灵活“叠”变孚能科技加速引领动力电池创新

Writer： admin Time：2022-12-31 Browse：143

　　新能源汽车发展如火如荼，根据乘联会数据，今年新能源汽车零售数量将达到573万辆左右，新能源汽车单月零售渗透率已经连续3个月达到30%以上。尝鲜的消费者数量占比逐渐降低，主流消费人群对于新能源汽车的综合性能将更加关注。

　　购买一辆汽车相当于在置办一个移动的“家”，主流消费者在购买决策上会更为谨慎，会综合考虑安全性、充电能力和续航等多方面的性能表现。而动力电池作为新能源汽车的动力核心，其品质直接关系到新能源汽车的驾驶性能和安全性，所以消费者也开始对每台车背后的电池供应商进行比较。

　　可以说每一台高质量的电动车背后都会有一款性能优异的电池。虽然电池包整个被集成在车底，用户看不见也摸不着，但是电动汽车的使用体验全靠电池的性能担当。

　　因此对于车企和消费者来说，无论是要造一台好电动车，还是买一台好电动车，目光都要聚焦到电池供应商的身上。

　　动力电池技术创新的脚步从未停止过。电池企业为了提升电池能量密度、安全性和降低成本而各显神通，不断从系统结构、电芯单体结构和材料化学体系等方面寻求性能上的突破。

　　动力电池种类繁多，电池企业选择了一条怎样的技术路线将决定其电池产品性能的差异。

　　从电池形态上看，动力电池分为圆柱、方壳和软包三大类，其中软包形态的动力电池兼顾了能量密度也即续航和安全性能两方面。高能量密度、产热更少、不易爆炸的软包电池成为很好的选择。

　　相较于其他动力电池企业对方壳、刀片和4680大圆柱的热衷，孚能科技是一家自始至终坚持软包技术路线的动力电池企业。

　　孚能科技创始人兼董事长王瑀博士坦言孚能科技一直在锚定自己在产业中的定位，孚能科技并不是从和其他种类动力电池的竞争角度出发，而是从电池需求的角度出发，即什么样的电池可以满足未来汽车的要求？

　　其中最重要的要素就是电池要能做到15年乃至30年大时间周期内的可控。这就需要保证所有极片在全生命周期内都是非常理想化地放在一起，而这恰恰是软包电池的优势所在。

　　电池设计创新是一个长周期的系统工程，从材料到电芯再到整个电池包，从设计再到制造工艺的可行性和成本。如何最大程度地发挥出电池材料和形态结构上的优势，工艺选择上如何适配下游应用的需求，都需要电池企业通盘考虑。从A样、B样、C样到D样的验证过程中，车企和电池企业会逐步验证从材料、电芯，到模组和系统、再到整车每一阶段的性能表现。

　　在稳扎稳打了四年之后，孚能科技从电池设计第一性原理出发，提出了新一代动力电池的解决方案，以满足整车厂和消费者未来的需求。

　　在今年9月的“2022孚能科技战略及新品发布会”上，孚能科技正式宣布推出新一代动力电池解决方案——SPS（Super Pouch Solution），提出一整套从电芯到系统，从制造到回收的创新解决方案。大尺寸电芯+半固态+无模组集成+全生命周期回收的组合式创新覆盖了电池材料、电芯形态结构、系统及回收利用环节。

　　这是孚能科技首次推出软包形态的大尺寸电芯，同时运用了最新的半固态电池技术，而且该方案是软包体系内首个无模组集成技术方案，即直接将电芯集成到PACK甚至汽车底盘。此外，孚能科技可为电池全生命周期提供闭环的电池回收技术。

　　经过多年发展，市场上电动汽车的续航里程已经普遍可以达到400km，部分车型提升到了600-700km级别。但消费者依然对里程和充电这两项充满焦虑。特别是到了冬天，电动车趴窝、充电慢的问题就更为突出。

　　这意味着电池性能提升不能止步于此，还需要进一步突破。深谙终端用户体验需求的孚能科技为了解决“里程和充电焦虑”这两大难题，在提升续航和充电速度两方面同时发力。

　　提升电池包系统能量密度主要有两种方式，一是通过材料化学体系创新提升单个电芯的能量密度，二是通过提高电池包内电芯堆放的体积利用率，也就是装得越满，整个电池包装载的能量密度越高。

　　相较于其他电池企业和车企推出的液态电池，孚能科技的SPS半固态电池拥有更高能量密度、安全性更强、充电补能速度更快等优势，电芯单体最高可以达到330Wh/kg的能量密度，加之采用无模组直接集成的技术手段，电池包系统能量密度可以超过250Wh/kg，整车续航里程将超过1000km。

　　此外，孚能科技采用的是软包+叠片的工艺技术。叠片能够充分利用电池边角空间，可以避免卷绕工艺情形下卷绕拐角部有弧度导致空间利用率较低的情况，故在相同体积的电芯设计下叠片形成的电芯能量密度更高。由此，孚能科技SPS电池包的体积利用率达到了75%，超过了麒麟电池72%的体积利用率，也远远超过了4680大圆柱63%的体积利用率，进一步提升了电池包能量密度。

　　快充能力方面，为了满足不同用户的多种出行充电需求，孚能科技可以提供2.4C、3C和4C三种不同充电倍率的快充电芯，分别对应续航里程1000km、800km和600km，电芯更好地平衡了续航里程和充电能力两方面性能。每一款电芯充电10分钟都可以充到400km。

　　快速充电很可能造成电池正负极膨胀变形，相较于其他路线，而孚能科技选择的软包叠片技术恰好可以最大程度避免充放电循环过程中的极片变形问题。

　　要想理解孚能科技SPS软包叠片的技术优势，还要从动力电池电化学原理的角度来看。

　　电池充放电过程中，锂离子在正负极之间来回穿梭。锂离子穿梭会引起正负极材料的体积膨胀，特别是高含硅量的负极材料，其体积膨胀系数相较于目前普遍使用的石墨材料更高。一旦体积膨胀过度，材料形变进而破裂，就会导致电池寿命下降、电池容量衰减。

　　因此在充放电循环过程中，需要保证电池极片的不变形和正负极界面的均一性，确保正负极材料在充放电过程中的膨胀收缩受到抑制。方形叠片电池会受到边缘的限制，导致电芯中间膨胀较为突出。方形卷绕则容易发生极片翘曲变形。圆柱卷绕路线膨胀时则易会发生析锂现象。

　　孚能科技采用的软包叠片技术则可以很好地解决这个问题。SPS电池还可以通过挡板泡棉去缓冲循环过程中的膨胀压力，泡棉在充电时压缩，在放电时膨胀，可以使得电池压力保持均衡，缓解电池内部膨胀和收缩的压力，保持电池结构的稳定性。

　　此外，孚能科技SPS电池在低温性能上表现也十分优异，可以满足整车高寒复杂工况的要求。在-20℃的环境中，SPS系统容量保持率始终在90%以上。基于全极耳和叠片工艺，大软包电芯内阻更低、低温放电表现更好。系统内加入了液冷板和纳米保温材料，可以实时平衡电池包内的温度环境。SPS还应用了全新的低温快速自加热设计来实现低温条件下的正常充电，且充电时间降低50%，大幅提升了电动车在冬季寒冷条件下的续航能力。

　　综合来看，孚能科技SPS电池解决方案可以实现在相同的车辆底盘空间下，集成更多的电池、每个电池又可以在同等体积下携带更多的电量、以及更快的充电速度。搭载孚能科技SPS的电动车也就可以和“充电焦虑”说拜拜了。

　　除了续航里程和充电能力，提升电池的循环寿命一直是业界难题。SPS电池寿命相较于传统技术可提升2倍。根据实验室测试数据，SPS电池循环寿命可达3000次。循环一次可以支持驾驶里程约500公里，即全生命周期内可支持驾驶里程高达150万公里，足以保证私家车的日常驾驶需求。

　　SPS的高循环次数主要来源于电池散热能力提升及BMS技术迭代的共同作用。其中避免电池热失控是提高电池寿命的要诀。SPS采用了全新的系统结构，包括液冷板与底盘一体化、液冷板和导热片的复合使用，可以实现电池模组“双面液冷，三面传热”的高效热交换，电池系统的散热效率提升了4倍。

　　无论性能提升多少，电池安全始终是第一位的。提升电池安全性的关键在于降低电芯在使用过程中发生热失控的概率，从而改善高能量密度锂离子电池的本征安全性。

　　随着市场对电芯能量密度、充电速度需求的不断提升，液态电池安全风险逐渐增高，电池起火爆炸的可能性显著提升。

　　SPS大软包电池方案采用半固态电池技术、新的电池系统结构和BMS技术，可实现“无热蔓延/无热扩散”安全水准。

　　孚能科技用稳定的半固态电解液替代现有液态锂电池中的易燃、易爆、易挥发、易泄漏的有机电解液成分，从材料化学体系层面实现电芯本征安全。孚能科技正在研发的第四代半固态电池会将液体电解液减少到15%。SPS中的单个半固态电芯可以做到热失控时不冒烟，且温度可控制在45摄氏度，为终端用户安全保驾护航。

　　结构上，SPS电池系统高效的热交换能力也可以降低热失控概率。据实验室测试，SPS大软包电池系统配置8系或更高镍含量的电芯，依然能做到单体电芯的无热蔓延或无热扩散，从而杜绝热失控风险。

　　保障电池安全还需要加强电池管理系统BMS的技术能力。孚能科技综合运用大数据、云计算和AI等技术，将提取的电池状态数据上传至云端数据平台，为电池健康状态的数据分析装上“云端智慧大脑”。

　　孚能科技BMS在云端通过AI模型算法对电池数据进行分析。算法会根据海量数据实现自我在线迭代，从而实现更加实时、精准的电池状态评估，可以实现电池安全风险、热失控提前预警，最终提升安全性和续航里程，充分保障驾驶体验。

　　据了解，目前孚能科技BMS技术已被部分车企采用，所监控在驶车辆的总行驶里程近50亿公里，里程数可绕地球赤道125000圈。

　　SPS大软包电池方案体积利用率突破75%，为目前行业最高的系统集成度。充分利用好了电池包内的每一寸空间。在材料体系不变的情况下，采用孚能科技的SPS系统，带电量直升30%。比如原先装载三元电池的800公里车型，使用SPS系统后续航可以达到1000公里。

　　高适配性也是SPS方案的鲜明特点。SPS方案可以将电芯集成到PACK甚至是集成到汽车底盘，实现CTP/CTC。基于叠片工艺，SPS电池系统可实现同款电芯的高度可调。基于卧式结构，同款底盘的高度可变，系统高度可以覆盖85mm-145mm。

　　这意味着SPS方案适用于多个平台及多种车型，将大大提高车企整车开发的自由度，为车企在多种车型、多个平台的开发模式下带来便利，提高车企新产品开发的效率。例如，SPS方案可为需要低底盘高度的车型，如轿车或MPV提供更大的座舱空间。

　　此外，SPS方案可兼容多种化学材质，覆盖高镍三元、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、低镍富锂锰、钠离子等材料体系。比如高镍正极+硅碳负极方面，孚能科技将打造300-400Wh/kg的产品体系。系统容量覆盖80KWh-150KWh，适用于当前主流车型及续航里程的需求。

　　只有持续技术创新，才能建立竞争优势。孚能科技瞄准高能量密度和高功率两大方向，在正负极材料、电解液、隔膜等方面持续研发，并聚焦下一代电池形态。

　　电池技术正在逐步从液态向半固态、固态电池转变，很多车企纷纷布局固态电池。

　　譬如宝马投资了固态电池公司Solid Power，初步预计固态电池能够上车的节点是在第七代动力总成平台或者第八代。奔驰在固态电池领域则投资了辉能科技和Factorial Energy，建立合作伙伴关系共同开发固态电池。

　　就技术路线而言，市场押注的多为硫化物和氧化物固态电池路线。而在电池形态上，软包是公认的未来固态电池最理想的形态。采用软包形态的固态电池能量密度更高、成本更低，且循环寿命更长。因此，孚能科技对软包的坚持之中也蕴含着对未来电池技术路线的深远思考。王瑀博士表示，“目前孚能科技已经设立了半固态电池产线，未来固态电池完全成熟了，孚能科技马上就可以推向市场。”

　　目前孚能科技的第一代半固态电池已经量产，高镍电池达到了NO TP的安全目标，使电池产品同时实现了高安全、高能量密度、快速充电和长循环。“通过半固态逐渐减少电解液，最后可能只留下15%，电池烧都烧不着，即便点着也只会产生一点点气体，气体释放出来就会结束，不会发生危险事故。”，王瑀博士这样说道。

　　此外，孚能科技的钠离子电池正在向产业化阶段推进,预计2023年量产。孚能科技预计量产后的钠离子电池产品相比磷酸铁锂体系成本降低30%以上。

　　近日孚能科技宣布与江铃集团新能源合作开发钠电池系统方案，以在售的江铃集团新能源EV3车型为基础开展适配性预研工作。这标志着孚能科技钠电池系统基本性能达到车用标准并获得客户初步认可。根据江铃集团新能源生产、销售计划，该应用钠离子产品车型将在2023年上市销售。

　　孚能科技致力于未来能源体系的可持续发展，在SPS方案设计之初就考虑到了对电芯材料的回收利用。SPS电池系统可以将回收材料利用率提升至99%以上，同时可在生产中使用回收材料进行制造。据美国第三方实验室数据显示，掺入25%直接回收的正极材料制成的电芯与全新正极材料制成的电芯相比，在性能表现上无明显差异。

　　动力电池行业是一个高技术壁垒和高制造工艺壁垒的行业。电池制造正在向PPB（十亿分之一）级别的缺陷率迈进。孚能科技引入数字化、智能化技术，建立制造工艺的护城河，通过构建智能制造系统，推进智能检测、智能物流、智能决策等工业智能化应用，实现柔性制造。2022年，公司位于镇江的锂离子动力电池智能制造工厂成为江苏省智能制造示范工厂认定企业。

　　公司还在不断提升自身高速叠片工艺技术水平，提高电池的叠片速度及叠片精度。

　　“孚能科技要与世界先进制造工厂接轨，形成数字化、智能化、低碳化的制造能力”，王瑀博士这样说道。

　　孚能科技也十分注重设计与制造的融合。电池包集成结构简化后，SPS将实现电池系统部件减少50%，材料成本降低33%，进而可使降低设备投资减少50%，厂房面积减少60%，制造能耗和费用分别降低35%和30%。

　　国际化是动力电池进入TWh时代的核心关键词之一。软包电池的主要市场份额也在海外。2022年海外销量前20名品牌中有15个品牌使用了软包电池，海外最畅销的20款新能源乘用车中，就有11款车型搭载了软包动力电池。

　　车企需要依托电池的技术创新来带动整车性能提升，为消费者提供跑得远、充得快、安全性好的用车体验，进而培育出一个能打的电动车品牌。奔驰作为头部豪华车企业，在电池供应商选择上十分谨慎，最终选择了孚能科技作为多款EQ系列车型的独家电池供应商。

　　2022年，孚能科技持续为奔驰集团、北京奔驰的订单进行批量生产和供货，覆盖EQS、EQE和新款EQA、EQB等多个车型。孚能科技正在欧洲积极布局动力电池制造，与专注于欧洲市场的瑞典新锐电动商用车品牌Volta、西班牙最大的客车制造企业Irizar等车企达成合作。

　　孚能科技也与广汽开展了多个平台及车型项目的合作，其中包括AionV、AionSplus以及AionY等多款重点车型。与奔驰集团和广汽的合作，将成为孚能科技布局动力电池业务全球战略的重要基石。

　　新能源汽车超预期的增长带动了动力电池爆炸式的扩张。行业竞争将愈发激烈。孚能科技没有选择很多人走的那条路，而是牢牢把握住自身的技术特色，不断加强技术创新，突破技术“无人区”。

　　动力电池行业的竞争是长期的。材料化学体系和电池形态的迭代创新仍在继续，技术变革的下一波浪潮已经若隐若现。新能源汽车渗透率迈进50%的进程中，孚能科技已经做好了把握产业机遇的准备。