寻找供应商
广告
首页 > 汽车技术 > 正文

纯电续航超1000km！揭秘“海绵硅负极片电池技术”如何化解里程焦虑

2021-11-30 18:05:49·  来源：广汽研究院  
　
新能源车发展至今，在政策和消费者需求的双重指引下，车企通过提高电池能量密度、空气动力学设计、轻量化设计等多种方式，已将主流车型的续航里程提升到600km甚
新能源车发展至今，在政策和消费者需求的双重指引下，车企通过提高电池能量密度、空气动力学设计、轻量化设计等多种方式，已将主流车型的续航里程提升到600km甚至700km，但“里程焦虑”或多或少还是消费者心中过不去的坎儿。大家恨不得电动车要么充电快，要么续航高，二者兼得自然是最好。


广汽研究院动力电池团队深谙消费者痛点，在提升续航和充电速度两方面双管齐下，力求解决“里程焦虑”这一大难题。近日，搭载“海绵硅负极片电池技术”的广汽埃安AION LX Plus作为首款续航超1000km的纯电车型进入工信部最新免征购置税目录，这标志着“海绵硅负极片电池技术”这项“黑科技”已全面落地。下面就为大家揭秘广汽研究院是如何通过“海绵硅负极片电池技术”化解“里程焦虑”的。

搭载“海绵硅负极片电池技术”的广汽埃安AION LX Plus，纯电续航1008km
负极是锂离子的“收容所”
要想了解何为“海绵硅负极片电池技术”，还需先从动力电池的基本原理说起。电池的充放电本质上是锂离子在正负极之间“游泳”，锂离子跳入电解液，从正极移动到负极，就完成了一次充电；从负极移动到正极，就完成了一次放电。
最近几年，“磷酸铁锂”“三元”“无钴”等锂电池领域的专业名词不断为消费者熟知，但这些技术都属于电池的正极技术。而锂离子电池中的负极材料，同样是影响电池容量的关键，却像个隐形人，很少被人提及和关注。
在商用锂离子电池领域，负极材料大多采用石墨。石墨作为负极有很多优点，例如耐高温、耐氧化、抗腐蚀、导热、导电性能强等。
硅负极倒是能吃，可惜消化不好
既然石墨如此优秀，无论是研发、生产和制造都已经十分成熟，也是广大动力电池厂商选择的标准路径，那广汽研究院为什么还要研究“硅负极”呢？这就不得不提到石墨相对于硅的一个劣势——容量小。
石墨的理论比容量只有372mAh/g，但硅的理论比容量可达4200mAh/g，相当于石墨的近十倍！用句流行的话说，硅就是老天爷追着给它喂饭吃，天生就是做动力电池负极的“好料”。如此高的比容量，再搭配高镍三元等技术，对于电动车的续航提升大有裨益。
硅的理论比容量相当于石墨的近十倍
但硅负极在天赋异禀的同时，也有它的不足之处——消化不好，吃多了容易胀气。硅负极材料在充放电过程中会膨胀收缩，体积变化很大，造成硅在多次循环的过程中开裂、破碎，长此以往，从电池正极游过来的锂离子会发现，自己的“收容所”消失了，无处可去了，电池容量随之衰减，寿命就降低了。
除此以外，硅负极这种特性，还会伤害固体电解质界面层（Solid Electrolyte Interface, SEI）。在锂离子电池首次充放电过程中，电解液会在负极表面发生副反应，形成一层覆盖于电极材料表面的膜，锂离子可以在膜内外畅通无阻，但电解液分子和电子却休想通过，避免了与电极的继续反应。
石墨负极所形成的SEI致密、薄、规整，但硅负极不同，由于硅“消化不良”的特性，其体积膨胀时，会使SEI破碎，破碎初新露出的硅负极材料会与电解液持续发生副反应，一方面修复了破损的SEI，但同时又反应消耗了电池中的活性锂，从而会导致电池容量的持续衰减。
海绵硅负极片电池技术厉害在何处？
这么一看，硅负极真的是“忧喜参半”，容量大的同时问题也不少。但广汽研究院既然敢把它量产，那必定是有办法治它。广汽研究院是如何治硅负极这个调皮家伙的呢？
首先，广汽研究院赋予了它一个朗朗上口的名字——海绵硅负极片电池技术。
海绵的特性就是吸水后膨胀，但把水排掉后又收缩回原来的体积，不会过分膨胀甚至爆裂。海绵硅负极片电池技术的核心原理就是，让电池内部的硅负极片变得像海绵一样柔软有弹性，使硅在充放电过程中的膨胀收缩被限制和缓冲，不会碎裂。同时，让硅负极发挥出大容量的优势，像海绵吸水一样，储存更多的能量。
海绵硅负极片电池技术是由涉及正负极材料、粘结剂、电芯设计、工艺制造等一系列技术群所组成。
在材料领域，包含有“纳米复合硅技术”。这项技术是通过把硅材料控制在纳米尺度，并在表面包覆一层保护层，控制微观形貌，最大程度降低硅在充放电过程中的体积膨胀。同时，这种表面包覆保护层也避免了硅直接与电解液接触，提升了界面的稳定性。所以，“纳米复合硅技术”的作用，是缓解硅材料在充放电过程中的膨胀。
纳米复合硅技术
而另一项“自修复功能的粘结剂技术”，是对极片中的粘结剂进行改性优化，使其具有优异的包覆、粘结和回弹性能，能使破损的硅负极极片在膨胀收缩过程中得以修补，保持很好的电极结构的稳定性。这项技术是对膨胀收缩的电池极片予以“修复”。
自修复功能的粘结剂技术
在工艺制造领域，广汽研究院还开发了“梯度复合涂布技术”，通过硅负极极片活性组分与非活性缓冲组分的梯度分布设计，大幅提升了活性层与集流体的结合力，改善了负极极片本体的结构稳定性。这项技术是让硅材料在充放电过程中的膨胀得到“缓冲”。
梯度复合涂布技术
通过包含以上这些海绵硅负极片电池技术的技术群，动力电池单体电芯在同等电量的情况下，体积能够减小20%，重量能够减轻14%；电池电芯能量密度可达到280Wh/kg，处于行业领先水平。这样就能实现在相同的、空间紧张的车辆底盘下，放更多的电池、存更多的电量、充更多的电，电动车也就能跑得更远了。同时海绵硅负极片电池技术的电池电芯还表现出非常好的低温容量保持率，-20℃容量保持率达到92%以上，优于市场上传统的石墨负极电芯，大幅提升了电动车在冬季低温条件下的续航表现。
-20℃电池容量保持率对比
自2019年以来，搭载海绵硅负极片电池技术的AION LX Plus已在新疆吐鲁番和海南分别进行了多轮高温试验，在黑龙江黑河进行了多轮高寒试验。广汽研究院开展了包括充电、续航、动力性、耐久性四大类六十多项的参数标定和试验验证，确保了电池技术与车辆性能的安全可靠。
近期，广汽集团计划总投资3.36亿元建设自研电池电芯生产线，海绵硅负极电池的生产也有了保障！
对于新技术，总有人质疑“啥时候量产”或者“是不是PPT”，而广汽研究院自主研发的海绵硅负极片电池技术，已实实在在搭载在广汽埃安AION LX Plus，并凭借1008km的续航里程登上工信部最新免征购置税目录，很快就会与消费者见面！
分享到：
 
反对 0 举报 0 收藏 0 评论 0
  • 汽车测试网V课堂

    汽车测试网V课堂

  • 微信公众号

    微信公众号

  • 汽车测试网手机站

    汽车测试网手机站

• 新能源汽车应用中的【夜视系统】与【雨夜系统】 • 汽车安全基础
• 极氪007电驱动系统拆解，看到了啥？ • 长安汽车申请具备单换热器的空调总成的车辆热管理系统专利
• 两轮车运动行为建模探索与实践 • 燃料电池汽车冬测Workshop——黑河站
• 汽车智能配电单元的研究 • 一文了解AEB自动紧急制动
• 比亚迪申请热管理系统专利，该热管理系统换热效率较高 • 特斯拉Model 3胎压监测系统安全漏洞解析
0 条相关评论
  • 广告
  • 广告

编辑推荐

最新资讯

  • 广告
  • 广告
沪ICP备11026917号-25