12月13日-14日，以“風起云涌、敬畏與生存”為主題的2018中國新能源汽車產業峰會暨第五屆中國動力電池大會在深圳召開。本次盛會，共有30余位行業專家發表主題演講，吸引到來自材料設備、動力電池、新能源汽車領域600余位產業家和企業代表，共同探討新能源汽車共同趨勢，交流解決方案。

12月14日，寧德新能源材料科學家鄭建明博士以《高能量密度電池體系材料開發與挑戰》為題進行了演講，以下是根據現場速記整理出的演講內容：    

寧德新能源材料科學家鄭建明博士：各位專家、各位領導早上好，很榮幸受到大會的邀請在這里和大家做技術分享。

鄭建明博士演講圖

我叫鄭建明，在國內廈門大學到美國國家實驗室，干了六年時間，去年時候回到ATL，在研究院從事新材料開發，今天主要從材料開發角度和大家做分享。首先介紹一下ATL。我們最早于1999年成立于中國香港，后來我們總部是定于福建省寧德市，我們在東莞還有另外一個生產基地以及PACK工廠，我們PACK工廠業務拓展到印度、美國加州。

我們公司產品應用主要還是定位于SAI產品，我們是來學習的，我們在動力電池方面做得不是特別多，在近年來將我們應用市場拓展到動力，應用在無人機、掃地機器人、小型動力體系。根據日本的調查報告，我們排名暫時排名第一。市場拓展是從藍牙筆記本、手機、無人機、手環、游戲機等，將來拓展家庭儲能。

我們公司的市場占有率從統計來看，我們每5臺筆記本就有一臺是用我們ATL電池，每2臺手機、每2臺Pad、、每2臺手環，都是用我們ATL的電池。從剛開始到2018年，公司生產總電池數超過50億顆，如果和動力電池生產相比，用GWh來說的話，ATL算是一個小公司。

接下來是結合我在材料研發當中的理解和大家做一些分享，純屬一家之言，講錯，請批評指正。我們還是圍繞高能量密度、高安全以及比較合理的Cost，能量密度在275Wh/kg，還有能量密度在800Wh/L。從材料體系來看，正極材料用的鋰鈷。如果算能量密度從右圖來看，三元像622、811能量密度將比我們鋰鈷有優勢，特別是對車載電池來說，重量密度是比較關鍵的因素，是三元材料應用會以鋰鈷為多，如果不考慮Cost的情況下。在鋰鈷方面我們主要策略是不斷提高充電電壓，在提高充電電壓的時候可以看到客容量是不斷提升，我也發現隨著客容量提升，循環壽命逐漸縮短，我們現在看的是4.48V體系，現在我們往4.53、4.55開發，挑戰還是比較大的。

從材料結構屬性理解來看，我們知道在比較少的脫鋰量來看，這個隔離性比較高。從脫鋰量的提升，我們甚至到了O1項的轉變，材料在沖到4.55V，對應0.8鋰的時候，這個時候材料會發展比較大的相變，甚至發生坍塌，這是一個主要的挑戰。這和我們幾個案例和大家做分享，高電壓體系俯沖材料衰變，高電壓4.5V俯沖材料發現破壞存在，材料結構已經轉變了。

在材料高電壓過程中也會氧化電解液，電解液酸度逐漸增加，材料受到電解液的腐蝕影響，鈷的熔出不斷加劇，沉積到石墨表面。在俯沖過程中伴隨其他負反應變化，比如陽極SEI的增厚和過度的脫鋰。另一方面材料熱穩定性也做了一些研究，我們發現材料事實上在加溫到150℃的時候開始釋氧，我們發現統計結果來看，在190℃以下的時候是比較緩慢的過程，到190℃以上甚至200℃以上的時候，相變急劇增加。

我們采用的手段主要是兩大方面，一個是通過材料摻雜和包覆，摻雜可以分為兩大類，我們可以有摻雜不要太多元素，可以提到支撐的鈷的作用。這是我們包覆的例子，在經過包覆之后，有一個包覆5-10納米的包覆層，在這個階段上，會有一個過渡層，說明包覆和熱處理的過程中，有一部分元素發生了互相的遷移，這個對材料起到很好的作用。我們發現經過表面包覆，在4.48V體系的時候，我們可以進一步提升50-100萬壽命，包覆之后事實上對表面界面穩定性起到改善作用。

第二方面是講一下剛才介紹到我們也在嘗試做動力電池小型動力，這一方面我們用的是三元體系，三元體系鎳不是特別高，這些體系從4.2V做到4.5V，高鎳開發811，只沖到4.2V就可以有160mAh/g的程度，在深度脫鋰的情況下，材料金和氧相對比較穩定。但是高鎳材料有以下一些挑戰，特別是材料合成過程中經常出現一些鋰鎳混合的現象，材料在700-800℃的情況下，結構不穩定容易從晶核突出，鎳還原2價，其他一些挑戰因為脫鋰過程中晶核參數發生較大變化，導致材料之間的應力有大量增加。

另一方面是表面負反應，晶核表面有些氧不穩定。還有熱穩定性方面的問題，熱穩定性是高鎳很重要的問題，高鎳事實上在高溫的時候，不是特別穩定，在高溫過程中是表面的氧會失去，在200℃以上會產生大量熱效應，這是其中一個案例，我們用811配石墨，這是8Ah的軟包。我們研究材料微觀結構的時候，材料在微觀循環過程中，二次顆粒已經發生破裂現象，從微觀來看一次顆粒里面，成狀結構已經變成了類似無析結構的轉變，還有破裂的現象。

對電池安全是一個很大的挑戰，因為材料本身如果是沒有破碎之前，BV比較小，是0.2-0.5的水平，我們即使表面不穩定，產生氣體也比較少，如果材料發生破碎，電池溫升比較高，可能呈十倍或者幾十倍的增長，電池在充放電過程中產生很多氣體，特別是對于軟包電池來說，這是一個很大的挑戰。

這里分析一下想法和策略，我們是摻雜和包覆，結合理論模擬、計算篩選，有效降低氧活性的因素，使得在高電壓或者高溫過程中，晶和氧不會失去。這是一個非常關鍵的問題，事實上顆粒破碎主要是跟內部應力增加有關，我們當時做的是采用很薄的磷酸鋰的包覆，材料晶界起到緩沖的作用，所以這個材料在充放電過程中，雖然有相變，但是材料不會發生破碎。循環穩定性也得到很大提升，這兩個主要是針對811體系做了一些策略性的改進工作。在負極方面，今后要開發300Wh/kg體系，硅是目前開發的重點，這也是我們現在開發不斷提升陽極客容量，從350提升到600，甚至往更高750體系沖刺。如果開發更高能量密度體系，這也作用研究院開發范圍。

硅的客容量非常高，在室溫條件下客容量達到3500mAh/g。硅在遷移過程中會達到300體積膨脹，在充放電過程中顆粒發生了不斷腐蝕，腐蝕過程中原來積累，電芯阻抗增加，導致壽命比較短。顆粒在破碎過程中會進一步滲裂痕的地方，產生更多副反應。還有電解液，循環過程中顆粒破碎，SEI也破碎了，這就會有更多副反應發生，如果采用一些比較好的成模添加劑，所成了SEI模可以一定程度上克制大量破碎導致副反應的發生和SEI不斷積累，我們循環壽命在有效添加劑的情況下可以得到比較明顯的改善。

最后花1分鐘時間和大家分享一下在鋰金屬方面的策略性工作。講到硅的體系，對能量密度有提升，提升幅度始終還是有限的，加少量硅對能量密度有失去，加大量硅對能量密度有提升，鋰開發到1000Wh/L，特別是金屬鋰，我們能量密度有希望大家500Wh/kg水平，VAD有望達到1000Wh/L，金屬鋰反應活性比較低，循環壽命比較短。鋰是百分之百體積過程中，對于軟包電芯來說，體積效應也是非常嚴重的，還有鋰的熔點非常低，在沒有循環過程中，鋰熔點180℃，循環之后會降到150℃、140℃的溫度，對安全來說，金屬鋰是今后研發過程中急需解決的。我們采用3D的結構化陽極，防止較大的體積變化，在界面保護層我們模擬SEI層成分，內層采用有機項，外面的電解液采用高溶度鋰電解液體系。

以上就是我介紹的內容。這里花幾分鐘做一個小節。現象鋰鈷三元遇到能量密度的瓶頸，特別是811勉強做到300Wh/kg，將來要做到更高情況下我們需要開發更高能量密度的材料，比如富鋰錳基，根據這些的體系也要解決穩定性問題。硅負極始終是體積膨脹效應問題。在金屬鋰必須要解決體積效應還有循環效率以及鋰制晶的效率問題。電解液始終是非常重要的，跟我們的電池安全息息相關。

最后誠摯邀請大家參加開放日。

（文章根據現場速記內容整理，未經本人審核）

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