前言
近期充電寶市場受到多重要素利好,市場強勢增長,成為眾多3C配件率先復蘇突圍的品類。目前充電寶新國標開始實施發證、全球旅游市場復蘇、iPhone切換USB-C口等熱點頻頻,再加上電芯能量密度、放電倍率也獲得突破,充電寶芯片集成度再創新高,充電寶功率從10W提升到了240W,猛增24倍,堪稱性能狂飆。

由充電頭網舉辦的2023 USB-C大功率充電寶技術研討會已經于9月15日在充電頭網公眾號以及嗶哩嗶哩平臺進行直播。充電頭網本次邀請數十位知名企業充電寶行業專業人士為大家答疑解惑,并進行交流討論和分享市場最新動態與干貨。推動充電技術的發展,提高用戶體驗,促進行業的進步。其中安普瑞斯(無錫)有限公司(簡稱:安普瑞斯)受邀出席,帶來了《大功率充電寶電芯解決方案》的精彩演講,分享了安普瑞斯的發展歷程和部分電芯產品的資料,展示安普瑞斯開發出來的一系列優秀電芯與電芯解決方案。

擔任本次演講的嘉賓是安普瑞斯(無錫)有限公司銷售一部總監李博先生。
李博先生具有鋰電池行業10年以上從業經驗,當前負責安普瑞斯(無錫)有限公司華南市場開發與銷售工作,曾深度參與華為、小米、OPPO、VIVO、小天才、安克創新、美團等項目開發落地工作,經歷過從功能機時代到智能機時代手機及配件類電池需求的變革,本次會議會結合行業變革和自身經驗為大家帶來更輕更小,倍率更大的電池解決方案。

安普瑞斯的技術來自于美國斯坦福大學,目標是創造全世界能量密度最高的鯉電池。

安普瑞斯的組織架構,由2位教授為領導者。分別是崔屹教授和朱棣文教授。崔屹教授是美國斯坦福大學教授,美國國家科學研院士、納米材料科學家,發明硅納米線負極鉀電池。朱棣文教授是美國前能源部部長,諾貝爾獎得主、中國研究院外籍院士、斯坦福大學物理學教授。
組織架構下主要有3個板塊,分別是于2022/9/15上市的AMPRIUS TECHNOLOGIES,主要負責硅納米線負極材料及鯉電池的研發、制造;APEX (Wuxi) Co.Ltd負責高密度、高功率鯉電池的研發、制造,擁有省級工程研發中心,市級科技研發機構。BERZELIUS (Hefei) 賽利斯 (合肥)負責硅負極材料研發、制造,量產負極材料的公司,是國際首座大型純佳負極生產基地。

安普瑞斯投資2億美元的無錫工廠,右邊的自動化生產線是由手機電芯全自動生產線下沉為充電寶電芯全自動生產線,實現生產過程中員工的手不會接觸到鋁塑膜,可以最大程度保證電芯的安全與質量。

以上是安普瑞斯智能制造的自動化設備,擁有業內先進水準的自動化水平。歡迎廣大電芯發燒友蒞臨安普瑞斯的無錫工廠進行交流探討自動化生產技術與鋰電芯的制造。

傳統的鋰電池是用石墨作為負極,石墨是二維嵌鋰脫鋰,所以能量密度有限,目前能做到680Wh/L,250Wh/Kg。中間是安普瑞斯的第一代硅碳負極三維嵌鋰脫鋰,硅像蛋黃一樣塞在石墨里面,目前能做到750Wh/L,300Wh/kg。右邊是安普瑞斯的第二代硅氧負極三維嵌鋰脫鋰,類似蜂窩狀的外觀,里面摻雜著硅元素,比第一代硅碳負極的能量密度和重量密度更高,達到840Wh/L,380Wh/kg,目前已經實現在無人機產品上的量產,適用于電動工具,充電寶等高功率密度的產品上。

高密度、高功率硅負極理電池技術體系。安普瑞斯以硅負極為基礎,開發高密度、高功率電化學體系。助力儲能廠商生產出更多優秀的產品。
同時安普瑞斯從納米級硅到硅負極材料到電芯有閉環的研發設計能力,特別在富鋰正極、電解液、硅基材料包附、預充理工藝、電芯體系設計等維度有獨特的制作配方和豐富的研發制造經驗。在不斷改善提升硅負極鉀電池循環,膨脹,高低溫等性能的前提下最大發揮硅負極的高能量、高功率潛力。

超薄電池。

高密度、高功率硅負極理電池技術體系。同樣是10000mah 20W方案,傳統的電芯體積為11*63*115mm,采用安普瑞斯的硅技術方案,可以使電芯體積減小到7.5*63*115mm,減少接近1/3的高度,有效提高電芯的功率密度和提高產品的便攜性。

以上是20000mah 30W的解決方案,建議30W以上的充電寶使用2個這樣的電芯串聯起來,減少電芯的發燙,保證其良好的溫升表現。

安普瑞斯的5000mah 1S1P 20W磁吸方案,通過三元鋰電芯即可做到5.4*60*78mm 厚度為12mm,相比傳統的充電寶,厚度減少2.2mm,目前已經實現量產。

同樣的原理,可以使用2顆54*60*78mm電池串聯起來,打造出10000mah 2S1P 30W磁吸方案。如果采用安普瑞斯的方案進行設計充電寶,可以有效減少充電寶的體積,提高功率密度,并且帶來優秀的溫升表現。

以下是針對Qi 2.0標準和UFCS協議開發的產品。鋰電池做到怎么的變革才能滿足市場的需求。

傳統的鋰電池采用非常長的極耳、極片。安普瑞斯的極耳中置方案,是把極耳放在極片的中間,減少電子通過通道到極耳的時間,并且采用2個極片串聯,有效降低內阻,通過極耳中置可以放大放電倍率。右圖是一個給客戶提供的方案,已經在量產交貨,放電倍率達到1.5C。
采用該方案打造的6.7*60*76mm 5000mah方案,單節電芯可以做到18w充/20w放,雙節電芯可以做到36w充/40w放。8.8*55*75mm 6000mah方案,單節電芯可以做到21.6w充/24w放,雙節電芯可以做到 43.2w充/48w放。磁吸充電寶的長度設定為75/76mm可以帶來更大的兼容性。

磁吸充電寶的槽點,主要是磁吸充電寶在工作時,產生大量的熱量,給用戶帶來很不好的充電體驗。右圖是磁吸工作的原理圖,安普瑞斯的降低溫升方案是采用極耳中置的雙芯串聯方案,可以有效減少溫升。

安普瑞斯在降低溫升方案的產品中,也有滿足輕薄的需求的方案。例如7.0*43*58mm 2600mah的單電芯方案,雙電芯串聯可以做到5200mah,18w充/21.6w放;4.7*60*79mm 3200mah的單電芯方案,雙電芯串聯可以做到6400mah,11.2w充/34.5w放,采用該電芯的產品還支持不同手機廠商33瓦以內的充電協議定制。滿足更輕薄需求的廠商與用戶,同時相對10000mah的產品,節省了更多材料成本,讓產品更具競爭力。

與PD 3.1協議相關的方案。

一是進行材料方面進行升級,加入第二代硅氧技術,提升25%的能量密度,在工藝上進行多極耳的技術創新。傳統的圓柱點出使用單極耳和極片,電子通路較長,內阻較大。安普瑞斯的多極耳卷繞結構,在極片上面每隔一段距離添加一個極耳,電子通路較短,內阻減小,放電倍率得到提高。左下角為多極耳卷繞結構的電芯實拍圖,優勢是相對單極耳減少60%-80%的內阻;適合高倍率充放電,充放電倍率>2C;可實現10-30分鐘以內充電80%;充放電溫升低,能量密度高,循環壽命長。

標稱4000mah的單電芯解決方案,目前已經實現量產出貨,并在一些產品上實現應用。該產品實際容量為3800mah,體積為8.8*46*69.5mm,重量為55±1g,能力密度為263Wh/kg,內阻≤8mΩ,電芯循環次數在500次以上,可承受19W的充電和82W的放電。相比普通的75g的電芯,與常規的充放電功率,安普瑞斯有著更多的優勢,歡迎充電寶廠商商談合作開發大功率的迷你充電寶。

以上是客戶反饋測試的數據,H884669CL電芯主要對比的是友商的40T電芯,H884669CL電芯重量為55g,能量密度為263.3Wh/kg,環境溫度為35°的溫升測試中,進行16A放電測試,可以持續18分鐘,測得最高溫度為57°;友商的40T電芯重量為70g,能量密度為205.7Wh/kg,環境溫度為35°的溫升測試中,進行16A放電測試,可以持續10分鐘,測得最高溫度為70°。相比之下安普瑞斯H884669CL電芯的優勢主要是重量輕、溫升表現優秀、能量密度大、放電持續時間更長。

左邊是普通140W充電寶方案,采用6顆21700電芯堆疊加上一塊PCBA組成的方案。右邊是采用安普瑞斯的電芯方案,只需要3顆電芯加上一塊PCBA即可組成130W的充電寶方案,目前已有客戶量產了,方案可行性完全沒問題。安普瑞斯的3顆電芯的方案,無論在成本還是體積上的優勢,都遙遙領先。

以上是安普瑞斯的一些合作伙伴。

安普瑞斯的自動線最早是用來生產手機電池的,隨著手機行業的高度整合,安普瑞斯的產能無法跟上華米OV的需求,于是把目光轉向飛速發展的大功率快充充電寶行業,把自動線電芯生產線進行下沉到充電寶電芯領域中。一開始是供應共享充電寶和消費領域的Anker,接著開始逐步開始擴展市場,成為怪獸、綠聯、小米、ViVO、OPPO 、倍思、羅馬仕等充電寶的電芯供應商。

以上是安普瑞斯(無錫)有限公司的《大功率充電寶電芯解決方案》的精彩演講,想咨詢更多資訊或有合作意向的,可掃碼進行溝通交流。
充電頭網總結
充電寶屬于便攜式儲能設備,用戶的要求通常是快充、大功率、高能量密度、不發燙。充電寶作為便攜式移動電源,產品的核心是電芯,電芯的各項性能的大小會影響充電寶的各項數據的表現。安普瑞斯采用手機電芯全自動生產線改為充電寶電芯全自動生產線,可以保證電芯的穩定出貨和質量。其采用3顆電芯加上一塊PCBA組成的130W的充電寶方案,可以方便用戶在出行時的便攜性和滿足用戶的快速補電需求。
安普瑞斯擁有從納米級硅到硅負極材料到電芯有閉環的研發設計能力,研發的第一代硅碳負極三維嵌鋰脫鋰與第二代硅氧負極三維嵌鋰脫鋰,都是高密度的超薄電池,目前已經實現在無人機產品上的量產,適用于電動工具,充電寶等高功率密度的產品上。安普瑞斯的超薄電池采用的2個電芯串聯的方案能夠減少電芯的發燙,保證其良好的溫升表現,其極耳中置方案,可以減少電子通過通道到極耳的時間,有效降低內阻和溫升,提高放電倍率。滿足充電寶廠商對于溫升、功率密度、充放倍率的需求,助力充電寶廠商設計出更多、更優秀的充電寶產品。
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