中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：第十二屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)演講速記如下：
薛娟娟：大家好！非常感謝主持人的介紹，也非常感謝我們主辦方組織這樣一個(gè)大型活動(dòng)給我們交流的機(jī)會(huì)。今天給大家?guī)?lái)的報(bào)告是關(guān)于鋰電池的能量提升和環(huán)境適應(yīng)性方面的優(yōu)化方案。我的報(bào)告分以下幾個(gè)方面，給大家做分享。
首先介紹一下鋰電池?，F(xiàn)在國(guó)家發(fā)展鋰電池也是歸結(jié)于全球的發(fā)展趨勢(shì)和目標(biāo)，從國(guó)際環(huán)境上來(lái)看，在歐盟他們提出了關(guān)于碳排放的硬性指標(biāo)，這也促進(jìn)了新能源的發(fā)展。同時(shí)國(guó)內(nèi)也在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，和節(jié)能減排方面的目標(biāo)前提下，也在極力推新能源。尤其是我們提出了碳達(dá)峰和碳中和，雖然國(guó)際環(huán)境比較復(fù)雜多變，但是維護(hù)整個(gè)地球村的環(huán)境，也是全球共同的目標(biāo)。所以新能源的轉(zhuǎn)換，不僅是出于對(duì)環(huán)境的保護(hù)還是應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，都是一個(gè)有效的能源器件。
當(dāng)前鋰電池比較成熟的產(chǎn)品包括鐵鋰和三元體系，我們精工主要做的是磷酸鐵鋰電池，占比到七成以上。這個(gè)是我們廠(chǎng)區(qū)內(nèi)做的儲(chǔ)能柜，也是滿(mǎn)足我們削峰填谷的用電需求。
鋰電池的應(yīng)用量也比較大，包括電動(dòng)汽車(chē)，電動(dòng)船舶，我司也是拿過(guò)船級(jí)社的認(rèn)證。還有儲(chǔ)能以及消費(fèi)類(lèi)的產(chǎn)品，以下做了一下列舉。
從全球用量來(lái)看，從2017年到2022年這五年的時(shí)間，鋰電池的用量有了非常大的增長(zhǎng)；國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)，從2016年到2022年這6年的數(shù)據(jù)來(lái)看，大部分應(yīng)用領(lǐng)域在于動(dòng)力和消費(fèi)類(lèi)的產(chǎn)品，在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用占比還是比較小的，所以在儲(chǔ)能方面市場(chǎng)的拓展以及性能需求的評(píng)估，還有電池的技術(shù)指標(biāo)要求，可能也還是需要我們做大量的工作。
兩大關(guān)鍵體系鋰電池：三元電池、磷酸鐵鋰電池。在2020到2021年，電池結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，像寧德時(shí)代提出的CTP技術(shù)，還有比亞迪提出的刀片電池等技術(shù)創(chuàng)新，磷酸鐵鋰電池能量密度有了較大的提升，其應(yīng)用有了非常大的增長(zhǎng)。
關(guān)于能量密度的問(wèn)題，我總結(jié)了一下當(dāng)前集中代表性鋰電池，重點(diǎn)計(jì)算了磷酸鐵鋰電池的能量密度，從重量比能量密度上來(lái)看，像方形電池有著非常大的優(yōu)勢(shì)，它的重量比能量密度是最高的，比圓柱有非常強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是從體積能量密度上來(lái)看，圓柱尤其是大圓柱還是非常有優(yōu)勢(shì)的。
但是，作為一個(gè)老牌磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)廠(chǎng)商，我們也深知磷酸鐵鋰的短板，比如它的能量密度低，本征的離子電導(dǎo)率低，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致不能滿(mǎn)足最終產(chǎn)品的性能需求。這里我列了表格，磷酸鐵鋰的理論客容量是170mAh/g，但實(shí)際我們?cè)陔姵氐膽?yīng)用中，克容量發(fā)揮只有145-150 mAh/g之間，克容量發(fā)揮的空間還是比較大的。精工在這方面的技術(shù)創(chuàng)新也做了大量的工作。
這是我們?cè)谔岣吡姿徼F鋰電池能量密度的一些優(yōu)化措施，我從下面兩張數(shù)據(jù)來(lái)給大家做一個(gè)介紹，在提高體積能量密度以及提高循環(huán)壽命，尤其是剛才各個(gè)專(zhuān)家提出來(lái)全生命周期成本的問(wèn)題，如果循環(huán)性能做到非常大的提升，對(duì)后面電池的成本計(jì)算也是非常有利的。
還有高低溫性能的要求，這也是我們產(chǎn)品應(yīng)用的實(shí)際工況的要求，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在產(chǎn)品的應(yīng)用在全球范圍內(nèi)都有所應(yīng)用，比如在歐洲和非洲像某種溫差較大的環(huán)境，對(duì)電池高低溫性能的要求是比較高的，首先要保證電量，其次還要保證循環(huán)壽命。
首先是高能量密度產(chǎn)品設(shè)計(jì)。因?yàn)槲覀兙ぷ龅漠a(chǎn)品包括正極材料、鋰電池和PACK組合整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品。首先在材料方面的工作，一是關(guān)于提高能量密度方面做的提高材料的壓實(shí)密度，這是我們根據(jù)密堆積的理論，控制材料的一次顆粒和二次顆粒的粒徑大小和分布，來(lái)提高堆積密度。前驅(qū)體漿料的粒度的分布，對(duì)最終產(chǎn)品的粒度分布，有非常大的影響的。所以我們現(xiàn)在控制在前驅(qū)體，我們現(xiàn)在用的是磷酸鐵體系，采用砂磨工藝，對(duì)漿料顆粒的分布區(qū)間控制在工藝要求的范圍內(nèi)。通過(guò)我們的工作，我們現(xiàn)在可以做到材料的壓實(shí)密度2.7g/cm3，通過(guò)計(jì)算體積比能量密度可以提高13%左右。
當(dāng)然我們?cè)谧鲞@些工作的時(shí)候，也做了電芯的分析和檢測(cè)，不同壓實(shí)密度，雖然我們對(duì)顆粒做了調(diào)整，但是顆粒的潔凈度沒(méi)有受到影響，都是純相的磷酸鐵鋰。我們通過(guò)電鏡也可以看到不同壓實(shí)密度的材料，它的特征就是一次顆粒的尺寸有著非常明顯的差異。
考慮到粒徑的變化，尤其是壓實(shí)密度的提高，對(duì)極片表面致密度的影響，會(huì)影響整個(gè)極片的電阻值，所以我們對(duì)電池的阻抗也做了檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)我們雖然提高了壓實(shí)密度，但是顆粒之間的孔隙率還是比較高的，對(duì)電解液的浸潤(rùn)性比較好。所以我們做出來(lái)的材料，是在不影響最終電池性能的前提下，可以把能量密度做高。
根據(jù)我們的設(shè)計(jì)，我們主要生產(chǎn)的兩種類(lèi)型產(chǎn)品，一個(gè)是18650和26650，這兩種電池的容量，18650可以做到2200mAh，26650的可以做到4500mAh。
第二個(gè)方面是我們對(duì)長(zhǎng)循環(huán)上的設(shè)計(jì)，剛才提到全生命周期成本的控制，我們現(xiàn)在用了一種合成方法是碳?xì)饽z，碳的類(lèi)型有單一的也有復(fù)合的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)可以看出來(lái)，用復(fù)合的碳做出來(lái)的電池極化是最小的，而且阻抗也是最小的。磷酸鐵鋰主要的提高電導(dǎo)率的方式就是碳包覆，我們?cè)谧鎏及驳臅r(shí)候，通過(guò)采用這種復(fù)合的碳源做出來(lái)的碳包覆層是均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包覆在材料的表面，沒(méi)有多余的不定形碳?？赡軐?duì)后面電池的容量發(fā)揮，以及壓實(shí)性能的提高，都有一些不利的影響。而且通過(guò)拉曼曲線(xiàn)可以看到這種碳源合成出來(lái)的材料石墨化程度是最高的，包覆均勻性是最好的。
同時(shí)因?yàn)槲覀冏约阂沧鲭娦?，在電芯的制漿以及電芯的整個(gè)極片的設(shè)計(jì)上也做了大量的工作。典型的是我們?cè)陔姵刂茲{的過(guò)程中采用了超聲輔助熱的干燥工藝，可以使我們濕法涂附的極片均勻性會(huì)顯著提高，這樣控制面密度不會(huì)在整個(gè)極片或者是電池內(nèi)部由于面密度差異造成循環(huán)性能的不穩(wěn)定，而提高最終產(chǎn)品的電池一致性。
另外，我們現(xiàn)在采用一種卷繞的技術(shù)，產(chǎn)品卷芯是圓形的結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)存在一種現(xiàn)象，越往外層的極片包的弧度不同，會(huì)造成正負(fù)極的N/P比，會(huì)造成整個(gè)電芯的設(shè)計(jì)不均勻性，所以我們也做出來(lái)一種分布式涂布的極片，來(lái)保證整個(gè)電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。
這是我們實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些材料以及電池工藝的優(yōu)化和改善，我們現(xiàn)在10C充放循環(huán)800周可以保證容量保持率大于80%，1C充放4000周可以保證大于80%。
另外是從高低溫適應(yīng)性來(lái)講，剛才講到全氣候使用的條件，不分春夏秋冬，不分地域，不會(huì)因溫度差異和工況不同而受局限性，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了寬溫適用性的電芯。
高低溫性能方面的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，除了是硬性的技術(shù)要求之外，最重要的是影響安全性，比如低溫0℃以下的充電，高溫的循環(huán)使用工況，會(huì)對(duì)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能有非常大的影響。
所以我們?cè)谶@方面做了大量的工作，一個(gè)是在提高低溫放電能力方面，首先是把碳包覆的含量提高，這樣會(huì)提高材料的電導(dǎo)率，我們對(duì)比數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，碳包覆量的不同，會(huì)對(duì)低溫放電的平臺(tái)和容量有顯著差異。低溫型的電芯材料碳含量要在1.8%左右，正常容量型的碳含量在1.2-1.4%之間。
同時(shí)我們做了其他的研究工作，這是我們對(duì)材料顆粒尺寸的監(jiān)控，用了一種算法，我們做出來(lái)材料的一次粒徑做了測(cè)量，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)粒徑控制，一次顆粒的粒徑相差100nm，克容量發(fā)揮可能會(huì)在3mAh/g。
通過(guò)以上我們做的技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)材料和微量調(diào)整電解液制造出來(lái)的產(chǎn)品，一次粒徑在200nm左右，-20度低溫放電大于70%，-40度低溫放電可以達(dá)到40%左右。
另一個(gè)方面是在高溫方面做出來(lái)的工作，因?yàn)楝F(xiàn)在很多應(yīng)用領(lǐng)域，包括應(yīng)急燈和戶(hù)外電源等應(yīng)用的要求，對(duì)溫度窗口的監(jiān)控，也是現(xiàn)在需要攻克的技術(shù)。我們現(xiàn)在做高溫優(yōu)化，主要還是通過(guò)電解液方面的調(diào)控，它的理論基礎(chǔ)是調(diào)控HOMO和LUMO的能級(jí)，使電化學(xué)穩(wěn)定性在一個(gè)比較寬的溫域內(nèi)工作。
我們通過(guò)和供應(yīng)商聯(lián)合開(kāi)發(fā)電解液，做出了高溫型的電芯適用的電解液，檢測(cè)在55℃浮充循環(huán)一年容量保持在90%以上；25℃、50℃和70℃不同溫度的數(shù)據(jù)對(duì)比，電芯性能一致性依然比較高。
同樣檢測(cè)在60℃循環(huán)，也能達(dá)到2000次以上保持80%以上的容量保持率。通過(guò)檢測(cè)自放電，主要考慮到在實(shí)際使用過(guò)程中，很多電池應(yīng)用像應(yīng)急燈之類(lèi)的，會(huì)有大量的放置和靜置的時(shí)間，不放電的情況。我們做了一個(gè)自放電的曲線(xiàn)，85℃的情況下擱置180天，容量可以保持在80%以上。
以上是我們做的關(guān)于提高能量密度，以及在全氣候使用的電芯技術(shù)方面的創(chuàng)新，精工現(xiàn)在主要是做圓柱，圓柱已經(jīng)做了十幾年，現(xiàn)在整個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在這方面做的創(chuàng)新工作也非常多，授權(quán)專(zhuān)利有632項(xiàng)。
最后再給大家簡(jiǎn)要介紹一下精工，我們精工成立于2008年，現(xiàn)在是在山東棗莊，整個(gè)工廠(chǎng)占地面積大概300畝，現(xiàn)在產(chǎn)量是每天85萬(wàn)支的產(chǎn)量，授權(quán)專(zhuān)利是632項(xiàng)，同時(shí)我們也參與了國(guó)際、國(guó)家省市的標(biāo)準(zhǔn)制定。
這是我們主要的產(chǎn)品情況，具體來(lái)講，這是我們生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料，擁有自主的專(zhuān)利技術(shù)，在歐美七個(gè)國(guó)家都有授權(quán)。應(yīng)用端我們做得也比較多，首先是儲(chǔ)能方面的，我們做的儲(chǔ)能有家用的和工業(yè)用的，以及便攜式電源。智能制造類(lèi)如機(jī)器人、AGV等產(chǎn)品。還有微動(dòng)力的，輕型動(dòng)力方面，比如高爾夫球包車(chē)、電動(dòng)叉車(chē)，小型動(dòng)力電池我們也在做很多成熟的方案。醫(yī)療器械類(lèi)有疫情剛出現(xiàn)的時(shí)候，給火神山醫(yī)院做的一些項(xiàng)目。
這是我們公司的聯(lián)系方式，公司總部在山東棗莊，有這方面業(yè)務(wù)需求的，可以及時(shí)關(guān)注一下精工公眾號(hào)。
我的報(bào)告就到這里，謝謝大家！
