2018年12月13日，由動力電池網(wǎng)、尋材問料、新材料在線聯(lián)合主辦的“2018年中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)峰會暨第五屆動力電池大會”在深圳·萬悅格蘭云天大酒店舉辦。

本次大會邀請到國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬、寧德新能源材料科學(xué)家鄭建明、北汽集團(tuán)新技術(shù)研究院副院長陳平、長安新能源汽車科技有限公司總工程師楊波、萬向一二三股份公司電芯開發(fā)總監(jiān)李凡群等30余位行業(yè)專家發(fā)表主題演講，吸引來自材料設(shè)備、動力電池、新能源汽車領(lǐng)域600余位行業(yè)專家和企業(yè)代表，精英齊聚，人才濟(jì)濟(jì)，共享動力電池行業(yè)饕餮盛宴。

天津捷威電池開發(fā)部部長李文文作了《高比能電池在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢與安全性》的演講，以下為演講實(shí)錄：

李文文演講圖

天津捷威電池開發(fā)部部長李文文：各位嘉賓、各位專家大家下午好，我來自天津捷威的李文文。

我的報告分五部分，我花兩分鐘時間簡單介紹一下我們公司，我們公司總部在中國天津，現(xiàn)在是兩個生產(chǎn)基地，第一個在今年年初鹽城開設(shè)第二個生產(chǎn)基地，第三個基地也是在前不久，我們在嘉興簽訂第三個生產(chǎn)基地。我們公司2009年4月份成立，注冊資本5.8億人民幣，這是我們的股東構(gòu)成。在今年7月份，上海復(fù)星收購我們公司，占比接近84%股份，其次是江蘇悅達(dá)占了12.5%的股份，剩余3.6%是管理團(tuán)隊和核心員工持股。目前產(chǎn)能是1.5GW/h，我們鹽城一期到2019年第一季度會建成，總產(chǎn)能會到4GW/h，目前我們公司有1200以上員工，技術(shù)研發(fā)工程師在330+，我們公司獲得國家級高新技術(shù)企業(yè)，也是首批進(jìn)入汽車白名單。我們公司聚焦乘用車領(lǐng)域，從公司成立到現(xiàn)在聚焦軟包疊片。2017年，我們在純電動乘用車裝機(jī)量占3.96%，全國排名第七。計劃在2019年3月底投產(chǎn)。

第二部分介紹市場對鋰離子動力電池需求和應(yīng)用要求。我們看一下整車對動力電池的要求，我們概括五方面，首先是整車動力性要求，主要體現(xiàn)在制動回收，起步、加速車的最高時速，車的爬坡能力，我們比較關(guān)注的續(xù)航里程。整車運(yùn)行環(huán)境，比如高溫、高濕，在高原下使用，還有低溫極寒的地帶。整車壽命就分成三個方面，一個是日歷壽命，還有循環(huán)壽命，還有耐久性方面。整車安全包括碰撞安全、高壓安全、功能安全，其他有噪音、接口等。

市場大家比較清楚，在政策還有市場導(dǎo)向下，新能源車一直向高通量密度、長續(xù)航方向發(fā)展，前段時間網(wǎng)傳也是說新的補(bǔ)貼政策比較傾向高能量密度，長續(xù)航量的方向。結(jié)合國家各種規(guī)劃，比如2020年要求能量密度達(dá)到300，2025年達(dá)到400，2030年甚至達(dá)到500，能量密度是要求越來越高，根據(jù)2018年新上公告車輛統(tǒng)計，續(xù)航里程主要集中在300公里以上，能量密度大于140以上，占的比重比較大。在相同空間內(nèi)，提高能量，提升續(xù)航里程是主要發(fā)展趨勢。

我們從日產(chǎn)、寶馬和特斯拉他們的規(guī)劃來說，同一款車型裝電量不斷提升，續(xù)航里程也是一直在提升的。能量密度越來越高，對于高比能電池要求以及高比能電池存在的問題都有哪些，我們統(tǒng)計了一下市場上主流車型的能量和單位電量行駛歷程的對比。隨著電池電量的提升，有的單位電量所能形成的里程下降了，有的是一度電跑不了6公里，主要是剛才陳總提到的，隨著能量密度提升，電池總重也在增加，造成整車的耗電量增加。

這要求我們在提高能量密度的同時也要做一些輕量化設(shè)計。我們和常規(guī)電池比有一些特點(diǎn)，首先是比能量高，能量密度提升了，單位Wh成本也降低了，隨之帶來的缺點(diǎn)就是循環(huán)壽命下降還有整體安全性的下降。提升電池能量密度就是需要提高單位電量行駛歷程，同時也要提升電池循環(huán)壽命還有安全性能。

這是我們公司在高比能能量密度規(guī)劃，我們公司2018年量產(chǎn)產(chǎn)品能量密度是超過245Wh/kg，循環(huán)壽命是超過2000cycles。到2019年，我們要量產(chǎn)能量密度提升270，系統(tǒng)要提升到180Wh/kg。

下面介紹一下我們在高比能電池的技術(shù)上做的工作。高比能電芯開發(fā)難點(diǎn)主要集中在四方面，首先是材料選擇，包括正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)選擇，以及電解液匹配。第二方面是厚電極設(shè)計，包括導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)搭建。第三是防止微短路，保證全生命周期界面均勻性。結(jié)構(gòu)設(shè)計是保證電流密度分布均勻還有溫度分布均勻。

大會現(xiàn)場

首先材料選擇方面，能量密度提高勢必用到高鎳和高電壓材料應(yīng)用，在怎么樣做材料選擇我們也是針對高鎳3材料失效極力做了大量工作，發(fā)現(xiàn)高鎳材料失效集中在三個因素。第一個是產(chǎn)氣，后面存儲過程中很容易出現(xiàn)產(chǎn)氣的問題，就會影響電池的阻抗。其次是CEI的生成，有好處也有不好的一面，好處可以防止正極和電解液接觸，不好的地方是CEI形成之后會形成正極阻抗，會消耗活性鋰。第三是微裂紋形成，會導(dǎo)致正極和電解液形成CEI。針對這三個失效因素，我們也是做了針對性的改善，有包括材料、包覆、摻雜。結(jié)合這個工具，循環(huán)性能有大幅提升。

下面說一下負(fù)極材料選擇，包括石墨材料表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，我們對比石墨做了包覆和未做包覆的差異，做包覆之后，電池阻抗明顯降低，同時低溫性能提升，打開鋰電遷入負(fù)極通道的大門。有了包覆和不包覆的時候差異是很明顯的。

在提高能量密度方面，我們也是對硅基材料做了大量研究，通過負(fù)極材料表面修飾還有3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的搭建，結(jié)合現(xiàn)在具備仿真模擬的能力，通過電解液的優(yōu)化，硅的性能也是有了明顯提升。電解液通過選擇新型高穩(wěn)定性的鋰，還有容器的優(yōu)化，通過一些新型的功能電解液添加劑的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在正極表面的表面保護(hù)，電解液也是做了大量的工作。采用柔韌性比較好，形成低阻抗。

下面說一下電化學(xué)設(shè)計，為了提升能量密度，我們也會選擇一些厚電極的方案，在厚電極設(shè)計的時候要考慮怎么樣形成良好的電子導(dǎo)通和離子導(dǎo)通。首先是復(fù)合導(dǎo)電劑的應(yīng)用，不管選擇單顆粒還是二顆粒，都要選擇復(fù)合導(dǎo)電劑的網(wǎng)絡(luò)，提高電子導(dǎo)電性，在提升電池競爭這一塊，我們把電池分成三個過程，首先第一個過程就是浸潤的主動力；第二個是隔膜實(shí)現(xiàn)電解液遷移，平衡整個體系；第三，通過極片內(nèi)的毛細(xì)血管完成整個過程。再有采用底圖的技術(shù)，改善粘黏性，改善循環(huán)過程中的阻抗。

下面是安全設(shè)計，安全設(shè)計主要從隔膜選擇、防止微短路，還有怎么樣保證全生命周期內(nèi)的均勻性。我們不只保證新鮮電芯界面均勻，還要保證在UL階段之后界面也是沒有析鋰。我們再循環(huán)1000周以后做了一個安全性的研究，發(fā)現(xiàn)負(fù)極熱穩(wěn)定性沒有發(fā)生明顯變化，整個循環(huán)后的電極做了針刺也可以通過。安全性方面比較優(yōu)越。

最后是結(jié)構(gòu)設(shè)計，我們做了模擬的分析，發(fā)現(xiàn)同樣設(shè)計條件下，兩側(cè)出極耳電芯的溫度均勻性比單側(cè)出極耳電芯溫度更穩(wěn)定一些。

下一部分介紹一下仿真模擬做的工作。首先說一下仿真模擬在材料顆粒選擇上面的應(yīng)用，我們通過構(gòu)建這樣的電化學(xué)模型，我們分析嵌鋰狀態(tài)的分布，根據(jù)模擬結(jié)果判斷活性材料顆粒大小是否合適，也可以指導(dǎo)我們對活性材料合理搭配提供依據(jù)。通過電勢的分布仿真，我們仿真在不同使用條件下電解液濃度及分布狀態(tài)，同時可以知道不同條件下集流體的分布，指導(dǎo)我們做極耳尺寸、位置和集流體的厚度提供依據(jù)。下一個部分是我們應(yīng)用高負(fù)載電極做的仿真，這是模擬在正極厚度方向的電池分布和變化，判斷正極電極厚度和導(dǎo)電性能設(shè)計是不是合理的。

第四說一下能量密度提升以后，隨之帶來安全性的問題。我們在安全性也是專門做了很多的安全。先說一下熱失控機(jī)理，在70℃以下對電池來說是比較安全的區(qū)間，到70℃以上的時候，負(fù)極NCM分解，導(dǎo)致整個體系的加熱、產(chǎn)生短路、正極失氧導(dǎo)致熱失控。針對熱失控機(jī)理還有針對不同反應(yīng)物的量，確定熱失控反應(yīng)先后順序設(shè)計電池安全體系。我們發(fā)現(xiàn)以我們的一款產(chǎn)品為例，我們發(fā)現(xiàn)負(fù)極和電解液的產(chǎn)熱量比例最大，其次是正極，我們在正極和負(fù)極里面，負(fù)極發(fā)熱量占了61%，針對不同失效，我們也是給出了對應(yīng)的解決方案。采用高溫成膜的穩(wěn)定性比較好的添加劑，我們優(yōu)化溶劑體系，降低溶劑本身的發(fā)熱量，同時介紹反應(yīng)界面。在三元材料通過摻雜、包覆還有核殼材料應(yīng)用，還有CEI膜的應(yīng)有。黏合劑通過加量優(yōu)化和種類選擇做的改善。

這是我們在正極做的工作，先看一下，我們測了不同Ni含量三元材料DSC曲線，隨著鎳含量增加，我們材料發(fā)熱量明顯上升，單位容量放熱產(chǎn)熱也是比較多的，隨著鎳含量升高正極熱穩(wěn)定性呈下降趨勢。再有就是研究了一下正極材料摻雜和包覆對安全性的改善，殘雜我們都知道，可以強(qiáng)化金屬離子和氧的間能，有利于熱穩(wěn)定性的提升。

包覆可以根據(jù)反應(yīng)，進(jìn)而提升壽命和熱穩(wěn)定性。我們明顯發(fā)現(xiàn)，通過包覆摻雜以后，正極極片熱穩(wěn)定性也有了明顯的改善。摻雜能夠強(qiáng)化三元材料的穩(wěn)定。我們研究石墨和不同含量硅的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)負(fù)極放熱和材料容量呈正相關(guān)，硅碳能量密度越高放熱量越高，和正極材料比，發(fā)現(xiàn)開始發(fā)生放熱反應(yīng)的溫度更低，基本上在80℃以上。

我們對材料包覆也做了研究，發(fā)現(xiàn)同樣石墨，我們做了包覆之后，熱穩(wěn)定性能也是有一定的下降，同時石墨大小顆粒也是對熱穩(wěn)定性影響比較明顯的，我們可以看一下大顆粒的石墨材料放熱是平緩上升的，小顆粒石墨在70-100℃就有明顯的放熱峰。

電解液方面我們做了溶劑的研究，發(fā)現(xiàn)不同溶劑發(fā)熱量也是差別比較明顯的，其中DEC熱穩(wěn)定性是最差的，發(fā)熱量包括熱失控溫度是比較低的。基于此，我們也對電解液做了優(yōu)化，我們采用常規(guī)溶劑的熱失控的溫度，比我們優(yōu)化完的溶劑之后的熱失控溫度提前很多。

下一個是我們在負(fù)極電解液熱穩(wěn)定性方面做的改善，一個是負(fù)極表面結(jié)構(gòu)和優(yōu)化處理，結(jié)合電解液配方的調(diào)整，提升電解液的耐氧化型，提升SEI和CEI的穩(wěn)定性，這是我們做的熱沖擊實(shí)驗，藍(lán)色是GDL，綠色的是技術(shù)對比電解液，我們發(fā)現(xiàn)GBL對電芯熱穩(wěn)定性劣化比較明顯，F(xiàn)SI和HFE對熱心熱穩(wěn)定性提升有幫助，熱失控時間延長0.5-1.5分鐘。

這是我們在安全仿真方面搭建了內(nèi)部短路熱失控的模型，通過模擬電芯的電化學(xué)和安全行為，為電芯設(shè)計提供依據(jù)。這是我們在熱阻涂層的應(yīng)用，在正極、負(fù)極、隔膜表面涂抹氧化鋁，可以提升電池安全性能，對延長壽命也有一定幫助。這是在實(shí)際產(chǎn)品中應(yīng)用的案例，這一款是我們公司PHEV37Ah，即使用這樣的涂層，-20℃的放電也可以達(dá)到2.5C的倍率，循環(huán)性能比較突出，在2.5C充放電循環(huán)4700周，容量保持率在80%。我們連續(xù)測了18只針刺，最高溫度都是在50℃以下。

下面說一下我們270Wh/kg電芯開發(fā)進(jìn)展，正極采用高鎳，負(fù)極用低比例的硅。我們電芯已經(jīng)完全通過31485的測試。性能2C充放比達(dá)到80%。

其實(shí)整個電池能量密度安全主要從四方面：第一，原材料選擇，包括正極、負(fù)極、隔膜、電解液匹配；第二，電池設(shè)計，怎么樣做合理電化學(xué)設(shè)計，結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計，構(gòu)建高穩(wěn)定性的界面；第三，制造過程，包括粉塵、毛刺的控制，還有新工藝新設(shè)備的應(yīng)用，監(jiān)控與反饋；第四，模組和電池管理系統(tǒng)怎么樣經(jīng)營安全防護(hù)。整體來說，動力電池發(fā)展是在保證安全可靠的前提下提升我們的能量密度。我們公司在能量密度和安全性方面在持續(xù)進(jìn)行研究開發(fā)。

我的報告就這么多，謝謝大家。

（文章根據(jù)現(xiàn)場速記內(nèi)容整理，未經(jīng)本人審核）

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