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從一個“防爆閥”看寧德時代如何以持續創新提升動力電池安全性

8月24日消息,全球知名研究機構SNE research近日公布了2023年1-6月全球動力電池裝車數據報告。

報告顯示,總體來看,2023年1-6月,全球動力電池裝車量為304.3GWH,同比增長50.1%,相較于2022年全年71.8%的高增長率有所下降。其中,全球動力電池龍頭寧德時代裝車量為112GWH,較去年同期猛增了56.2%,全球市場份額更是達到了36.8%,成為全球動力電池供應商中唯一占據30%以上市場占有率的廠商,而且已經連續六年位居全球第一。

在這亮眼成績單的背后,勇闖“無人區”的創新精神和扎實穩健的研發投入一直是寧德時代的“法寶”。

造一個“值得信賴”的防爆閥

真正的創新者,都是仰望星空與腳踏實地,缺一不可。即使一個小小的防爆閥背后,都經過了無數的探索與努力。

鋰電池充放電的過程,本質是一場生動的化學反應,在這肉眼不可見的納米級世界里,并非所有物質反應都是對電池有益的,例如氣體的排放就給工程師帶來了長期的困擾。

但在外部造成的極端情況下,無序的化學反應可能在瞬間產生大量氣體,如果無法使氣體及時排出電池外部,不斷聚集的壓力會導致電池變形,嚴重則可能爆炸,從而威脅到汽車使用者的生命安全。

“防爆閥既是危險事故時的防護器,也是電池安全充放電的保護傘。所以,我們要造出一個‘值得信賴’的防爆閥?!睂幍聲r代鄭于煉工程師說。

防爆閥雖小,但要十分靠譜并非易事。工程師們深知這其中的挑戰,因此在電池的關鍵位置,為其設計了防爆片,當壓力過大,防爆片便會被壓力沖破,氣體得以排出。

但令工程師煩惱的是,電池內部有序的化學反應同樣會產生氣體,防爆片雖然可以最大限度保護使用者的安全,但如果氣壓低于設計值時防爆片就提前爆開,就會縮短電池的使用壽命,造成電池浪費。

經過大量的試驗,寧德時代發現防爆片容易提前爆開的原因之一是由于電池頂蓋上開設了排氣通孔,造成電池頂蓋容易變形,不能滿足焊接防爆片時對電池頂蓋平面度的要求。

“我們最先想到的是通過簡單的材料改進辦法,但無論是以鋼代替鋁作為電池頂蓋處的材料還是增加電池頂蓋部分整體厚度,都是以增加電池成本或犧牲電池可利用體積來解決問題。經過反復的測試驗證,終于在一次又一次的失敗中摸索出了解決良法?!编嵱跓捳f。

據介紹,最終,寧德時代的工程師們想到了沖壓形成一圈加強環的方法,同時解決了技術性和經濟性的難題,這在業內屬于首創。由于設置的一圈加強環凸出于電池頂蓋的外表面,因此還可以抵擋在注射電解液過程中意外灑落到電池頂蓋外表面上的電解液,防止電解液流入排氣通孔內而產生電解液結晶現象。

然而,實驗室完美的解決方案只是第一步,到實際生產、運輸、裝配環節,寧德時代的工程師們又發現了問題,防爆片裸露在外且十分的脆弱,硬物輕松就可以刺破,為了達到最佳保護效果,工程師們不得不為防爆片增加了一層透明的保護膜。

保護膜有效阻擋了外部風險,但同時也影響了電池的正常檢測,為了確保裝到車上的每個電池都具有良好的密封性,工程師們會對每個電池在出廠前進行氦檢,向電池內注入氦氣并檢測是否有氣體外泄。而保護膜阻隔了氣體的溢出,使得氦檢失效。

“既要留出氣體溢出的通道,又要防止電解液注射時通過排氣通道污染防爆片,在嘗試了設置聯通機構等方案后,工程師們找到了最為簡潔有效的辦法,即在加強環上設置刻痕,刻痕極小又遠離注液口因此避免污染,同時刻痕又為氣體的排放留出了必要的出口,可謂是一舉兩得?!编嵱跓捳f。

“關于防爆閥技術,我們在全球申請了340多件專利,截至目前已授權200多件,拿其中一件核心專利來說,專利號為ZL201521112402.7,是我們在2015年改進防爆閥技術時產生的?!编嵱跓捬a充道。

鄭于煉表示,工程師文化是寧德時代產品創新領先全球的原因之一,工程師們善于發現問題并提出解決辦法,公司會鼓勵每個人的每一次奇思妙想,讓工程師們放開手去創造,正是憑借防爆閥這樣的零部件創新,工程師們不斷積累經驗,并為動力電池帶來更多可能。

硬核技術背后是“無人區”創新與扎實投入

寧德時代創立于2011年,發展到今天,寧德時代的動力電池使用量已經自2017年開始連續六年全球第一,2023年上半年全球市占率更是達到了36.8%。目前,寧德時代和全球幾乎所有主流車企都建立了合作伙伴關系。

當然,硬核技術實力背后是寧德時代的“無人區”創新和扎實投入。寧德時代已經建立起材料及材料體系、系統結構、綠色極限制造、商業模式四大創新體系。在服務超過930萬輛車的廣泛實踐中,形成了獨特的以研發測試數據和海量實車反饋互相印證的研發閉環。

據介紹,寧德時代還全球布局研發體系,在寧德、溧陽、上海、廈門以及德國慕尼黑設立了五大研發中心,研發人員達17998人,其中21C創新實驗室已成為全球能源存儲轉化前沿技術的研發高地。

2022年,公司研發費用155億元,同比增長102%,公司擁有及正在申請的國內外專利合計16637項,主導或參與制修訂超過80項國內外標準。

此外,寧德時代介紹,公司還在制造方面以0缺陷率為目標研發了極限制造體系架構,平均1秒便可產出一個電芯,20秒產出一個模組。同時,可以對超過6800個質量控制點進行實時監控,平均一個電池追溯數據超過1萬項,這讓寧德時代的電芯單體失效率達到了PPB級別,也就是十億分之一的水平。




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