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2018年新能源汽车智新峰会-江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司研发经理袁威-高能量密度方型铝壳锂离子动力电池发展趋势展望

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2018年新能源汽车智新峰会-江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司研发经理袁威-高能量密度方型铝壳锂离子动力电池发展趋势展望

作者:
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2018/11/15 16:10
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江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司研发经理 袁威

 

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。江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司研发经理袁威作为嘉宾参会,并发表主旨演讲,他给我们带来了高能量密度方型铝壳锂离子动力电池发展趋势展望。

 

非常感谢有这样一个机会。前面孔博士以及方总已经讲了很多锂离子动力电池包括铝壳、原柱方面的进展。首先介绍一下TAFEL公司,另外是说一下TAFEL在高能量密度电池方面一个开发策略,再讲一下TAFEL电芯电池寿命方面的研究成果。我们是很年轻的一个公司,一个嘉宾说一个公司从无到有,我觉得我也经历了这个TAFEL公司从无到有的里程,这个感受是非常少的,很自豪,是TAFEL专注于新能源锂离子动力电池和储能电池的研发、生产、销售创新型高科技企业。前段时间已经成功地申请了国家的一个高新技术企业。致力于不断改进先进的电池技术,为全球的锂离子电池储能,电池领域提供一个高效解决方案。

 

这是我们公司的布局,首先在江苏,我们总部是在江苏南京,是我们TAFEL的科技新能源总部,广东也有我们研发以及实验中心,其中广东东莞是我们公司的发源地,最开始创业是在广东东莞,在湖南常德我们也有这个生产基地,在山东我们也建立了这个生产基地,归案也有生产基地,北京也销售中心,在美国硅谷我们也成立了一个双创中心。

 

这是TAFEL中心五大产品指标,在高安全、高能量密度、低温放电、开充、长寿命都有专利设计以及技术方面的积累。现在快充的产品,最高可以做到六分钟充电50%,15分钟充电80%,我们有这个长寿命的电池,可以面前一万次循环,这个电池是铁锂不是三元的。在安全这一块我们有200多项的安全设计,在高能量密度方面有230瓦时每公斤的方型铝壳电池,我们也有这个电池比较有益低温放电的功能。

 

这是一个自动化的一个布局,从最开始的搅拌,自动输料系统,还有一个滚轧、装配段都是实现了一个自动化的过程,从前到后有一个全程的,每一个物料PN的状态,我们在这个电芯编码当中都可以追溯到最开始这个原始的信息。其中这条线,目前是按照我们后期的这个方向做准备,是一个全程的干燥环境。

 

这是我们共识产能规划,是在2016年,2014年成立,2015年就形成了一个一条线建立了,就是形成产能,2016年有真实的一个出货,当时做了是磷酸铁锂开始出货,2016年就有一个0.5G,2016年9月份就有一个0.5G瓦时的量产能力,2017年我们南京产线投产,达到两个瓦时,今年年底我们会完成一个6G瓦时的一个产能的一个提升。2019年达到12千瓦时,2020年会达到20G瓦时。

 

我们现在公司的产品主要是有这个铝壳电池,包括磷酸铁锂的这个体系,产品形态主要也是对应主机厂比较关注的一个版本,52149,1.5倍厚,还有3倍后,还可以做到100安时,最大可以达到150安时,还有一个大型4817G,主要用在一个商用车,就是物流车或者SUV,这个尺寸比较大,需要一个比较高的底盘的空间。

 

TAFEL高能量密度电芯的开发策略:

 

高能量三元电芯开发,归谈负级电芯开发,高能量密度电芯的机械结构设计还有前沿工艺开发。业内如果提升这个能量密度首先想到的是材料角度,需要高丽,这个高镍材料有它的优势,是高能量密度,我们见到这个铝壳电池高能量密度最高可以达到250瓦时每公斤以上,有一个上限,可能不会超过这个270,这个铝壳占了一个很大的比重,除非我们后期的硅复级可以得到突破,会冲破这个瓶颈,软包当然这一块它的优势很大,铝壳的比重基本上就没有了,它的重量会相对新很多。还有一个硅金属,谷的含量会很低,如果说8031实现批量生产,后期生产材料成本会有一个优势,但是高镍也有一个劣势,大的热影响,容易释放一些气体,会导致这个电芯产气比较严重,材料及电芯制造成本高,整个生产环节都有控制生产空间的湿度控制,这个要求很严格。

 

前面也有很多嘉宾提到了,我们现在在动力电池这一块,特别是今年安全事故频发,能量密度这一块已经慢慢填平往能量密度倾斜,安全密度这一块开始有一个忽略。

 

从最开始,我们国家对于这个电池安全国标要求,最近又听说把这个扩充要求放宽,但是也会增加一些其他的安全要求。这也是在寻找市场和技术方面的评分点,怎么样让这个动力电池持续健康有效的发展。个人观点,安全问题还是引起控制,特别是今年,烧车的概率是越来越大,这是高镍材料的开发,这是我引用的文献。

 

最开始是用E11,然后开始用523,最终用了811,随着这个厉害量的提高,这个克容量是不断提升的。随着这个镍返量的提高,它的循环趋势以及寿命相对变差。其实以前也有很多人说,我们最开始做的三元或者是一些动力电池是故设计,已经完全超过我们这个正子一个使用的年限,比如说有很多的说,新的有的车企是5年20万,8年12万公里,这么折算动力电池这个寿命是500个循环是1000个循环肯定是可以满足。这是高镍材料这个热的数据。随着我们这个镍含量的提高,随着这个X的增加,我们这个镍含量不断提高,这个热失控,这样一个热的峰值往前移,这个材料稳定性会越来越差,越容易发生这个热失控。

 

我们这个材料,不管是323还是811这个内部都出现这个脆裂的情况不断膨胀收缩都可能进行脆裂,就会形成一个新的叶面,会影响这个稳定性,如何解决这是高镍发展是要解决的问题。这是我们公司正在做的数据,我们现在通过结合一些供应商,包括我们自己对于材料设计开发的一些三元材料,做出来的寿命。目前我们811循环寿命大于一千五百个,常温没有问题,但是高温差一点,高温也是大于1000个循环以上。我们在这个811电芯或者这个方形铝壳,这个铝壳如果是自由方,很容易就鼓胀了,鼓胀很原因。

 

这个安全问题就是我们现在参考国标的要求,扩充、挤压以及热箱,比较严重的几个扩充的一个标准,其实811在一定条件下是可以满足,但是长期适用过程中这个气是目前业内要重点解决的一个问题,当前  我们公司也在这一块做一些方面的研究,也有一些成果,这里暂时还没有拿出来。

 

硅负级方面我们也做了一些工作,硅被看成下一代的负级材料,我们现在业内主要是知道,这个硅的这个膨胀比较大,但是克容量很高,如何平衡这个克充量以及这个膨胀和循环寿命之间的问题,所以我们做了一些尝试着控制这个形貌,减少这个体积膨胀带来的负级影响。

 

还有这个包碳的工艺,包括这个工艺参数提高我们这个硅氧的这个导电性,还有我们这个与石墨复合。硅体可能是纳米硅,还有一个是硅氧负体,这个服容量非常高。这个硅负级的这个劣势它的膨胀大,寿命长,大家硅氧负级它的相对闭硅负级相对好一点,因为硅氧负级在这个外表面又形成了一个坚硬,可以说一个固定框架结构,把这个硅的框架可以规定住,减少这个膨胀效应循环寿命比硅更好一点。其实都有一个通用的就是首效低,这也是为什么业内讨论比较多,如果要上硅负级,可能我们这个首效低的问题要解决掉。

 

这是我们在硅负级方面的数据。我们做了改善前和改善后。改善后我们明显发现这个硅负级在常温和高温下都仆役达到一个相对比较好的一个水平。但是目前在高温下,特别是这个常温下还好,在高温下离正使用还有一定的差距。这是高能量密度机械结构这一块,我们也做了一些工作,因为这个方形铝壳也可以做一些轻量化的设计做一些能量密度。定带,一些区域的地方重量是可以减下去的,这个可以通过一些验证,可以通过一些模拟,包括一些长时间加速的的设计,可以把这一块进行验证,如果这一块减掉之后,我们这个电芯的长期可靠性没有什么影响的话是完全可以去除掉的。

 

我们把这个定带片这个厚度或者某一个区域的重量扣除之后,我们可以减掉一定的重量,达到提升这个能量密度的目的。还有这个铝壳边缘,我们知道这个铝壳大面和侧面是不一样的,如果大面和这个侧面厚度不一样,层面要形成一个台阶,但是其实没有必要整个形成一个台阶,最后我们可以通过只不这个拐角的位置做成一个台阶就可以了,也不影响生产以及长期可靠性,把侧面这个厚度的多余的部分扣除掉,也可以把这个铝壳的重量减轻,也可以达到我们这个达到能量密度的效果。工艺这一块,前面孔博士提到了,我们会用更薄的机材,像零米会出现一些断代等等的问题,这些问题不解决是我们工艺提高我们生产效率,出现问题比较多的一个方面。这一块我们也是不断调整,包括一些工艺参数等等,包括一些设备优化等等。

 

还有打孔机材,铜箔铝箔上面打孔,进一步降低这个重点,来提高提升能量密度,前提不能降低这个机材的工艺可制造性以及它的强度,不影响这个电池的安全。

 

寿命技术方面的研究。

 

我们公司虽然年轻但是在寿命技术这一块也是做了很多,包括建模、预测。寿命模型,我们也有自己的积累,包括我们刚刚提到了三元的产气模型,整个寿命当中,用了两年之后因为这个电信产气比较严重,把这个防模版冲开了,整个这个运行当中这个产气是可以可靠性在整个寿命当中是没有问题的,还有我们的一个铝电。它的结构以及焊接强度,在不断的使用的过程中,会有一些老化的现象。所以我们要去引它的流变,我们也正在跟一些高校研究,比如说长期适用过程中会不会因为一些长期的热的湿度的影响,对它的强度防保压力产生影响,就是多大的压力对它的蠕变的影响有多大。

 

界面,就是悉尼(音),悉尼是影响循环寿命一个很重要的因素,让这个电池在比较适合的电流下,我们常常所说的这个主机厂比较关注这个充电策略,如何找到一个非常合适的充电策略这一块电池,让它健康循环使用。

 

阻抗模型,对于高功率的电池我们做一些阻抗模型的分解,把我们整个电池的这个机械件包括这个阻抗进行分解,我们去有针对性的改善电芯的阻抗,达到客户的要求,还有一个产热模型,这个热是影响循环热力寿命一个长重要的方面,所以我们也会做一些热方面的研究。谢谢。

 

以上内容据峰会现场速记整理,未经嘉宾本人审阅。

活动报名

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
报名时间:
2019-06-11 11:36 ~ 2019-11-04 00:00
2019年新能源汽车智新峰会旨在搭建新能源汽车产业发展的交流平台,集聚优势资源,帮助业内人士获取最新的行业情报与资讯,并学习新能源汽车领域前沿技术与创新模式,发现新商机并寻找优秀业务合作伙伴,进一步促进新能源汽车领域的交流与合作。

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