2021年3月18日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應(yīng)用分會聯(lián)合電池中國網(wǎng)共同舉辦的第二屆新能源汽車及動力電池（CIBF深圳）國際交流會在深圳隆重召開。大會期間，惠州億緯鋰能股份有限公司基礎(chǔ)材料與技術(shù)研究室主任冀亞娟以《億緯鋰能動力電池材料技術(shù)研發(fā)進展》為題發(fā)表了主題報告。

以下為演講實錄：

大家下午好，我是來自惠州億緯鋰能股份有限公司的冀亞娟，非常榮幸有機會在這里跟大家分享一下我們公司的材料技術(shù)研究進展。我的報告將主要從以下四個方向。

首先是動力電池的發(fā)展現(xiàn)狀。動力電池技術(shù)的發(fā)展是基于政策的需求、知識的技術(shù)變革，現(xiàn)在最大的政策需求就是習(xí)主席提出來在2030年實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和，這樣的目標(biāo)背景下，相信近年一定會重塑能源結(jié)構(gòu)，不管是能源供給側(cè)還是能源的需求側(cè)都有大的變革。對我們做動力電池的來說，在這樣一個大背景下，能做的事情有哪些呢？可以看看右上角這張圖，它是我們現(xiàn)在傳統(tǒng)燃油車和新能源車在碳排放上，新能源車可以做的事情。

傳統(tǒng)燃油車二氧化碳排放量是10%以上的水平，現(xiàn)在推動新能源汽車，它可以達到什么水平呢？是比較寬的范圍。從10%到負(fù)90%。為什么有這么寬的范圍呢？原因也很簡單，在開能源車的時候?qū)崿F(xiàn)了碳減排，但是充電的時候，電還是來源于火力發(fā)電，二氧化碳就沒有作出貢獻的。這也是要求在能源供給側(cè)，在未來發(fā)展更清潔的能源，包括氫能、太陽能、風(fēng)能等等。

我們認(rèn)為碳中和這樣的戰(zhàn)略奠定了中國新能源汽車和儲能的發(fā)展基調(diào)。在這樣一個背景下，國內(nèi)和國外對于鋰離子動力電池市場發(fā)展的調(diào)研，我們認(rèn)為電動化的趨勢是會提前到來的，應(yīng)該在2023年甚至是更早就會進入TWH的時代。在這么一個大的需求下，看一下動力電池技術(shù)路線是怎么選擇的。

從右上角這張圖可以看到，在未來鐵鋰電池和三元電池將長期并存的狀態(tài)，因為鐵鋰電池能量密度的提升。近幾年由于刀片電池和CtoP的出現(xiàn)，它的能量有很大的提升。從三元的角度，長期高比能是發(fā)展的態(tài)勢，高鎳化會成為主流。

接下來跟大家簡單地介紹我們公司在動力電池的戰(zhàn)略布局，我們什么電池都做，不僅是鋰元電池，在動力電池方面也什么都做，磷酸鐵鋰電池今年是23GWH，在動力電池有50%的份額，在儲能上有百分之百的份額，它的市場非常大，磷酸鐵鋰的布局就是非常快的增速。在2022年45GWH，2024年將會達到140GWH。軟包電池上，我們的產(chǎn)能到2024年是在40GWH。通常做電池很少能賺到錢，我想補充一句，我們?nèi)ツ曜鲕洶姵鼐蛼赍X了，而且是投產(chǎn)即盈利，這是非常難做的事情。

在三元電池方面，今年產(chǎn)能是8GWH，2024年達到16.5GWH。圓柱電池不是18650電池，這個電池市場是在電動工具的市場。我們布局的是46800和46950這兩個大圓柱電池，預(yù)計2023年進行產(chǎn)能釋放20GWH，2024年達到40GWH。億緯鋰能始終堅持以市場為導(dǎo)向，為客戶提供全面解決方案。

第二個部分簡單介紹一下軟包電池的技術(shù)路線，這個圖是供給客戶的軟包設(shè)計，我們知道軟包設(shè)計最大的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)決定了它有高的比容量，這是相對的化學(xué)體系設(shè)計下，它比方殼電池有非常大的優(yōu)勢，能量密度有至少50%的提升。還有循環(huán)壽命有很大優(yōu)勢，我們的測試結(jié)果比方殼電池至少提升10%。循環(huán)過程當(dāng)中有很低的膨脹。這是軟包電池的優(yōu)勢。前面很多人都講到了高安全特性，這也是基于鋁塑膜軟包裝的結(jié)構(gòu)，因此安全的邊界會比較好一些。在發(fā)生熱失控的時候，它不會發(fā)生劇烈的爆炸，但同時存在問題，因為單體安全性好，但是模組不好，很容易發(fā)生熱蔓延。還有軟包電池尺寸靈活，可以定制化開發(fā)。因為軟包特性是內(nèi)阻低，在功率特性上就有很大的優(yōu)勢。

我們認(rèn)為全自動化、高度一致性是我們公司產(chǎn)品的優(yōu)勢，因為我們現(xiàn)在采用的是全自動化的設(shè)備和先進的管理系統(tǒng)，所以產(chǎn)品自動化程度是非常高的。另外，一致性也是做得非常好，公司從2018年開始就一直堅持管理線，對粉塵進行管理，對螺絲、毛刺、焊芯進行全鏈的管理。軟包生產(chǎn)鏈的直通率可以達到96%。

接下來給大家分享一下公司三元產(chǎn)品在乘用車市場的技術(shù)路線，也是分了兩塊：1.BEV市場。有240到280到320的提升過程，材料選擇沒有太大的差異，目前在推的方型三元是高電壓的材料體系，選擇中鎳的單晶材料。2023年將主推方型電池，鐵鋰和三元是一半的市場布局。2023年之后，我們會逐步地把大圓柱電池和軟包電池進行市場的推廣，并且認(rèn)為在未來因為能量密度進一步提升，它肯定是高鎳低鈷的態(tài)勢和高硅的材料體系。

2.PHEV，軟包是有獨特的優(yōu)勢，現(xiàn)在和未來都會推進軟包電池和方殼電池同時進行。

下面介紹一下電池材料的研究進展，這邊是現(xiàn)在的技術(shù)狀態(tài)，產(chǎn)品是300Wh/kg的，它是兩端的設(shè)計，在常溫的條件下，數(shù)據(jù)是能夠支持3000圈的循環(huán)壽命，而且客戶反饋它的循環(huán)壽命比鐵鋰更有優(yōu)勢。在45攝氏度下，同樣達到1000周的使用壽命。

這張圖展現(xiàn)了產(chǎn)品的快充特性，采用階梯充電的模式，可以在18分鐘內(nèi)完成10SOC-80SOC的速度，經(jīng)過10次快充的測試，也能看到它的界面都是非常好的，不會存在析鋰的問題。未來的目標(biāo)是實現(xiàn)9分鐘的快充。提到高比能的電池，尤其是高鎳電池的體系，大家都非常擔(dān)心的安全問題，材料端也是有新的安全技術(shù)的突破，主要是采用了另外一種安全性能更高的材料，但它不是磷酸鐵鋰。在高鎳材料復(fù)合使用，只需要少量摻雜就能看到軟包電池單純使用高鎳的時候，針測是通不過的，會發(fā)現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象。軟包電池過針刺還是比較難的，其他的測試都能過。除了這個優(yōu)勢之外，材料的使用還解決了另外一個問題，就是高鎳材料使用過程當(dāng)中正極界面高氧化型會帶來電解液的持續(xù)氧化，從而帶來界面的持續(xù)分解。在高鎳材料體系應(yīng)用過程當(dāng)中，高溫循環(huán)和高溫存儲有瓶頸，我們的技術(shù)同時也解決了這兩個瓶頸。

下面是350Wh/kg的平臺研發(fā)進展，只初步展示一下循環(huán)的數(shù)據(jù)，在0.33C充0.5C放的情況下，循環(huán)壽命不算很長，我們覺得350Wh/kg的項目還有很多的工作要做。在這里也簡單地從以下4個方向做一下分享。

首先，我們認(rèn)為要實現(xiàn)350Wh/kg的時候，肯定需要更高的鎳材料的體系，這時候正極界面穩(wěn)定性會尤為重要，我們認(rèn)為在高鎳材料的體系下，會更傾向于選擇鏡像生長的結(jié)構(gòu)，這樣就能提高材料的抗壓性能。要實現(xiàn)這樣一個更高比能的情況下，硅極比能會提升，至少達到15%。極負(fù)極低首效、高膨脹、循環(huán)都是一系列的問題，最重要是膨脹的問題，如何在材料的設(shè)計端就給它預(yù)留材料膨脹的空間，這個是非常關(guān)鍵的技術(shù)路線。我是選擇什么樣的石墨去做復(fù)合，硅材料要做到多少納米，幾個納米還是幾百納米還是幾十個納米，都對它的膨脹有相關(guān)性。在這樣一個體系下，電解液一定跟傳統(tǒng)的電解液有大的變化，我們的技術(shù)會發(fā)展不含EC的電解液體系，還有安全電解液的開發(fā)。還有功能材料，因為電極的設(shè)計不僅涉及到主材，還有功能材料，還有黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑，它對于功能是否發(fā)揮優(yōu)很大的作用。這個材料是小而美的材料，不是小就不重要，而是有關(guān)鍵的作用。在高鎳材料應(yīng)用過程當(dāng)中，正極材料的堿性進一步提升，那黏結(jié)劑耐堿性怎么樣，在極片厚的時候，黏結(jié)劑能否支持厚電極的作用？所以黏結(jié)劑會有很大的變化。負(fù)極材料也是一樣的問題，在這里就要做更高強的黏結(jié)劑的開發(fā)。

前面是介紹基于傳統(tǒng)的鋰離子電池的升級，在這里跟大家簡單介紹一下固態(tài)電池的進展，固態(tài)電池都認(rèn)為可以從根本上解決電池安全問題的新技術(shù)，而且我們認(rèn)為它在2025年甚至是2027年，它是有望在動力電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)。公司固態(tài)電池的研究技術(shù)路線是這樣的，在第一代產(chǎn)品是聚合物類固態(tài)電池的研究，產(chǎn)品首先要實現(xiàn)室溫下的穩(wěn)定運行，將產(chǎn)品優(yōu)先應(yīng)用到硅電池的運營，因為有一些新的小電池，比如說醫(yī)療電池會優(yōu)先在這個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。第二代產(chǎn)品會進一步開發(fā)固態(tài)化的界面技術(shù)，實現(xiàn)全固態(tài)的應(yīng)用，這個產(chǎn)品是在高端的消費類產(chǎn)品的應(yīng)用。在第三代產(chǎn)品上，會進一步提升界面的穩(wěn)定性，在這時候也會采用氧化物和聚合物復(fù)合的技術(shù)路線，進一步提升鋰電解質(zhì)的耐氧化型，并且有很好的柔性，不至于降低脆性。在這里也會重點去研究固態(tài)電池生態(tài)的設(shè)備，包括工藝的攻關(guān)。電池制作跟液態(tài)電池有很大的區(qū)別，這是我們要做的東西?？傮w來說，我們的研究進展是漸進式的，因為我們覺得固態(tài)電池不可能那么快在動力電池實現(xiàn)應(yīng)用的。

這是全固態(tài)電池現(xiàn)在的實驗結(jié)果，初步實現(xiàn)了室溫下的混電運行，這個電池也是疊片的小軟包電池，大概230mAH。

這是更高比能的進尺進展，固態(tài)技術(shù)成熟之后，負(fù)極就直接由石墨到了鋰金屬負(fù)極，在鋰金屬負(fù)極有很強的技術(shù)積累。這個是美國客戶測試的結(jié)果，采用高比能鋰金屬電池，它可以將無人機的飛行時間由15秒延長到27秒，整整延長了27%的飛行時長。

前面這些都是傳統(tǒng)的鋰離子電池發(fā)展路線，前面這些技術(shù)路線的儲備可以保證我們在未來5年的技術(shù)領(lǐng)先性，也會思考在未來10年之后怎么保證自己的技術(shù)還是有充分的領(lǐng)先性。在這里簡單給大家介紹另外兩個技術(shù)布局，因為這就涉及到下一代堅持了，第一個是鋰硫電池研究，鋰硫電池能量密度是330Wh/kg，單純看能量密度可能跟傳統(tǒng)電池的高比能有差距，我想說的，在研究過程當(dāng)中實現(xiàn)高載量硫正極電極技術(shù)，正極材料全部是由自己在做相關(guān)的研發(fā)。另外一個技術(shù)是燃料電池技術(shù)，這個是由汪博士帶隊的研究成果，優(yōu)勢是國內(nèi)唯一一家生產(chǎn)和銷售堿性膜鋰離子電池的企業(yè)，而且膜是自主創(chuàng)新的堿性離子交換膜，這個技術(shù)帶來最大的攻關(guān)就是實現(xiàn)了燃料電池核心材料的低成本化的技術(shù)路線，不再需要昂貴的箔金屬材料，也不需要依賴于進口限制，可以自主生產(chǎn)。這個技術(shù)也可以用到電解水制氫，氫能的供給就能提供很好的技術(shù)支持。

最后做一個簡單的總結(jié)和展望：1.戰(zhàn)略。億緯鋰能不做技術(shù)選擇，我們認(rèn)為技術(shù)是有好有壞，但肯定能找到最合適的應(yīng)用市場。所以，我們是方型電池、軟包電池、圓柱電池會做，三元電池做，鐵鋰電池也會做，客戶有什么需求就會提供什么樣的產(chǎn)品解決方案。2.安全。軟包電池是單體層面有安全優(yōu)勢，但是系統(tǒng)方面會存在熱蔓延的劣勢，我們會在系統(tǒng)方面做一些相關(guān)的工作，但是，這并不影響下一代電池產(chǎn)品的顛覆，有可能這種大圓柱產(chǎn)品就能直接解決熱蔓延的問題，大圓柱電池有很好的水平，并不會取代軟包電池很大市場份額。開發(fā)固態(tài)電池新技術(shù)，解決安全電池的問題，可以做到電池隨便用。3.材料。要做好內(nèi)外兼修，從自身內(nèi)部公司強調(diào)加強基礎(chǔ)材料和技術(shù)的研發(fā)，我們會投入很大的人力、物力和資金做相關(guān)的技術(shù)研究。其次，也會加強跟國內(nèi)外知名的校企合作，讓學(xué)校老師的科研成果更好指導(dǎo)我們對材料的解讀和應(yīng)用的能力。另外，我們也會積極與國內(nèi)先進的材料企業(yè)進行深度合作，歡迎做材料、做技術(shù)的供應(yīng)商與我們一起來做這樣一件事情。以上就是我的報告，謝謝大家。

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請勿轉(zhuǎn)載?。?/span>

掃描下方二維碼，關(guān)注“第二屆新能源汽車及動力電池（CIBF深圳）國際交流會”直播專題！

返回第一電動網(wǎng)首頁 >