电动汽车需要在高的充放电电流下进行运行，这可能会导致温度急速升高而产生安全隐患。锂离子电池在制造过程中是密封的，因此很难探测其内部温度。利用X射线衍射(XRD)跟踪集流器的膨胀，可以进行非破坏性的内部温度测量。然而，众所周知，圆柱形电池经历复杂的内部应变，这导致温度的准确测量变得更加困难。伦敦大学学院P. R. Shearing通过两种先进的同步辐射XRD方法表征了高倍率(3C以上)下锂离子18650电池的电荷状态、机械应变和温度。作者观察到，在能量最优的电池(3.5 Ah)上放电20分钟会导致内部温度高于70°C，而在功率最佳的电池(1.5 Ah)上快速放电12分钟时，温差大幅降低(低于50°C)。然而，当比较相同电流下的两种电池时，峰值温度相似，例如，6 A放电导致两种电池类型的峰值温度为40°C。作者观察到，温度升高是由于热积累，这与充电过程有很多关联，例如恒电流或恒电压。这种机制会随着循环而恶化，因为恶化过程会不断增加电池的阻抗。现在应该利用这种新方法来探索与温度相关的电池问题的设计缓解措施，为高速电动汽车应用期间改善热管理提供机会。相关工作以Mapping internal temperatures during high-rate battery applications为题在Nature上发表论文。如图1a、b所示，对于圆柱形18650电池，通过监测金属集流器晶格间距2来计算温度(图1c)，并使用XRD-CT重建空间分辨率图像(图1d、e)，可以产生类似的横截面(以较低的空间分辨率)。XRD-CT只能精确地重建绕层析旋转轴旋转时不变的量，由于热致应变在大多数材料中是一个标量，因此可以获得温度图。作为一个简单的概念验证实验，作者首先绘制了两个18650电池在炉内加热后的内部温度。内部温度如图1所示，是在电池冷却大约30分钟的过程中，从电池内同一区域拍摄的横截面切片。![]()
![]()
在电池充放电过程中，除了焦耳热效应引起的热应变外，铜集电极还会产生机械弹性应变，这是由电池内部的应力积累引起的，这是由阳极和阴极的不同体积膨胀和收缩引起的。为了将机械应变与热应变分离，使用MCC-XRD进行测量，该方法允许在给定的空间位置(测量体积)进行高速(亚秒)、高角分辨率和高信噪比的XRD测量。图4显示了在四个充放电循环中NMC电池第4区记录的温度值，其中所有四次充电都在1C下进行，但每次放电都增加，直到达到最大电流约10 A。四种电荷曲线(1C，3.5 A)的温度和奇异拉伸应力具有高度可重复性，变化极小。此外，恒流(CC)和恒压(CV)阶段之间的过渡(虚线，大约45分钟)可以清楚地区分。在CC过程中，由于热量积累，温度升高，但一旦电流在CV(或OCV)下衰减，温度就会降低，因为向周围环境损失的热量超过了焦耳加热产生的热量。因此，所使用的电流和观察到的温差之间存在明显的相关性(如图4a所示)，但随后，充电结束时的内部温度将由整个充电持续时间内的电流曲线决定。在没有CV保持的情况下进行放电，即仅在CC下进行放电。CC放电过程中的温升与第一次实验中从烘箱中取出后的冷却过程相似(但相反)(将图4b中的加热与图1d中的冷却进行比较)；一开始温度变化很快，但随着时间的推移变慢。当然，与热动力学不同，由于在充电过程中发生的嵌入和脱嵌机制，在CV阶段机械应力不会降低(图4c)。这种应力只有在放电过程完成后才会解除(图4d)。在放电结束时观察到的非零应力值的边际应力滞后可能归因于较高倍率下无法达到的放电容量。还应该注意的是，应力最依赖于SoC(图4e、f中的应力与容量)，而与C倍率无关(图4f)。Mapping internal temperatures during high-rate battery applications，Nature，2023. https://www.nature.com/articles/s41586-023-05913-z起点钠电关注到，日前，拓邦股份举行了一场新能源产品发布会，发布了了钠离子电池，工商业储能BMS，通信备电智能锂电池解决方案，轻型动力车辆双包并联电池解决方案等产品。其中，在钠离子电池性能方面，拓邦钠离子电池标称容量可达9.0Ah；能量密度可达120Wh/kg；循环寿命可达2500次以上；可同时实现3C充电、5C放电，充电20分钟，电量可达90%以上，-40℃放电容量接近 80%。应用场景方面，据介绍，拓邦钠离子电池可广泛应用于便携储能、两轮车、低速车、通信备电等场景。此外，发布会上，拓邦股份还提到，相比于普通锂离子电池，拓邦钠离子电池的原材料成本，正极降低约50%，负极降低约20%，电解液降低约15%，集流体降低约10%，原材料总成本可以降低约30%。值得一提的是，拓邦钠离子电池研发团队还攻克了高比能、抑制产气、长寿命等诸多关键技术，申请CN115394967A、CN115566183A、CN115692661A、CN115692684A等多项钠离子电池相关专利。显然，从钠离子电池相关专利布局，再到钠离子电池产品出新，不难看出，拓邦股份在钠离子电池领域的步伐踏实且坚定。而纵观市场，从中科海钠、宁德时代、传艺科技、猛狮科技、鹏辉能源，再到美达瑞、立方新能源、启钠新能源等钠电新秀，以及雄韬股份、派能科技、ST开元等跨界入局者，布局钠离子电池的企业越来越多。钠离子电池出新速度也开始加快，据起点钠电不完全统计，2023年开年至今，已经有超威、星恒电源、海基新能源、中科海钠、雅迪、台铃、宁德时代、海四达、天能等多个企业推出了旗下钠离电池新品，以及搭载钠离子电池的两轮车或者低速四轮车样车。总之，随着相关基地的建设开展，产线的落地投产、以及越来越多的钠离子电池相关规划出炉，钠离子电池产业链发展愈发完善，产业化发展水平也逐渐提升，再加上越来越多的入局企业，钠离子电池市场正在进一步打开。据起点钠电预测，2023年是钠电池真正有产能投放的量产元年，预计全年出货量达12GWh。且最开始应用的市场应该是以低速车为主，尤其是在电动两轮车和电动工程车的场景。到2025年，应用于3C、动力及储能领域的钠电池规模分别为5/45/50GWh，总出货量将达100GWh。到2030年，钠电市场规模将超过1TWh。面对前景可观的钠离子电池市场，未来，拓邦股份还将有哪些布局和动作，对此，起点钠电将持续关注。资料显示，拓邦股份成立于1996年，2007年在深圳证券交易所成功上市(股票代码002139),是国内智能控制领域首家上市公司。公司主营业务为智能控制系统解决方案的研发、生产和销售，即以电控、电机、电池、电源、物联网平台的“四电一网”技术为核心，面向家电、工具、新能源、工业和智能解决方案等行业提供各种定制化解决方案。财报数据显示，2022年实现营业收入入88.75亿元，同比增长14.27%，实现归母净利润5.83亿元，同比增长3.13%，实现扣非归母净利润4.84亿元，同比上升11.96%；2023年一季度，拓邦股份实现收入19.95亿元，同比增长6.82%，实现归母净利润0.96亿元，同比增长2.11%；实现扣非净利润0.91亿元，同比增长57.62%。财报显示，2023年一季度，格林美实现营业总收入61.29亿元，归母净利润1.72亿元。此外，格林美董事长许开华还透露了钠电池方面的规划。许开华表示，公司的钠电材料业务今年一季度完成1万吨产能建设，计划2023年完成3万吨产能建设。2021年7月，宁德时代发布了第一代钠离子电池，电芯单体能量密度达到160Wh/kg，震惊了业界，国内钠电池产业也迎来了初长成的时刻。与铅酸电池对比，钠离子电池循环寿命、能量密度等远优于铅酸电池。与锂电对比，钠电具有明显的经济性，理想状态下钠电成本可下降至0.25元/wh。浙商证券测算，2025年钠电需求总量可以达到88GWh，2030年钠电需求可以达到378GWh。随着成本的降低和应用场景的增加，越来越多的企业抢滩钠电池。包括宁德时代、中科海纳、亿纬锂能、雅迪等诸多巨头在内，已纷纷发产品、量产并大建产能，钠离子电池或将迎来规模产业化元年。但有业内人士认为，当前限制钠离子电池产业发展的因素主要在于供给端，而非需求端。分析认为，未来钠离子电池电极正负极材料需求量将超过120万吨，行业规模将会超过600亿人民币。![]()
5月16日消息，宁德时代接受投资者调研时表示，公司于4月份发布了凝聚态电池，单体能量密度高达500Wh/kg，凝聚态电池正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发，同时，公司也将推出凝聚态电池的车规级应用版本。
据悉，宁德时代发布的全新凝聚态电池，其单体能量密度高达500Wh/kg，属于航空级电池。最为对比，目前市售销量较高的纯电车型所用磷酸铁锂电池，其能量密度普遍在100-150Wh/kg，三元锂也基本不会超过200Wh/kg。因而，宁德时代的凝聚态电池储能密度，属于“断层式领先”的水平。宁德时代首席科学家吴凯表示，这是宁德时代在电池上的一个重要巨大突破，凝聚态电池拥有安全性高、可靠性强、循环寿命长等特点，该电池单体能量密度达500Wh/kg，可以快速量产，接下来车规级产品也会推出。此外，凝聚态电池的另一个优势是快速充电能力，要比传统锂离子电池快得多，传统锂离子电池通常需要几个小时才能充满电。凝聚态电池可在数分钟内完成充电，因此非常适合需要快速充电的电动汽车和消费电子产品。注：文中观点仅供分享交流，不代表本公众号立场，转载请注明出处，如涉及版权等问题，请您告知，我们将及时处理
