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2018年新能源汽车智新峰会-天津力神股份有限公司研究院副院长孔令丽-力神高能量密度动力电池开发现状

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2018年新能源汽车智新峰会-天津力神股份有限公司研究院副院长孔令丽-力神高能量密度动力电池开发现状

作者:
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2018/11/15 02:09
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天津力神股份有限公司研究院副院长 孔令丽

 

11月15日,2018新能源新汽车智新峰会在北京召开,论坛重点围绕着打造关键零部件核心竞争力这一主题展开今天研讨。天津力神股份有限公司研究院副院长孔令丽博士作为嘉宾参会,发表“力神高能量密度动力电池开发现状”主旨演讲。

 

尊敬地各位来宾上午好。非常感谢会务组给我这样一个机会,介绍一下我们力神在高能量密度电池的开发现状。分五个部分,介绍一下力神公司。介绍一下力神动力电池Roadmap以及高能量密度电池的挑战以及我们开发高能量密度电池的产品介绍。

 

力神公司成立1997年12月25日,属于一个比较早的锂电池企业,注册资金现在是17.3亿元,是国有的控股企业,最大的股东是中国电科集团,现在我们的员工有九千多人,现在主要的机电有天津、苏州、青岛、武汉和绵阳,苏州工厂在2017年已经量产,青岛工厂会在2019年1季度量产,武汉和绵阳这两个基地主要是一些模组的生产和系统的生产,还有两个研发基地是天津总部以及南通,天津总部这边分两块,一个是电芯的研发,还有一个系统模组的研发,南通这边主要是系统的一个开发。在德国、美国也建立了一个分支机构,主要是加快对于一些国外高端车厂的配套。

 

目前的产能是2020年达到30G瓦时,现在明年量产,另外天津另外一个地方还有长沙还会有建设,所以2020年基本上达到30G瓦时,2025年可以达到60个瓦时,这是现在五个基地所在的地方。力神公司主营业务比较全,分四个方面:

 

1、便携式的电子产品。

2、电动车辆。

3、储能系统。

4、特种电源。主要是给军工配套的一些产品。分四大业务。

 

主要应用领域的客户,便携式产品主要给苹果、华为、三星、惠普这些公司合作。电动车辆里面也是给戴姆勒、大众、福特、江淮这些客户合作。储能这边,中国是铁塔、中国国电、电网。动力电池的Roadmap,力神的产品比较全,有方型、圆形也有软包装的电池。方形电池就是三圆体系,以这个2714897,主要量产采用622的体系,能量密度做到每百瓦时每公斤,后面是53H,采用高电压522的体系,在明年会量产,还有就是56安时和60安时,主要采用三圆811体系,能量密度基本上可以达到220-230瓦时每公斤。还有4个2的尺寸,可以做到76安时,这个能量密度是带方形里面比较高,做到200瓦时每公斤,这是在2020年量产,给国外的客户配套的产品。

 

磷酸铁锂,现在能量密度基本上可以做到180瓦时,是230安时,2019年2季度可以量产。现在量产是202的暗示,这个能量密度是250每公斤。这个圆形电池,2170的产品,履行苏州工厂生产的产品,现在也是在量产有三款,3.8安时。4.8的安时这个能量密度也到了230瓦时每公斤。后面在开发5.1安时的电池,能量密度可以做到250瓦时每公斤。两款软包装的体系,在EV方面。现在做的是72安时,能量密度在280瓦时每公斤,还有一个75AH,基本上做到300瓦时每公斤。

 

高能量密度目前存在的一些挑战和一些技术。

 

对电池来说,关注几个性能,安全可靠性、能量密度、寿命、功率性能和温度性能。

 

能量密度,采用高镍的三元材料,薄的隔膜,薄的集流体,这些都会影响这个电池安全性。最大的一个困难还是它的扩充以及针刺的性能,它的高温以及热力寿命也是有挑战的。高能量密度电池来说,研究更多还是材料,高镍811材料不是很成熟和稳定,我们基于这样一个机理进行一个深入研究,现在主要是再循环前后,表面组抗等价比较多,这个循环后期也有颗粒排裂的问题,针对这些问题跟一些材料供应商合作,明确一个生效机理跟他们合作,怎么样从包袱和搀杂方面做工作,除了这个正级材料,配合电子液也是非常重要,我们明确了正级材料的一个机理方面,我们对电子液方面也做了很多的工作,所以才能够让这个性能很快地进行改善。

 

基于在高镍材料下的一些扩充的问题。在电池结构方面,设计上也进行了优化。利用内电路的模型优化电池的设计,让电池在使用的过程中产热比较少,另外改版进行设计优化,可以使它在扩充的时候,就有一个OCSD可以反转,就可以让它进行扩充的保护。圆形电池结构优化这一块也是用CADD包括PDC的设计优化,来它通过一个热失控以及扩充性能。对于软包装电池来说确实比较困难,因为这个扩充上结构上很难做一些优化,只能通过这个体系的优化改善这个扩充的性能,这是为什么国标测试对于这个高镍的酸碱体系会有一些调整,现在如果做到200%COC扩充确实是比较难的。

 

我们也加强了模拟技术的研究,首先是对他这个热模拟以及机械结构的模拟。热模拟,主要通过我们电芯的设计和模组的设计,控制一下这个电池的温度和温升,结构模拟这一块主要是从选材上可以保证安全可靠性,另外对于这个寿命模型,现在这个循环很长,花费的时间会比较多,尤其是对于这个国内车厂来说,这个电池开发周期比较短,我们也开发了这种寿命模拟的软件。

 

三款典型的高能量密度电池产品的性能。

 

2177 4.5AH产品。2018年5月份左右量产,主要的特点是满足快充,基本上45分钟充电可以充电到80%,这是它的一个循环性的,一般可以满足一千次80%循环。另外这个倍率放电这个温升控制比较好,两C基本上可以控制55度以下,这是它的高低温性能,零下20度的这个放电性能还是比较好,基本上接近了90%。

 

这款产品目前是我们出的最多的,主要给江淮供的这款车。这是45分钟可以充80%,另外这个续航历程也是从原来300公里现在提升到340公里。现在在开发,刚才提到4.8AH这款能量密度是257瓦时每公斤,都是采用NCN对硅碳的体系。这是这款电池的循环寿命,1000次80%的循环,这个存储性能做的比较好,45度存储30天这个恢复容量还在97%以上,这个倍率性能以及高低温的性能还是不错,这款产品四季度我们会量产,我想说的是,不同充放电的这个收率对于这个电池影响比较大,尤其对于这个硅碳副级来说,这个DOD五的状态比较大的,从三个条件可以看出来,如果放到2.75伏,这个循环后期对于这个寿命保持率影响的是比较明显。

 

后面这个车厂在设计系统的时候,也可以参考这些,就是怎么样使DAD的方式,可以让这个电池的寿命能够最大化。如果是对于这个容量的影响,2.5AH和2.75AH相比只有4%的能量。用户可能感受不带明显,但是对于使用者来说确实是对电池的性能,提升的比较多。这也是一个21700安全性,包括客户要求热试的测试我们都是可以100%通过。

 

2714897,这是它的参数,循环可以做到1500次的80%。这是它的倍率放电性能和温度放电性能,都是比较优异的。现在循环已经做到300多次,容量率还在90%作业,这是高温的性能,稍微差一点,高温的性能相比常温性能还是有一些差别,这个系统设计的时候,一般现在就是高镍这种系统都要求有水冷的配套,让这个电池再一个比较舒服的温度下进行工作,它的性能还是没有问题的。这是这款电池的安全测试,就是国标的测试都没有问题,像这个扩充,这个方行电池上有一些盖版的设计,它的扩充也是没有问题的。

 

后面介绍这一款是软包装,282瓦时的这个产品,客户要求一千次大于80%的一个容量保持率。这款产品主要的特点就是内阻比较小,基本上是在10毫秒的时候它的这个50%的这个ICO基本上在1.1左右。这是它的一个温度和放电性能。另外这个循环现在已经到了一千次的时候,基本上还是在88%的保持率,这是它的高温性性能,温度性能基本上可以达到900次,也是可以满足客户需求。

 

这款电池满一个月之后也没有看到一个明显的产期,恢复率还是在98%以上,这个内阻的变化还是有一些偏大,基本上在12%左右,这也是高镍材料的现在比较大的问题,存储的过程中这个内阻的增加还是比较大的。后期,还是需要对一些正级材料,包括或搀杂改性控制这个内组的变化。

 

如果是做国标的扩充还是有一些问题,EC做到200%,还是有一些问题的。但是现在如果用小电流充电,4.6AH都没有问题,所以说如果后期的国标改了之后,这个安全性能也是没有问题的。实际上了解讲,这个软包的单体安全性来说,还是挺好的。

 

对于我的这个介绍主要就是这些,后面都是总结一下,这个力神同时具有圆形、方形和软包装动力电池产品,高镍三元体系电池在力神已经批量生产,具有良好循环性能和安全性能,也希望相关的企业,包括车厂对力神进行关注。

 

谢谢。

 

以上内容据峰会现场速记整理,未经嘉宾本人审阅。

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2019年新能源汽车智新峰会
活动地点:
北京裕龙国际酒店
活动时间:
2019-11-05 09:00 ~ 2019-11-06 12:30
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