如果在某個早上，乘坐一架低空飛行器避開擁堵的早高峰，這種通勤方式是不是很科幻、很未來？當下，國內一些科技公司加速布局電動垂直起降飛行器eVTOL賽道，天津力神電池股份有限公司憑借行業(yè)頂尖電芯產品，成為這一新興產業(yè)鏈上的重要一環(huán)。
珠海到深圳跨海飛行，南京跨長江飛行，山東試飛場單次飛行距離長達250.2公里，行業(yè)領軍企業(yè)2噸級eVTOL傲人表現(xiàn)的背后，是力神電池325Wh/kg高比能軟包聚合物電芯源源不斷輸出著動力。
“今年成功交付10000支，明年訂單還會擴大，我想，訂單就是對我們產品最好的肯定！”項目研發(fā)負責人劉文剛博士充滿信心。
向“325”發(fā)起沖擊
力神獨家供貨的高比能電芯，能量密度達到了325Wh/kg，325這個數(shù)字是個什么概念？一般消費者熟知的新能源汽車動力電池電芯，能量密度一般在180到260Wh/kg左右。兩年前，市面上還沒有達到325Wh/kg的量產電芯，這個能量密度，可以說是不折不扣的行業(yè)制高點。
還有，客戶要求電池要具備高安全性，具備1000次以上的循環(huán)壽命，具備高功率滿足大噸位飛行器起降……面對客戶各項嚴格的產品指標，面對同行業(yè)各大企業(yè)的競爭，力神電池果斷出手了……
信心源自此前一場由公司CTO主持的可行性研討會。會上，項目經理和材料、設計、制造各個團隊聚到了一起，面對 “325”這個指標，大家雖然心里不太有底，但都認為通過努力可以嘗試一下，至少要搏一把，最后，公司CTO拍板，接單！
劉文剛是力神電池所屬天津力神聚元新能源科技有限公司研究院型號開發(fā)部副部長，他率領的電池方案設計團隊，是電池研發(fā)承上啟下的關鍵一環(huán)。拿蓋樓做類比，他們所承擔的環(huán)節(jié)就好比是設計圖紙，沒有圖紙，高樓大廈的一磚一瓦都無從安置。
劉文剛介紹，鋰離子電池工作時，鋰離子在正負極之間的電解液里來回穿梭實現(xiàn)充放電，在放電時提供能量。當前，業(yè)界普遍把更高能量密度作為電池的發(fā)展方向，而要實現(xiàn)高能量密度，材料選擇至關重要，他們采用了高鎳三元材料作為正極，采用硅碳作為負極材料。
項目研發(fā)負責人劉文剛博士介紹eVTOL電芯
選對了材料只是第一步，在材料已經沒有秘密的情況下，材料之間如何搭配——正負極怎么匹配，隔膜和電解液怎么選擇，電解液的量是多少等等，成為電池性能高低的關鍵，可以說，電池的方案設計也是一家電池企業(yè)核心競爭力的密碼所在。當然，這也是劉文剛團隊向325Wh/kg發(fā)起沖擊的主攻方向。
“活性材料和非活性材料都有一定的體積，要實現(xiàn)高的能量密度，就要提高活性材料涂覆量，同時增大碾壓密度，然而也不是密度越大越好，還得考慮制造環(huán)節(jié)的可行性。”劉文剛介紹說。
沉著應對 解決問題
十幾天的連夜加班和頭腦風暴，筆記本上密密麻麻的數(shù)字和公式，他們計算各項參數(shù)，反復權衡各項指標，最終拿出了一個初步設計方案。因為是從未涉足過的高指標，他們還組織召開評審會，會上的結論是方案基本可行，而憑借多年的電池設計經驗，劉文剛也信心滿滿，認為這個方案實現(xiàn)起來“問題不大”。
生產車間
和辦公樓一路之隔，就是力神電池的制造工廠，這份設計方案被送到了車間，開始試制。
一個月內，劉文剛一直等待試制成功的好消息，直到團隊研發(fā)工程師潘旭晨打進來一個電話：“劉博，電池變形了，還有掉粉！”
劉文剛預想過可能會出現(xiàn)各種問題，但聽到這個信息，他心里還是“咯噔”一沉。他知道這個項目的分量，力神被稱為“鋰電老兵”，和成熟的消費級電芯相比，eVTOL電池項目介于動力電池和消費級電子電池之間，是公司搶抓新賽道的一次重要出擊，不允許失敗！他迅速冷靜下來，火速趕到了試制車間。
充電、拆解、觀察……有著十余年電池設計經驗的劉文剛第一時間做出初步判斷——應該是材料碾壓密度過大所致，硅碳負極材料在充電時會出現(xiàn)體積膨脹，導致電池內部應力不均進而出現(xiàn)電池變形，而掉粉也與之相關，負極材料膨脹過大，和集流體之間出現(xiàn)縫隙，就會導致材料脫落。
他和團隊成員快速形成了一份報告，闡明電芯試制過程中出現(xiàn)的問題，分析這些問題出現(xiàn)的原因，并給出了相應的解決方案，報告再次提交評審。改善方案獲得批準后，團隊在新的設計方案中，在保證實現(xiàn)325的前提下，適當優(yōu)化碾壓密度數(shù)值，根據(jù)這一修正后的數(shù)據(jù)再次試制的電芯，果然沒有再出現(xiàn)上述變形和掉粉問題。
“實際上還是這個材料的碾壓密度偏大。這也說明，我們在設計的時候定的部分參數(shù)不合理，等到對相關的參數(shù)進行優(yōu)化之后，所有的問題都迎刃而解。”劉文剛說。
“通俗地講，就是加工制造時，壓得太狠了！”回憶當時的情景，他笑著說。
為頭部企業(yè)獨家供貨
在接下來的環(huán)節(jié)中，力神電池大軟包無人機項目制造團隊在肖凱經理和于振技師的帶領下，不分日夜，解決試制過程中的尺寸控制以及量產過程中的良率等一系列問題，成功完成了小批量325Wh/kg的電芯樣品制作，達到行業(yè)頂尖水準，順利交付甲方客戶。
“試飛成功了！”項目經理井天昊向項目團隊分享著前方的喜訊。讓人驚嘆的是，在2噸重的飛行器中，力神電池出品的電池重量僅有500公斤，這要低于很多主流新能源車型電池的重量。
一年多來，搭載力神高比能電芯的eVTOL不斷刷新著飛行試驗記錄，今年2月，該機型成功在深圳到珠海間實現(xiàn)跨海飛行，巡航時速達200公里，全程僅用時20分鐘，讓人們看到了未來空中汽車的光明場景。
回顧整個研發(fā)進程，力神電池整個無人機團隊付出了大量心血，也經歷過困惑和挫折，但是為了325的目標，他們從未動搖過。“我們確實遇到過很多困難，但看到客戶一次次試飛成功，還獨家采用我們的產品，心里也有一種成就感！”劉文剛感慨說。
交付首年向客戶供貨4000支，整個2024年供貨量達到了10000支，而隨著該頭部企業(yè)飛行器投放量的增加，預計2025年力神電池供貨會有更多的增長，和更多龍頭企業(yè)的合作也在進行之中。“試飛至今，我們的電池沒有出現(xiàn)過什么問題，我想客戶的訂單就是對我們最大的肯定。”劉文剛說。
目前，力神電池依托中國誠通國有資本運營平臺，始終把科技創(chuàng)新作為引領發(fā)展的第一動力，在中華人民共和國成立75周年之際，所屬大軟包無人機項目團隊被授予“中央企業(yè)先進集體”稱號。這個榮譽，是對包括劉文剛在內的力神研發(fā)團隊的褒揚，也是天津新能源產業(yè)鏈不斷發(fā)展壯大的見證。
“在做好消費電子電池等傳統(tǒng)產品線的同時，我們將繼續(xù)搶占低空賽道，開發(fā)更高能量密度、更高功率、更長循環(huán)和更安全可靠的電池體系和智能電池解決方案，為壯大天津新能源產業(yè)鏈，助力全市高質量發(fā)展貢獻我們的力量。”力神電池黨委副書記、總經理張強表示。
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