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    吳軍:動力用電池的技術與趨勢

    發布日期:2021-07-08

    核心提示:吳軍:動力用電池的技術與趨勢

    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。

     

    聯動天翼新能源有限公司研發總監吳軍出席論壇并發表主題演講——《動力用電池的技

    術與趨勢》
    。

     吳軍

    以下為演講實錄:

     

        各位嘉賓:

        大家下午好!

        我是來自聯動天翼的吳軍,首先,非常感謝組委會給我這個機會,給大家分享一下關于動力電池技

    術與趨勢的理解。

        一、背景介紹

        大家都知道,鋰電行業目前很火,我跟大家分享一下我的切身經歷。十年前我剛進學校的時候,我

    老師跟我說了一句話,你信不信你選擇了鋰電行業,未來你不會失業。十幾年前我根本不了解電池是

    什么,在現在來看,電池行業發展的越來越廣。

        從小動力到EV、儲能,現在每個領域對電池的需求越來越多,但是對電池的需求是一致的嗎?他

    們對電池的要求是什么?

        我簡單整理了一下這些板塊對電池的要求,從帶電量來說,會越來越大。但是工況是不一樣的,對

    于使用時間和成本也是不盡相同的。針對不同的工況,我們應該怎么樣對電池進行分析?

        總結為四方面:

        1.安全。

        2.續航。

        3.壽命。

        4.經濟。

        每一個板塊我們都會講很多很多,但是我這邊重點講一下壽命。(如圖)從右邊的圖來說,市場對

    電池提了很高的要求,換車不換電池。如果一個電池能服務三輛車、四輛車,它的成本會大幅下降。

    所以針對電池的壽命,我后面會講一下我們怎么針對壽命去提高。

        二、技術創新

        首先,對電池壽命進行分解。整個電池組的壽命一般分解為幾塊。

        1.電池本體壽命,解決單一對象的問題。

        2.成組壽命。

        3.使用工況。

        解決單一壽命,關于負極析鋰也好、負極SEI膜修復也好,都是解決單體壽命,把500圈變成1000

    圈、10000圈,怎么解決這個問題。

        成組壽命是解決7個對象的組合管理問題,這是在系統層解決的。

        最后一個,即使電池壽命都很好,但是使用不好,同樣不能很好的把電池應用好。所以在使用工況

    上,兩輪車的應用場景比
    EV更嚴苛,怎么樣管控溫度。第二個是SOC控制,然后是充電電流控制。

        首先,對循環壽命的問題,這是最新的循環壽命特征。分為三個階段:

        1.整個循環線性下降。

        2.整個循環迅速下降。

        3.整個循環跳水。

        在這三個階段下,分別的趨勢代表什么化學含義,我們怎么把循環提升,怎么樣不跳水。同時,我

    們發現循環下降的時候,阻抗是逐步增加的。針對這幾個現象,我們做了一些研究。

        不同循環次數下,極化會越來越大。從中間的圖來看,阻抗是逐步增高的。從材料本征來說,我們

    對于電池的初期和末期進行了分解,初期整個正極是比較好的,后期負極材料的副反應逐步增多,

    SEI膜會逐步增厚。同時,電池的最終形態來說,產氣量、對于電池阻抗都會逐步增大,都會影響到

    電池性能。所以我們對整個循環進行了一些分級。

        第一階段,循環占整個壽命的80%-90%,所以我們重點解決第一和第二的問題。針對循環,我們

    進行了機理分析。每一段發生了什么樣的反應,比如說第一段,發生了負極膨脹、SEI膜修復、消耗

    電解液。到第二階段發生了什么,針對第一階段和第二階段,因為容量篩選是很復雜的環節,會涉及

    到物理反應、氣解和溶解的反應??偨Y下來,主要來源于材料劣化,怎么把正極的設計不影響正極材

    料的破壞以及負極材料的SEI膜破壞。

        正極材料的劣化來源于什么?這邊也說了關于材料相變結構的變化。怎么樣讓正極材料在循環過程

    中材料顆粒破碎,這是我們重點要解決的。第二,怎么讓正極和電解液的反應在使用過程中不增加阻

    抗,在表面形成一些動畫層。所以我們采用了不同方式,發揮單晶、多晶的優勢,不降低能量密度的

    前提下,提升電芯高溫循環能力。采用多元素摻雜,采用復合包覆技術,減少表面層不可逆相變和副

    反應發生。

        怎么樣讓負極材料在膨脹過程中不導致顆粒的破碎,以及在負極和電解液反應的時候,怎么樣不增

    加電池的阻抗,最后是不析鋰。在負極上,我們會做原材料選型以及工藝升級,降低負極的膨脹。因

    為負極膨脹降低之后,它的
    SEI膜破碎的會少,不會產生一些跳水。

        關于電解液,這是非常關鍵的。從中間的圖來看,電解液不添加任何添加劑的情況下,它的正極表

    面如王院長說的,整個表面就會鈍化,加了一些添加劑之后,會保護整個正極的表面,醫治正極結構

    的破壞。

        負極也是一樣的,怎么通過一些添加劑保護SEI膜,讓它不破碎。針對這塊,我們做了不同添加

    劑。針對不同添加劑,對循環性能的識別,以及通過配方的優化,其實配方是一個綜合劑,怎么綜合

    正極和負極,實現循環性能和經濟性的平衡。

        前面講了這么多,都講了怎么去解決單電性的循環問題。下一個板塊是怎么去使用它。

        我提了一個問題,我們測試特斯拉18650,發現它在1C下循環只能達到800次。20萬公里之后,單

    電性依然維持95%。1C/1C循環并不能真實評估電池性能,所以我們對18650進行了分解。從左邊的

    圖來說,我們對每10%SOC做循環,如果0-10%做循環的話,可以獲得10000周以上。隨著趨勢來

    看,SOC越高的時候,循環越大??刂粕舷轘OC,調下限SOC,下限SOC越低,壽命也是越差的。電

    池其實是可以找到比較適合的窗口,怎么去使用這個電池,以及讓它的壽命更大。

        特斯拉這個電池,0-100%可能也就1000多左右,但是使用的時候可以到3000-5000周,有些因子

    我們要識別。

        我們對電池的使用一般分為兩個模型,一個是存儲模型,另外一個是循環模型。今天我不會講存

    儲,主要講循環。因為我們的車大部分在存儲,而不是在充電。到底是
    100%電量的存儲還是50%電

    量的存儲,以及溫度,存在25度下還是45度、55度。除了這兩個影響因子之外,還會加充電倍率的

    問題。所以我們針對這些因子,我們做了一些實驗,以便找出一些顯著因子去充分使用電池以及對電

    池的后續梯次利用提高價值。

        可能不能通用到所有的產品,只是給大家簡單看一下。我們對不同的倍率進行分享,第二個是對不

    同溫度,
    25度、35度45度、55度對循環有什么樣的影響。后面有不同SOC的,100%、95%、

    90%、80%,下限從0%、10%、15%、23%。這只是數據,怎么把它應用起來,這是我們第二步要

    做的。針對這個數據,我們希望把它變成一個模型?;谶@些數據,我們把它變成模型以后,我們針

    對模型以及應用工況,可以設計出整個電池的壽命。

        我們充放電的深度是5%-95%,倍率是0.5%,溫度是25度,可以算出來電池到80%還有多少循

    環,電池到70%還有多少循環。第二,我們的用戶業務場景是45%度,那會衰減多少?因為很多用戶

    放電基本上不會放空的。從這個模型中可以看出,同樣的電池在不同的工況下,可以做出不同的循

    環。最終一個是通過我們數據的模型以及不同工況下我們可以預測出80%的壽命,以及梯次下70%還

    剩下多少。70%、80%還有好幾千周。

        我們有壽命模型,包括電池的設計,以及運營平臺,我們可以把整個電池的壽命模型做一個組合,

    這樣我們在下一個階段,兩輪車也好,四輪車也好,我們可以完全監控到它的壽命。

        在這之后,我們做下一步的梯次利用。其實有很多我們的運營商拿到一些梯次電池給我們,我們不

    敢用,因為我們對它的數據模型不清楚,對它的運營情況不清楚,沒辦法做梯次利用。只有有數據模

    型,我才能知道它還能用多少周?,F在看好的,有可能拿到一個不知道什么模型的時候,
    10周之后就

    跳水了。

        最后一步是材料回收,如果前期沒有積累的情況,就直接從第一步跳到最后一步了,不會出現梯

    次。

        三、未來展望

        聯動天翼是在北京和松下進行合作的,下一個公司是聯動天翼新能源,我們會個做PACK、電池以

    及系統,我們會有各個板塊的合作。

        這是我們目前在江陰的工廠,我們會有4GWh的一期產線和12GWh的二期產線,應用端會用在

    EV、儲能以及兩輪車。

    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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