道，保證大流量的快速疏通，同時(shí)通過(guò)電池防爆閥技術(shù)進(jìn)行精準控制。
第三基于定向泄壓和超強氣道的成組設計，可進(jìn)行高效熱管理、自適應溫度控制以及多重防護與干預。這是億緯46系列圓柱電池在成組方面的優(yōu)勢。
另外兩個(gè)方面是電氣安全和機械安全，電氣安全采用超級電池CCS技術(shù)，利用快充短路防護集成以及精準高壓回路控制;在機械安全方面采用V Model開(kāi)發(fā)流程，高標準安全類(lèi)驗證，全生命周期壽命大數據預測。因為大圓柱電池在整個(gè)壽命周期沒(méi)有形變，界面阻抗不變，可以實(shí)現準確壽命預測(SOH)。
“正是因為有這五重技術(shù)，改變被動(dòng)隔離到主動(dòng)疏導、被動(dòng)防護到主動(dòng)干預?！惫鹂涂偨Y道。
大圓柱電池的經(jīng)濟優(yōu)勢
談完大圓柱電池的安全優(yōu)勢之后，桂客又談到大圓柱電池的經(jīng)濟優(yōu)勢。通常來(lái)講，電池的成本主要取決于材料成本、制造成本。因為材料成本的漲速太快，而且每家用的材料并不是完全一致，所以桂客主要講了制造成本。
在制造方面，桂客介紹說(shuō)，大圓柱電池可達到300ppm的高速制造，這是很大的數字，因為對方形鋁殼來(lái)說(shuō)一般是10-20ppm，這是由大圓柱本身的形狀決定了卷繞工藝段，以及組裝工藝段都可以進(jìn)行連續高速不間斷生產(chǎn)。
另外，大圓柱的整道制造工序只有10道，而軟包和方形鋁殼工序會(huì )多很多，所以生產(chǎn)效率更高。在線(xiàn)時(shí)間方面，大圓柱7天，方形和軟包分別是10天和12天。雖然看起來(lái)只有5天的區別，但是對制造業(yè)來(lái)說(shuō)，這5天非常重要，極大提高周轉率、降低庫存率。
不僅如此，桂客認為大圓柱的經(jīng)濟優(yōu)勢還在于它有30年的歷史。圓柱電池在1991年問(wèn)世，制造過(guò)程中的幾乎每一步都經(jīng)過(guò)30年的優(yōu)化，每一步以前趟過(guò)的坑基本都已經(jīng)趟平。所以一旦圓柱電池達到穩定的量產(chǎn)，就很容易形成PPB級別的一致性，極大降低不良率。而不良率是一個(gè)很重要的指標，行業(yè)內有一句話(huà)叫作“圓柱電池做好了就是印鈔機，做不好就是一個(gè)燒錢(qián)的機器”。
與此同時(shí)，從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈設計、設備、回收來(lái)看，因為圓柱電池本身30年的歷史以及它極致的高速制造，圓柱在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈很容易形成標準化。桂客舉了易拉罐制造的例子，全球每年有1800億個(gè)易拉罐被造出來(lái)，但是只有3個(gè)型號，這就是高度標準化的行業(yè)，也正因此易拉罐的成本能夠降得非常低。桂客認為，圓柱電池也有同樣的可能性，因為標準化的產(chǎn)業(yè)鏈，在鏈條上每個(gè)環(huán)節損耗都可以降到最低。
最后，桂客對大圓柱電池的安全性和經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢進(jìn)行了總結。安全性主要在于結構安全、熱安全、成組安全和制造安全。經(jīng)濟性主要在于材料成本和制造成本，材料成本上的低膨脹率、高強度殼體、更高能量密度化學(xué)體系;制造成本上的高速制造、工序少、在線(xiàn)時(shí)長(cháng)短、一致性好、不良率低、標準化程度高。
看完桂客的介紹，您是不是覺(jué)得大圓柱電池大有可為?
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