国能电池王万胜:车用动力锂离子电池技术动向介绍及分析

发布日期:2018-04-23
核心提示:锂电产业吸金千亿,黄金罗盘指向何方,2018中国国际锂电暨电动技术发展高峰论坛,于4月20-21日在上海召开,本次大会由:第一锂电网,第一电动车网,中国充电桩网,锂电百人会,贺励展览联合主办,同期:中国国际电动汽车暨充换电技术高峰论坛,本次大会超过40为嘉宾出席演讲分享,超过500为嘉宾出席。
 锂电产业吸金千亿,黄金罗盘指向何方,2018中国国际锂电暨电动技术发展高峰论坛,于4月20-21日在上海召开,本次大会由:第一锂电网,第一电动车网,中国充电桩网,锂电百人会,贺励展览联合主办,同期:中国国际电动汽车暨充换电技术高峰论坛,本次大会超过40嘉宾出席演讲分享,超过500嘉宾出席。
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王万胜:大家早上好,我是来自北京的国能电池,今天讲的题目是高性能电池开发进展。我今天要讲的四个部分,第一背景介绍,第二谈一下产品技术的路线,第三个针对高性能电池的设计和相关的进展,第四个是讲讲国能电池研发的规划和大体产能的情况。
北京国能王万胜博士

    首先讲一下整体新能源动力背景,随着国家政策的推导,环境污染越来越严重,我们对新能源汽车的需求量越来越大,从数据统计表明,从2009年74万辆增长到2015年的216万辆,2025年的话全球新能源将达到660万辆,未来十年的新能源汽车销量降大幅增长,从新能源市场的这个车型来看乘用车主要是三元体系占用比较大,专用也是三元体系比较大,目前以三元体系为主,随着国家政策到2020年300WH/KG和成本降到一块钱每瓦时,现在目前每一家的电池体系的思路差不多,最早的是以LFP+碳石墨为体量110-160WH/KG,随着能量密度越来越高三元正极和负极的体系,这个能量还不满足人们的要求,随着要求越来越高,体系也不断地变化,后面是慢慢的NCM+碳到16O-220WH/KG,过滤到富锂+硅260-350WH/KG,目前基本上可以满足国家政策2020年的要求,最后有一些前沿的,现在我们所在的体系目前还是以三元体系,还是三元和石墨或者硅碳来研究的。

我们公司的技术路线,去年体系的是160WH/KG,今年体系是做到180WH/KG,去年三元的话主要是523和石墨体系为主,现在今年慢慢转到622石墨和硅碳体系,后面进一步的做高裂压的硅碳体系,将来的话肯定是会往全固态电池转,这是电池开发路线图
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    我们以硅碳体系的这个为负极的技术路线的话,我们首先是今年推出260WH/KG的这个622硅碳体系,正极622负极为硅碳的体系,2019年的准备推出280WH/KG达到2020年300WH/KG的要求。

    我讲讲这个硅负极,这个研究的比较多,现在石墨达到国家要求的300-350WH/KG的比较困难,所以现在对硅负极研究比较多,我们知道硅这个材料有很大的优势是客容量比较高,是常规的负极10倍左右,同时平台也是石墨膏,安全性能比石墨好一些,有一些致命的缺点,在脱锂嵌锂过程的中有300%的体积变化,石墨体积变化大概在10左右,致使活性材料裂化和粉化,所以对我们电池有一个很大的困难,抑制硅负极的体积膨胀的问题,体积膨胀会带来什么问题?在这个充换电循环过程中会导致材料的粉化和脱落,同时SEI膜的形成和对电解消耗和影响,所以我们现在如何去解决这个硅负极的应用过程中问题,主要是从两个方面考虑,第一个是材料自身的角度,这个是材料厂商和电池厂商共同配套完成攻克的难题。现在做材料方面的改进,从材料合成的角度来说,现在主要的路线是硅的纳米化,主要是0维、1维的2维的3维的。0维主要是做纳米颗粒,必须做到更小,1维是做纳米线,2维是纳米薄膜,3维多孔的结构。
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    第二个是做包固,会包硅碳,第一个给膨胀留一些缓冲,主要是通过一些金属搀杂提高锂电的导电率,从电池公司的角度来说,怎么去把这个材料用好,用在电池中怎么用好,有一些相关的配套连接器,硅在循环中的膨胀问题,如何抑制?我们从粘结剂的过程中耐受电解怎么把这些负极带来的影响如何揭晓,在破坏和形成我们如何找到一款好的添加剂或者溶剂,形成更稳定的SEI膜,在循环的过程中,SEI膜更稳定,不至于断裂那么严重。

    硅的纳米化主要是从上面的刚才也提到了,从0维的,1维、2维的角度去置备,其中目前可能用的最多的是右下脚的这个很多企业用这种方式首先是二环硅提供缓冲,形成一种葡萄结构或者石榴结构的这种结构。

    然后我们做电池的方向来说,主要是粘结剂、电解液,粘结剂最基本的问题是导电的问题,粘结剂是怎么让界面做得更好,电极的界面是我们粘结剂如何增加强度的。这里写出了粘结剂我们如何去选择一款好的?使硅体系在电池运行过程中,这个性能更好,这样我们对粘结剂的选择,第一、有更好的强度,第二个产性模量和耐疲劳更好,对电解液的亲和性更好,导电剂电池在循环过程中剥落,需要我们找到更好的导电剂形成更好的网络,前面很多人提到碳,现在性能最好的应该是说单臂的碳管,因为导电剂各方面,导电剂会连接粘结剂的作用,由于管长、管径的原因,导电就更加完整,最后导电性能更加好。我们利用硅负极结果做出622和硅碳体系的电池,能量密度的话大概264WH/KG,循环一千周,大约80%,但是其实目前可能基本的性能满足,安全性能有一些不满足,硅极电池有一个很大的问题,我们有一个添加剂对循环硅有很大的帮助,但是这个在高温反应下会有问题。这是一个不同电解液的性能对比,通过特殊的添加剂能从很大程度上提高电池各方面的性能。这是我们选择了很多的粘结剂最后电解化得到了很大的提升。

    最后两个角度材料的本身提高效果,抑制膨胀,从电池应用的角度解决怎么去匀浆开始,第二个是涂布根据密度的要求我们如何做到材料更薄,问题怎么解决,结构的设计、密度、孔隙率如何确定,然后是粘结剂和导电,还有电解液的研究,还有预重化成工艺研究。

    现在讲一下规划及产能的情况,我们有研究所和系统研究院还有BMS研究中心,还有材料的研究院,同时我们也配备了完备的指挥中心,我们整个是以材料为出发点,最后做了电池回收,整个打造一个封闭的环。

    我们产能情况,现在全国有九大基地,去年大概在1.2GWH,去年销量第五。我们客户主要分部在全国各地都有,主要还是集中在华东、华北、沿海地带,这是我们的客户分部,谢谢大家。

       


 
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