Dr.Patrick Hurley：萬(wàn)向一二三高比能高安全動(dòng)力電池技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用進(jìn)展
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國(guó)國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)展覽會(huì)在深圳會(huì)展中心開幕。呂自強(qiáng)代替萬(wàn)向一二三股份有限公司技術(shù)總監(jiān)Dr.Patrick Hurley在技術(shù)交流會(huì)上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
大家好，我是呂自強(qiáng)，代替我們公司的Dr. Patrick Hurley來演講。首先非常感謝組委會(huì)邀請(qǐng)我們公司來做這個(gè)分享。
首先簡(jiǎn)單的公司介紹，其次是我們低壓產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)展，高壓產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)展，全固態(tài)電池的研究進(jìn)展。
萬(wàn)向一二三是全球的鋰電池和鋰電池系統(tǒng)的供應(yīng)商，2013年，A123被萬(wàn)象集團(tuán)收購(gòu)，整合為萬(wàn)向一二三。我們2006年開始萬(wàn)向做了很長(zhǎng)的歷史，2006年達(dá)到年產(chǎn)超過百萬(wàn)電池的出貨量，目前公司在中國(guó)和美國(guó)的全球?qū)＠塾?jì)超過500篇。我們是全球公司，這是我們?nèi)虻牟季帧９镜目偛吭诿绹?guó)的密西根州。我們?cè)跉W洲德國(guó)的一個(gè)地方也有銷售和技術(shù)服務(wù)中心。研發(fā)主要在美國(guó)麻省和中國(guó)的杭州。這是萬(wàn)向的巨大優(yōu)勢(shì)，結(jié)合全球的研發(fā)資源，為當(dāng)?shù)氐目蛻籼峁┓?wù)。
這里我想介紹我們?nèi)f向集團(tuán)，在新能源產(chǎn)業(yè)的布局。萬(wàn)向集團(tuán)創(chuàng)始于1969年，是中國(guó)民營(yíng)企業(yè)的長(zhǎng)青樹，集團(tuán)規(guī)劃在杭州的江邊有一個(gè)10平方公里的萬(wàn)向創(chuàng)新聚能城，現(xiàn)在正在規(guī)劃當(dāng)中。我們預(yù)計(jì)會(huì)有1/3的面積和資金，投入總共是2000億，有1/3的資金用于鋰電產(chǎn)業(yè)，為萬(wàn)向一二三在鋰電行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展、人才聚集提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
這是我們的產(chǎn)能規(guī)劃。現(xiàn)在2018年年底預(yù)計(jì)達(dá)到2.4GWH，等創(chuàng)新聚能城建成預(yù)計(jì)2021年底有20GWH。萬(wàn)向除了電芯研發(fā)和生產(chǎn)，在模組和系統(tǒng)領(lǐng)域有超過10年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，所以我這邊簡(jiǎn)單介紹一下，我們?cè)谀＝M這塊秉承標(biāo)準(zhǔn)化、輕量化、模塊化的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)模塊，我們?cè)陔姵叵到y(tǒng)的壽命仿真、熱管理方面也是研究非常深，在BMS的具體數(shù)字是SOC的精度小于3%。我們?cè)谡麄€(gè)的電池包的產(chǎn)品開發(fā)里面引入了國(guó)際功能安全一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)在部分產(chǎn)品里面實(shí)現(xiàn)了功能安全的設(shè)計(jì)。
列舉一些高壓系統(tǒng)在整車?yán)茫f(wàn)向一二三累計(jì)為全球整車客戶提供了超過8萬(wàn)臺(tái)的高壓系統(tǒng)。下面介紹低壓電池的研究進(jìn)展。
萬(wàn)向在低壓的磷酸鐵鋰電池方面非常有名，得益于我們的納米磷酸鐵鋰技術(shù)，因?yàn)榱姿徼F鋰開發(fā)出來的48V功率高、內(nèi)阻低，無需主動(dòng)冷卻，總價(jià)比別的化學(xué)體系低。這是納米磷酸鐵鋰，最近我們開發(fā)了一個(gè)超級(jí)納米磷酸鐵鋰，經(jīng)過照片對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)它的顆粒規(guī)整度更好，細(xì)度更細(xì)，內(nèi)阻更低。它讓我們進(jìn)一步可以把磷酸鐵鋰用于12V和18V電芯的開發(fā)。在過去幾年，我們?cè)诘蛪毫姿徼F鋰領(lǐng)域是持續(xù)降低內(nèi)阻。左邊藍(lán)色的是納米磷酸鐵鋰，紅色是超級(jí)納米磷酸鐵鋰，我們無論從哪方面都是全面降低內(nèi)阻，總的電芯內(nèi)阻會(huì)降低50%左右。我們用納米磷酸鐵鋰和超級(jí)納米磷酸鐵鋰，這是用于12V的啟停電池，歐洲和美洲一些客戶對(duì)這個(gè)比較感興趣。左邊的圖是納米磷酸鐵鋰和超級(jí)納米磷酸鐵鋰的對(duì)比。右邊的圖是拿超級(jí)納米磷酸鐵鋰12V啟停電池和鉛酸電池的對(duì)比，我們可以看出零下18度的電流比鉛酸電池高，而且高得比較多。綠色是零下30度的啟停電流，略微比鉛酸電池高，所以這就為我們的12V啟停電池全面市場(chǎng)化掃平了最后的技術(shù)障礙。我們用超級(jí)納米磷酸鐵鋰，第二代作用于48V電池，我們?cè)O(shè)計(jì)電芯的時(shí)候可以有更多的集片層數(shù)在電池里面，導(dǎo)致我們有13%DCR的降低，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化電解液，有8%的DCR降低，導(dǎo)入更薄的隔膜，會(huì)引入4%的DCR降低。
高電壓，過去幾年萬(wàn)向?qū)Ｗ⒂诘蛪毫姿徼F鋰的研發(fā)，所以我們?cè)诟唠妷哼@塊起步算是比較晚。經(jīng)過最近兩年的努力，取得不錯(cuò)的成績(jī)。這是高壓現(xiàn)在量產(chǎn)的產(chǎn)品系列，我們從2016年開始，三元的出貨量其實(shí)是高于磷酸鐵鋰的出貨量的。為了加快我們?cè)诟吣芰棵芏入姵氐难邪l(fā)，我們很多資源都傾斜在這塊領(lǐng)域。在250-300WH/KG，基于正負(fù)極材料的匹配，分四個(gè)大平臺(tái)，常規(guī)622對(duì)石墨、622對(duì)硅碳、811對(duì)石墨、811對(duì)硅碳，所以除了我們公司內(nèi)部加大大部分資源在大電壓、高能量密度電池對(duì)接，也積極和外部公司和研究機(jī)構(gòu)展開合作。例子，我們和美國(guó)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室、一個(gè)公司都有戰(zhàn)略合作。萬(wàn)向一二三的優(yōu)勢(shì)，萬(wàn)向一二三是中國(guó)的公司，但是A123是屬于美國(guó)的公司，所以我們可以更加高效利用美國(guó)的創(chuàng)新研發(fā)資源，來加快電芯的開發(fā)速度。
最近兩款高電壓產(chǎn)品的進(jìn)展，首先這是一款最新開發(fā)的622對(duì)石墨的電池，它的比能量是255WH/KG，循環(huán)壽命是100%DOD 45度高溫循環(huán)，預(yù)估壽命達(dá)到2000-2500周，這是很不錯(cuò)的循環(huán)壽命。上面的右邊是一個(gè)DCR的數(shù)據(jù)，DCR達(dá)到1.6左右，左下是低溫的數(shù)據(jù)，容量保持也是不錯(cuò)。最重要的是這款電池通過安全實(shí)驗(yàn)，我們主要是和國(guó)外的OEM洽談溝通的時(shí)候，他們都非常堅(jiān)持需要做很多實(shí)驗(yàn)，這款電池通過了安全實(shí)驗(yàn)，也通過了熱箱的實(shí)驗(yàn)等。目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外的客戶對(duì)這款電池都給予好評(píng)，我們預(yù)估年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
這是811方面的研究進(jìn)展，811對(duì)石墨電信，能量密度270WH/KG左右，上面DCR偏低，拿這個(gè)做實(shí)驗(yàn)，失敗了，通過了過充和熱箱實(shí)驗(yàn)。上面的右邊是循環(huán)壽命，也是45度循環(huán)壽命，現(xiàn)在跑了一千圈。整車客戶，尤其國(guó)外的OEM都要求有安全實(shí)驗(yàn)，這款電池是我們進(jìn)行設(shè)計(jì)的調(diào)整，生高了一些DCR，順利通過安全實(shí)驗(yàn)，這是我們公司內(nèi)部第一次811電池通過大量實(shí)驗(yàn)，證明可以通過安全實(shí)驗(yàn)，這給我們很多的研究思路，讓我們進(jìn)一步提高811電池的安全。
我們公司在全固態(tài)電池方面的研究進(jìn)展，全固態(tài)是行業(yè)里公認(rèn)的研究熱點(diǎn)，能量密度高、安全性能好、價(jià)格比較低，萬(wàn)向一二三在這個(gè)領(lǐng)域主要是和戰(zhàn)略合作伙伴合作緊密，有三個(gè)明確的戰(zhàn)略合作伙伴。我們和第一個(gè)合作伙伴采用的聚合物為基礎(chǔ)的全固態(tài)電池，它正極是811，負(fù)極是石墨，兩AH的軟包電池，這個(gè)數(shù)據(jù)只跑了15圈，放電容量保持還是很不錯(cuò)，充電的能力有所下降，所以我們現(xiàn)在主要是關(guān)注于為什么充電能力為什么下降，進(jìn)一步提高這個(gè)電池的循環(huán)壽命。它的導(dǎo)電率和液態(tài)幾乎相當(dāng)。拿這款電池做了安全實(shí)驗(yàn)，這是我們拿2AH的電池和沒有液態(tài)電解液和常規(guī)的液態(tài)電解液進(jìn)行增值實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，右邊是數(shù)據(jù)圖，可以看到電壓沒有變化，溫度也是保持在25度，相應(yīng)帶液體的電池針扎進(jìn)去有強(qiáng)烈的爆炸、起火，它電壓下降很快，溫度也到400、500度。
總結(jié)，超級(jí)納米磷酸鐵鋰技術(shù)讓我們有更優(yōu)異12V和48V電池，這是獨(dú)一無二的。我們?cè)诟吣芰棵芏入姵赝ㄟ^政策實(shí)驗(yàn)，在全固態(tài)領(lǐng)域，我們和戰(zhàn)略合作伙伴緊密合作。謝謝！
提問：低溫打火的實(shí)驗(yàn)說超過鉛酸電池，你用的是什么標(biāo)準(zhǔn)做的測(cè)試？各個(gè)車廠、OEM有標(biāo)準(zhǔn)。歐洲的也有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，你是按照哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)的？另外一個(gè)問題是你在做這個(gè)低溫打火實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，電池是滿充的還是非滿充的？
呂自強(qiáng)：如果客戶沒有要求，我們用UICBC做，打火實(shí)驗(yàn)肯定不是滿充的，要根據(jù)OEM的要求，一般是80%或者70%-80%。
提問：固態(tài)2AH，811，為什么那個(gè)只有150？
呂自強(qiáng)：我要校對(duì)一下。
提問：兩代磷酸鐵鋰，它的一代、二代，顆粒往更小納米級(jí)發(fā)展，還是有更均勻的粒度調(diào)控？
呂自強(qiáng)：都有，除了更均勻，粒度更小。
提問：大概是什么樣的范圍？
呂自強(qiáng)：更小的納米級(jí)。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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