近日，第四屆先進(jìn)高功率電池國際研討會(huì)（CHPB-4）在蘇州順利成功召開。天津力神電池股份有限公司，圓柱電池事業(yè)部高級(jí)經(jīng)理張秀娟女士做了“力神先進(jìn)高功率圓柱電池開發(fā)進(jìn)展”的主題發(fā)言。

　　大家好，非常榮幸今天來給大家介紹一下力神先進(jìn)高功率電池的開發(fā)進(jìn)展，我的報(bào)告主要分為四個(gè)部分，市場應(yīng)用分析、設(shè)計(jì)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品介紹和產(chǎn)線介紹。

　　關(guān)于市場這塊前面大家都已經(jīng)分享過了，包括HEV的市場，電動(dòng)工具的市場大家都已經(jīng)對(duì)這有所了解了，下面我們來介紹如何設(shè)計(jì)開發(fā)高功率電池的關(guān)鍵技術(shù)。

　　首先來看目前高功率電池面臨的挑戰(zhàn)，我們把它分為四個(gè)部分，一個(gè)是高容量和高功率，然后是高安全性，其次是寬的溫度窗口和高的一致性，首先是高容量和高功率這塊，通過剛才張總的介紹，功率容量在不斷的攀升，18650從2.0安時(shí)一直到3.0安時(shí)，21的是從3.0安時(shí)到4.0安時(shí)，后邊還在開發(fā)5.0安時(shí)，我們?nèi)绾稳ラ_發(fā)這些容量和高功率兼顧的電池呢？首先需要原材料的不斷更新，因?yàn)槲覀冊?.0安時(shí)的時(shí)候用的材料可能是NCM的523，發(fā)展到3.0安時(shí)可能會(huì)用到高鎳的材料，另外一個(gè)電極的設(shè)計(jì)方面也需要兼顧高容量和高功率，而這兩點(diǎn)本身就是一個(gè)矛盾的點(diǎn)。

　　高安全性，無論是車用電池還是電動(dòng)工具的電池，都面臨著這樣的問題，尤其是電動(dòng)功率的電池，它是在強(qiáng)振動(dòng)條件下工作，而且它的BMS設(shè)計(jì)相對(duì)車用比較簡單，因此對(duì)于電池的安全性要求并不比車用低。

　　其次是高寬度溫度窗口，因?yàn)殡姵卦谕饨绛h(huán)境下工作，無論季節(jié)怎么變化對(duì)電池的高低溫放電都有相同的要求，尤其是HEV電池，還有一個(gè)低溫的冷啟動(dòng)的要求，所以電池需要適用在寬溫度窗口下的大倍率放電，其次是高的一致性，我們這主要講的是OCV和內(nèi)阻的一致性，因?yàn)樵诖蟊堵蕳l件下電池的極化會(huì)增大，所以微小的差異都會(huì)造成pack中電池差異性被放大，這會(huì)直接影響到pack的電性能和安全性能。

　　面對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們?nèi)绾稳ソ鉀Q呢？其實(shí)開發(fā)中的各項(xiàng)難點(diǎn)都與材料的選擇、電池的設(shè)計(jì)和過程質(zhì)量的控制直接相關(guān)，在材料選擇方面、正負(fù)極導(dǎo)電劑、電解液，等很多方面，它都會(huì)對(duì)電池，包括高容量、高安全性等等都會(huì)有一定的影響。下面從材料選擇開始看。

　　首先是正極材料，在正極材料方面，提升容量方面主要是從鎳含量的提升去提升容量，在功率性能方面主要是縮短鋰離子傳輸路徑，我們從最初的比較大球的高鎳三元，比如原來是10微米左右，可能會(huì)到5微米，當(dāng)然這個(gè)是根據(jù)電池的需求設(shè)計(jì)的，如果需要的倍率更高可能這個(gè)材料會(huì)有一個(gè)真空的設(shè)計(jì)，會(huì)進(jìn)一步縮短鋰離子傳輸路徑。

　　下面是負(fù)極材料，負(fù)極材料最初的理念是和正極材料一樣，也是縮小路徑，縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑。其次它有一個(gè)端面效應(yīng)，所以我們使用二次顆粒來降低它的OI值，提升它的倍率性能。另外一個(gè)是在負(fù)極表面進(jìn)行包覆，降低它的界面阻抗，主要是提升它的低溫性能。因?yàn)樗壳耙呀?jīng)基本接近理論容量，在負(fù)極里面加一些硅能非?？焖俚奶嵘萘?，但是加硅之后可能負(fù)極會(huì)面臨膨脹大以及前期衰減快的問題，這些在我們設(shè)計(jì)的時(shí)候都需要考慮一下。

　　下面是導(dǎo)電劑，導(dǎo)電劑主要是應(yīng)用它的導(dǎo)電性和分散性，如果單純的導(dǎo)電性好，但是分散性不好，它也會(huì)對(duì)電池的性能造成很大的影響，主要是內(nèi)阻的一致性等，會(huì)對(duì)電池的一致性造成影響。其次是為了發(fā)揮導(dǎo)電劑的各種優(yōu)良效果，一般是復(fù)配使用的效果，在復(fù)配使用的時(shí)候，可能對(duì)不同的材料也會(huì)選擇不同導(dǎo)電劑的類型，比如在使用鐵鋰的時(shí)候可能會(huì)加入石墨烯，但是在三元的時(shí)候，因?yàn)榭紤]到石墨烯的位阻效應(yīng)，可能會(huì)使用其他的碳管或者VGCF等去替代。

　　下面是電解液，在電解液這一塊首先是通過溶劑的復(fù)配去拓寬溫度窗口，其次是降低電解液的粘度，提升它的浸潤性，這里主要是提高Li+的輸送能力，從而提高功率性能，其次是添加劑的復(fù)配，來降低它的DCR，提升倍率和循環(huán)性能，這是我們做的一些測試。

　　最后是隔膜、殼蓋等等，剛才提到安全性能的問題，我們使用薄隔膜也會(huì)提升電池容量，但是使用薄隔膜之后可能會(huì)存在一些安全問題，目前我們采用的方式是使用高孔隙率高強(qiáng)度的陶瓷隔膜，去提升容量的同時(shí)保證電池的倍率和高安全性能，另外還有膨脹膠帶解決電池振動(dòng)失效等等。還有通過殼蓋優(yōu)化提升安全性能，在定向爆破，或者增大氣流傳輸面積。

　　除了體系材料開發(fā)，還有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們認(rèn)為電極方面提升功率性能主要是涉及到孔隙率和面密度，孔隙率提升鋰離子傳輸能力，從而提升大倍率的性能。面密度方面，會(huì)直接影響到電解液浸潤，會(huì)影響鋰離子傳輸路徑，我們保證容量前提下盡可能去降低這個(gè)面密度，有利于提升功率性能。

　　下面是極耳設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)也做了很多模擬，我們發(fā)現(xiàn)極耳增多會(huì)使電流密度分布更加均勻，而且會(huì)顯著降低DCR，這是我們當(dāng)時(shí)做的一些實(shí)驗(yàn)輔助這個(gè)模擬。而且能夠特別明顯提升大倍率性能，這樣我們有一個(gè)80A脈沖性能，可以發(fā)現(xiàn)極耳越多脈沖性能提升越明顯。

　　包括材料體系開發(fā)和還有結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)有很多，怎么快速驗(yàn)證它？我們引入了三電極技術(shù)，這樣可以快速的驗(yàn)證。做完循環(huán)之后解剖電池發(fā)現(xiàn)，沒有析鋰的情況，效果非常好。下一步是質(zhì)量控制，電池一致性方面，原材料雜質(zhì)控制和批次一致性質(zhì)量控制對(duì)電池一致性非常關(guān)鍵。另外在生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制，包括高度自動(dòng)化，智能化，規(guī)模化減少人為的影響，也可以進(jìn)一步提升電池的一致性。

　　下面介紹一下我們的產(chǎn)品，我介紹兩款產(chǎn)品，一個(gè)是2170-3.0Ah用在HEV上面，是歐洲一個(gè)高端客戶。這款電池功率密度非常大在3000W/kg，循環(huán)10C充放，500次80%，45度5C循環(huán)能達(dá)到6000次80%。這是脈沖放電和充電測試，這個(gè)是我們客戶模擬踩油門和剎車時(shí)候的性能，分別能達(dá)到100A脈沖放電和70A的脈沖充電。這個(gè)是不同溫度放電，模擬低溫冷啟動(dòng)。這個(gè)是我們循環(huán)性能，目前已經(jīng)接近6千次，我們還在繼續(xù)。

　　下面是18650的3.0Ah,我們準(zhǔn)備應(yīng)用在電動(dòng)工具方面。目前DCR25左右，20A循環(huán)在有溫度截止的情況下達(dá)成300次70%。這個(gè)是我們的倍率性能，20A放電容量仍然能放出來95%，而且溫度和電流是呈很好的線性關(guān)系的。正負(fù)極材料包括各種電解液，整個(gè)電池體系里面對(duì)電池功率性能，容量，還有各種低溫性能，還有安全可靠性都是有非常大的影響。因此電池設(shè)計(jì)要考慮綜合影響，并不是單一提升哪一個(gè)方面性能就會(huì)有特別對(duì)等的提升。

　　所以我們總結(jié)出來，合理設(shè)計(jì)，原材料精準(zhǔn)控制，是提升產(chǎn)品性能的前提，還有生產(chǎn)過程的管控也是提升產(chǎn)品一致性的必要前提。最后是產(chǎn)線介紹，主要是蘇州產(chǎn)線，目前產(chǎn)能正負(fù)極都是100萬（每天），過程中都是使用智能移動(dòng)物流小車，然后減少人為因素影響。

　　下面是我們的一個(gè)特寫，蘇州使用是雙螺桿設(shè)備，雙層涂附，這個(gè)是自動(dòng)化流水線的化成，是沒有人為參與的，以上就是我今天主要匯報(bào)內(nèi)容，謝謝大家。