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宁德时代勇闯技术“无人区” 仅一个防爆阀技术就包含340余项专利

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  8月24日消息,全球知名研究机构SNE research近日公布了2023年1-6月全球动力电池装车数据报告。

  报告显示,整体看来,2023年1-6月,全球动力电池装车量为304.3GWH,同比增长50.1%,相较于2022年全年71.8%的高增长率会降低。其中,全球动力电池龙头宁德时代装车量为112GWH,较去年同期猛增了56.2%,全球市场占有率更是达到了36.8%,成为全世界动力电池供应商中唯一占据30%以上市场占有率的厂商,而且已经连续六年位居全球第一。

  在这亮眼成绩单的背后,勇闯“无人区”的创新精神和扎实稳健的研发投入一直是宁德时代的“法宝”。

  真正的创新者,都是仰望星空与脚踏实地,缺一不可。即使一个小小的防爆阀背后,都经过了无数的探索与努力。

  锂电池充放电的过程,本质是一场生动的化学反应,在这肉眼不可见的纳米级世界里,并非所有物质反应都是对电池有益的,例如气体的排放就给工程师带来了长期的困扰。

  但在外部造成的极端情况下,无序的化学反应可能在瞬间产生大量气体,如果无法使气体及时排出电池外部,不断聚集的压力会导致电池变形,严重则可能爆炸,从而威胁到汽车使用者的生命安全。

  “防爆阀既是危险事故时的防护器,也是电池安全充放电的保护伞。所以,我们要造出一个让人信服的防爆阀。”宁德时代郑于炼工程师说。

  防爆阀虽小,但要十分靠谱并非易事。工程师们深知这其中的挑战,因此在电池的关键位置,为其设计了防爆片,当压力过大,防爆片便会被压力冲破,气体得以排出。

  但令工程师烦恼的是,电池里面有序的化学反应同样会产生气体,防爆片虽能最大限度保护使用者的安全,但如果气压低于设计值时防爆片就提前爆开,就会缩短电池的常规使用的寿命,造成电池浪费。

  经过大量的试验,宁德时代发现防爆片容易提前爆开的原因之一是由于电池顶盖上开设了排气通孔,造成电池顶盖容易变形,不能够满足焊接防爆片时对电池顶盖平面度的要求。

  “我们最先想到的是通过简单的材料改进办法,但无论是以钢代替铝作为电池顶盖处的材料还是增加电池顶盖部分整体厚度,都是以增加电池成本或牺牲电池可利用体积来处理问题。经过反复的测试验证,终于在一次又一次的失败中摸索出了解决良法。”郑于炼说。

  据介绍,最终,宁德时代的工程师们想到了冲压形成一圈加强环的方法,同时解决了技术性和经济性的难题,这在业内属于首创。由于设置的一圈加强环凸出于电池顶盖的外表面,因此还可以抵挡在注射电解液过程中意外洒落到电池顶盖外表面上的电解液,防止电解液流入排气通孔内而产生电解液结晶现象。

  然而,实验室完美的解决方案只是第一步,到实际生产、运输、装配环节,宁德时代的工程师们又发现了问题,防爆片在外且十分的脆弱,硬物轻松就可以刺破,为了达到最佳保护效果,工程师们不得不为防爆片增加了一层透明的保护膜。

  保护膜有效阻挡了外部风险,但同时也影响了电池的正常检测,为了确认和保证装到车上的每个电池都拥有非常良好的密封性,工程师们会对每个电池在出厂前进行氦检,向电池内注入氦气并检测是否有气体外泄。而保护膜阻隔了气体的溢出,使得氦检失效。

  “既要留出气体溢出的通道,又要防止电解液注射时通过排气通道污染防爆片,在尝试了设置联通机构等方案后,工程师们找到了最为简洁有效的办法,即在加强环上设置刻痕,刻痕极小又远离注液口因此避免污染,同时刻痕又为气体的排放留出了必要的出口,可谓是一举两得。”郑于炼说。

  “关于防爆阀技术,我们在全球申请了340多件专利,截至目前已授权200多件,拿其中一件核心专利来说,专利号为ZL2.7,是我们在2015年改进防爆阀技术时产生的。”郑于炼补充道。

  郑于炼表示,工程师文化是宁德时代产品创新领先全球的原因之一,工程师们善于察觉缺陷并提出处理方法,公司会鼓励每个人的每一次奇思妙想,让工程师们放开手去创造,正是凭借防爆阀这样的零部件创新,工程师们不间断地积累经验,并为动力电池带来更多可能。

  宁德时代创立于2011年,发展到今天,宁德时代的动力电池使用量已经自2017年开始连续六年全球第一,2023年上半年全球市占率更是达到了36.8%。目前,宁德时代和全球几乎所有主流车企都建立了合作伙伴关系。

  当然,硬核技术实力背后是宁德时代的“无人区”创新和扎实投入。宁德时代已经建立起材料及材料体系、系统结构、绿色极限制造、商业模式四大创新体系。在服务超过930万辆车的广泛实践中,形成了独特的以研发测试数据和海量实车反馈互相印证的研发闭环。

  据介绍,宁德时代还全球布局研发体系,在宁德、溧阳、上海、厦门以及德国慕尼黑设立了五大研发中心,研发人员达17998人,其中21C创新实验室已成为全世界能源存储转化前沿技术的研发高地。

  2022年,公司研发费用155亿元,同比增长102%,企业具有及正在申请的国内外专利合计16637项,主导或参与制修订超过80项国内外标准。

  此外,宁德时代介绍,公司还在制造方面以0缺陷率为目标研发了极限制造体系架构,平均1秒便可产出一个电芯,20秒产出一个模组。同时,可以对超过6800个质量控制点进行实时监控,平均一个电池追溯数据超过1万项,这让宁德时代的电芯单体失效率达到了PPB级别,也就是十亿分之一的水平。

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