动力锂电池和电芯
目前新能源汽车采用的多是锂离子电池,
正极的活性材料重要有两类,一类是镍钴锰锂化合物(NCM),另外一类是磷酸铁锂(LFP);负极多是石墨(95%),加上一些添加剂。放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入,形成放电或者充电电流。通常新能源汽车车载锂离子电池多是由电芯、模组、电池包构成;电芯是电池包的最小单元,模组则由多个电芯连接而成,电池包又由多个模组组成,另外加上电池管理控制模块、连接端子等。假如把车载锂离子电池包作为一个子系统,那么电芯成本占的比例约为85%左右,所以,对电芯成本做一个精准计算、找出重要的成本驱动点,然后进行技术优化,是优化电池包成本、做好新能源汽车整车成本企划的重要路径。
锂离子电池电芯分解
本文只是描述了其中的一些分解步骤,不保证全面。锂离子电池电芯分解,一定要在专业实验室里做,这是操作安全的保障!
首先,对锂离子电池电芯进行长时间完全放电
作者用来分解的锂离子电池电芯是方形电芯,电压3.65V,容量255Wh,毛重1.4公斤
然后,在干燥实验室进行低温操作,打开电芯外壳,分别对正极膜、负极膜、隔膜厚度及外形尺寸进行测量,其中,正极膜含活性化合物(NCM)和铝基材,负极膜含活性化合物(Graphit)和铜基材,从而得到锂离子电池电芯成本计算的重要材料输入参数。
由此用观昱机电技术(上海)有限公司的参照成本计算模型计算出这个锂离子电池电芯的材料成本及其分布。
重要材料成本驱动点分别是三元材料、电解液、铜膜等。优化材料成本就是从这些材料成本驱动点入手,比如三元材料(NCM),其中C是指昂贵的钴材料,如何降低钴材料的比例,是优化材料成本的优先选项,从原来的NCM111,变为NCM523,甚至NCM811,就是以新增镍的含量,来降低钴的含量,当然,镍含量的新增,也影响了电芯的稳定性,所以,要在稳定性和材料成本上,平衡优化;另外,铜膜、电解液等也是有优化空间的。
锂离子电池电芯的制造,犹如面条的制作,可以分为约18个工序。
其中搅拌、涂层、烘干、压实、分卷、真空烘干、老化等工序是批次加工工序(batch),而切片、层叠、加注电解液、封装等工序则为节拍制造工序。