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    劉微:高安全長循環的磷酸鐵鋰電池

    發布日期:2021-07-08

    核心提示:劉微:高安全長循環的磷酸鐵鋰電池

    鋰電現場圖3


    7月7日,2021中國國際鋰電產業大會(簡稱金磚鋰電論壇)在上海汽車會展中心順利召開。本屆金

    磚鋰電會議為期兩天,主題為以“新技術、新應用、新發展”為主題,采用“會議論壇+展覽展示

    +體驗營銷”三位一體的創新模式,多項重點活動同期同地舉辦,充分協同聯動,品牌效應和影響力

    大幅提升。

    瑞浦能源公司劉微出席論壇并發表主題演講——《高安全長循環的磷酸鐵鋰電池》。

     劉微


    以下為演講實錄:

     

        非常榮幸來到這里,感謝主辦方的邀請。我是來自瑞浦能源的劉微,我主要負責小儲能和磷酸鐵鋰

    電池的應用開發。我看了一下昨天的議程,主要關于電池安全方面的。我們這邊也是針對這樣的主

    題,聊一下我們在提高電池安全性方面做的一些工作。

        一、公司介紹

       
       瑞浦能源2017年成立,我們研發中心在上海,制造基地在溫州,我們的投資方是青杉實業,這家公

    司大家了解的很少,他是世界上最大的不銹鋼生產商,去年500強的排名在329位,主要做不銹鋼業

    務,從礦產一直到不銹鋼矽鋼的加工。為什么做新能源板塊?青杉投資瑞浦之前只是做不銹鋼的,因

    為不銹鋼中會用到一個非常重要的金屬——鎳。之前我們有很多不銹鋼礦產,剛開始那里是鎳鈷的伴

    生礦,剛開始他做不銹鋼會把鎳提出來,因為鈷對不銹鋼是有害因素,他會提出來賣給其他公司。后

    來發現在不銹鋼行業我們已經是第一了,怎么能夠把資源充分利用
    起來。所以他們發現三元材料里會

    用到鎳和鈷兩個元素,所以就投資了我們瑞浦能源做鋰離子電池。

        我們雖然成立的比較晚,但是發展速度還是比較快的,我們在2019年的銷售額是3.2億,在去年的

    銷售額是12億。2020年動力電池出貨量接近1GWh,全球排名第八名,我們公司的總出貨量在

    1.6GWh,包括特種車輛、大巴車和小儲能市場。


        青杉做新能源行業也有他自己的長遠規劃,因為他不光投了瑞浦能源,他在前端的資源方向也做了

    規劃。我們是只做礦產資源和電池,中間包括原材料的一些生產和加工,通過跟我們的合作方,包括

    國內比較優秀的企業,一起來合作的。

        我們提到了鎳鈷伴生礦,我們今年和華友鈷業共同推出鈷和鎳的技術,能夠把鎳的含量提升到70%

    左右,為后來加工硫酸鎳、硫酸鈷是非常好的純度。我們和華友鈷業、格林美都有深度合作,他們也

    在我們印尼的工業園區建立了相關的工廠。

        還有石墨資源,因為在我們在印尼是一個孤島,我們自己要發電,所以發電廠有很多煤炭資源,有

    很多煤焦油,煤焦油的副產品就是增塑膠,下一部分就是人造石墨。目前和國內一家
    TOP5的主機廠

    簽署戰略合作協議,共同在印尼做一個比較大的石墨化工廠。

        第三點是鋰鹽的布局,我們今年和法國的阿爾曼公司準備開發南美的第五大鹽湖,保證碳酸鋰和氫

    氧化鋰的供應。

        我們現在主要做動力電池和儲能電池兩方面,三元電池也有一部分的出貨。我們做電池的時候也會

    考慮到它的二次利用。我們做動力電池的時候會設計一些長的模組,拆解之后會變成
    1:5串的小模

    組,這個電池可以用到通訊行業里。電池最后的壽命回收,我們跟格林美有很好的合作。

        這是我們的產能規劃,我們一期溫州的工廠累計產能6GWh,已經滿產。二期溫州累計產能

    26GWh,達產時間是2021年底。2024年底在溫州大概要做到56GWh,2026年底在溫州總產能要做

    到200GWh。

        實驗中心投資了4億多人民幣,將于下個季度取得國家CNAS的實驗室認證,有兩條3PPM的中試線

    和一條電芯的研發線,同時有8000個點位的測試能力。

        二、高安全長循環磷酸鐵鋰電池

        這款50Ah的電池推出來非常久了,2019年1月份開始量產,現在有很多客戶,基本上國內排名前

    10的鋰電池廠家都有跟我們合作,像陽光、瑞達、首航、吉瑞瓦特等等,我們獲得了IEC、UL、JIS的

    認證。用這個電池的同時,我們的客戶對我們提出了更高的要求,要拿到日本經濟產業省的SII認證。

        SII認證主要有兩條,第一個是用3毫米的鋼針以8cm/s的速度貫穿電池,在隨后的一小時內無冒

    煙。還有循環壽命的要求,安全做的很好,但是要滿足壽命的補貼。分10-15年不等,10年是3600

    周,15年是5400周,根據電池的循環壽命給你一定的補貼。

        首先,進行gap分析。我們之前推出的50Ah產品安全性已經非常好了,針刺的時候是不起火、不

    爆炸的,但是還是不滿足SII的不冒煙要求。目前,我們的循環壽命在4000周以上,但是SII認證要是

    是還有提升空間。

        因為針刺的時候相當于鋼針把電池刺穿,最關鍵的影響因素就是電池的厚度。比亞迪的刀片電池也

    宣傳說他們的電池做到了無明火、無煙,表面溫度大概有
    60度。但是它的電池厚度是13.5毫米,我們

    這款電池的厚度是39毫米,而且穿刺速度要比國標的速度更嚴格。厚度方向是刀片電池大概300左

    右,我們怎么做到針刺過程中不冒煙的情況。

        先分解一下,在針刺過程中,相當于一個鋼針把電池刺穿,會產生大量的熱,包括正負極的直接短

    接。一方面是電化學放電過程中產熱,第二方面是短路點附近短路電阻產生的焦耳熱。

        應該從下面三方面考慮,一個是正負極化學體系,短接的時候產生活性要低、產生熱量要小。第二

    個是隔膜,現在普遍涂了陶瓷隔膜,但是用了陶瓷隔膜不一定會滿足不冒煙的需求,它的厚度,包括

    涂陶瓷隔膜的種類都有要求。我們也嘗試了一些新的東西,用陶瓷隔膜和固態電解質進行混合涂覆。

    第四方面是電解液,肯定要做一些優化,第一個是溶劑沸點的降低,我們要選用低沸點溶劑,還有添

    加劑的添加。添加劑對于循環壽命要求很大。第二個小的方面是結構設計,電芯保證容量的時候,盡

    量做的薄一點,因為鋼針刺穿的時候,總的層數會比較少,產熱的可能性會
    低一點。結構件的密封和

    過硫能力也有考慮。最后研究一下產熱,它的產熱速率怎么樣、電壓變化怎么樣,也需要我們進行研

    究。

        首先,材料體系優化,我們做了一些大顆粒主材、小顆粒主材,對比了一下情況,這是針刺的情

    況,是不是冒煙、是不是起火,表面溫度大概上升多少。通過對比明顯發現,活性物質的表面積越

    大,針刺開閥概率越高,開閥速度也非???,電池溫升也非常高。優化之后,采用一個表面積、正極

    負極都比較小的,后來優化了隔膜和電解液。這兩種不同狀態的電池,針刺不冒煙的電池和針刺冒煙

    的電池,在平臺上有一個很明顯的變化。冒煙的電池電壓平臺很快下降到了
    0V左右,這時候肯定會產

    生大量的煙。而不開閥、不冒煙的電池,電壓平臺非常穩,3.1-3.2V
    左右。藍色的線是低產熱的電

    池,它的產熱速率非常慢。紅色的線是冒煙的電池,很快達到了
    100度以上的溫度,對隔膜的穩定性

    有很大的影響。我們在這里做了充分的驗證,也做了很多的實驗。

        這是視頻,左邊是我們改善前的針刺情況,鋼針刺穿電池后的十幾秒鐘,防爆閥就噴開了,冒了很

    多煙霧。而改善后的電池在針刺之后,基本上沒有任何變化,在后續
    1個小時的擱置過程中也沒有產

    生明顯變化。這邊可以看到改善前的電池產生了很多煙。

        我們隨機從產線抽取了5個電池,在完成針刺過程中可以看到,它的電壓平臺比較好的都維持在

    3.2V以上,也實現了我們設計的預期,表面溫度在50度左右。

        第二,循環壽命。安全性能做的非常好之后,電池的循環能不能滿足15年補貼的要求。從理論上

    講,材料體系優化之后,循環應該是有一定改善的。電池從2020年1月份開始測試,到現在已經測到

    了3600周左右,保持率大概在90%。我們預測這款電池的壽命應該在6500周左右,能夠滿足SII最高

    的15年補貼要求。

        這是我們這個項目的大概時間情況,從去年10月份開始做認證立項,一直到今年的1月份左右,他

    們開始做這個實驗,而且由于疫情的原因,這個實驗開展速度也是非常慢的。一直到今年6月份,在

    上個月上海的光伏展上正式拿到了證書。這個證書的獲得有很大的意義,我們客戶用這款電池做儲能

    產品,賣到日本市場的時候可以申請補貼,售價也可以賣得更高。

        三、小結

        我們做了一些細分領域的工作,把這個電池的安全性提到更高的水平。我們公司主要是自己有一個

    核心的轉讓專利,青杉實業下了非常大的功夫在前端的礦產資源做布局,有利于我們瑞浦能源后期的

    發展。我們作為電池新勢力,在電池的浪潮中發展非???。

    最后,歡迎在座各位有空去我們溫州工廠或者上海研發中心蒞臨交流,謝謝大家!

    (注:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱,僅作為參考資料,請勿轉載?。?/span>

     


     
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