中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：24日上午，深圳市創(chuàng)明新能源股份有限公司創(chuàng)明研究院院長楊俊做題為“鋰電非線性快充方法研究與探討”的演講。
深圳市創(chuàng)明新能源股份有限公司創(chuàng)明研究院院長楊俊
以下是楊俊發(fā)表演講的主要內(nèi)容：
一、EV用鋰電面臨的挑戰(zhàn)
（一）新能源EV的發(fā)展趨勢
據(jù)估計(jì)，至2025年，我國新能源汽車產(chǎn)能將達(dá)到300萬輛，動(dòng)力電池需求量將達(dá)到1500億Wh
新能源EV的迅猛發(fā)展給鋰電行業(yè)帶來巨大需求和發(fā)展機(jī)遇
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我國電動(dòng)汽車銷量走勢 單位：輛 |
全球新能源汽車銷量走勢 單位：輛 |
（二）EV用鋰電面臨的巨大挑戰(zhàn)
國家出臺(tái)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和政策來引導(dǎo)和促進(jìn)鋰電池行業(yè)的發(fā)展：
1.2015年5月，工信部發(fā)布 GB.T31484/5/6-2015 電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池循環(huán)壽命/安全/電性能要求及試驗(yàn)方法。
2.科技部發(fā)布《新能源汽車試點(diǎn)專項(xiàng)2017年度項(xiàng)目申報(bào)指南建議》，按照6個(gè)創(chuàng)新鏈(技術(shù)方向),共部署38個(gè)重點(diǎn)研究任務(wù)。專項(xiàng)實(shí)施周期為5年(2016-2020)其中，明確了EV用高安全高比能鋰離子電池技術(shù)(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)指標(biāo)要求：電池單體能量密度≥300Wh/kg,循環(huán)壽命≥1500次,成本≤0.8元/Wh,安全性達(dá)到國標(biāo)要求。
差距較為明顯，革命尚未成功！
主要研究方向：安全、成本、能量密度、循環(huán)壽命、易使用性等。
（三）CHAM分享的研究課題
課題名稱：EV用鋰電非線性快充方法研究與探討
課題目的和意義：在高能量密度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)快速充電與電池循環(huán)壽命性能的平衡，通過降低電池的充電時(shí)間，提高EV的易使用性。
二、EV用鋰電快充研究成果分享
（一）分享前需弄清楚的問題
①鋰離子電池到底適不適合非線性充電研究？
②哪種電池模型更適用于鋰電非線性充電研究？
③影響鋰離子電池性能衰減的機(jī)理是什么？
（二）為什么是非線性
1.充電的電化學(xué)反應(yīng)過程中，正極電位上升，負(fù)極電位下降，常態(tài)現(xiàn)象是非線性的。
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2.充電過程正負(fù)極電化學(xué)參數(shù)（阻抗等）變化的常態(tài)現(xiàn)象也是非線性的。
3.鋰離子電池充電化學(xué)過程特點(diǎn)表明其適合做非線性研究。
鋰離子電池充電特點(diǎn)：
（三）模型1基礎(chǔ)模型
該模型過于理論化，難以在實(shí)際中得到有效應(yīng)用。
（四）模型2宏觀3D模型
在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上更多了借鑒了由Kim和Smith在美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）研發(fā)出的一種3D電池模型。
該模型能較精確的從宏觀狀態(tài)參數(shù)體現(xiàn)電池在充放電期間發(fā)生的電化學(xué)過程、熱力學(xué)及熱質(zhì)傳遞擴(kuò)散過程的分布式的、三維的性質(zhì)。
（五）電池性能衰減的機(jī)理
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正極衰減主要因素 |
負(fù)極衰減主要因素 |
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（六）電池性能衰減類型的總結(jié)
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衰減類型 |
主要原因 |
主要表現(xiàn)形式 |
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結(jié)構(gòu)性衰減 |
充放電引起電極材料的膨脹收縮 |
材料粉化、脫落等 |
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化學(xué)性衰減 |
電池內(nèi)構(gòu)成材料的化學(xué)不穩(wěn)定性 |
正極溶解、氧化膜形成、電解液成分的分解、SEI膜的溶解等 |
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電化學(xué)性衰減 |
過充電引起的副反應(yīng) |
電解液分解、氧化膜形成等 |
（七）鋰電快充研究的方向和典型案例
鋰電快充研究的主要方向有新材料研究、電極結(jié)構(gòu)研究、充電系統(tǒng)研究等。
（1）新材料研究：
（2）電極結(jié)構(gòu)研究：
汽車充電5分鐘跑480公里
以色列StoreDot公司
多功能電極技術(shù)（multifunction electrode，MFE）
計(jì)劃2016年推出電池的原型
（3）充電系統(tǒng)研究等：
手機(jī)充電5分鐘通話2小時(shí)
OPPO VOOC技術(shù)：本質(zhì)是增加充電電流
(OPPO N3手機(jī)電池容量：3000mAh)
已實(shí)際應(yīng)用
（八）非線性快充研究實(shí)驗(yàn)方案
DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的：在充電的每個(gè)電壓區(qū)間范圍內(nèi)找出最優(yōu)的離子通道下的最大電流。
理想的實(shí)驗(yàn)方案：將充電電壓范圍3.0-4.2V劃分為盡可能多的區(qū)間，并對(duì)各區(qū)間進(jìn)行不同充電電流的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如下圖所示：
初步實(shí)驗(yàn)方案：鑒于實(shí)驗(yàn)條件以及時(shí)間要求等方面考慮，結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，我們選取了如下的實(shí)驗(yàn)方案作為代表。
實(shí)驗(yàn)對(duì)象：CHAM 2.9Ah 動(dòng)力電池（所有CV充電截止電流為0.02C；1C放電至3.0V）。
（九）非線性快充時(shí)間曲線圖
使用階梯充電方式可節(jié)省充電時(shí)間20%-40%。
（十）非線性快充方案電池循環(huán)圖
方案中充電制度對(duì)循環(huán)壽命影響不大。
方案7是較為理想的快速充電方案，循環(huán)性能相當(dāng)，充電效率提升31.7%。
（十一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
非線性快充技術(shù)能顯著縮短電池的充電時(shí)間，為何沒有得到得到普及和有效應(yīng)用？
A.非線性快電技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)在于其異常復(fù)雜的BMS管理系統(tǒng)，尤其是需要BMS針對(duì)不同企業(yè)、不同化學(xué)體系的電池進(jìn)行深入的定制化充電方案設(shè)計(jì)。
B.BMS設(shè)計(jì)的理想的研究方向是具備智能化自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化“不同電池充電特征參數(shù)”的性能。
（十二）結(jié)論
1.非線性充電技術(shù)在不降低鋰電性能的前提下能提高充電效率20%-40%。
2.該項(xiàng)技術(shù)要得到有效應(yīng)用需具備以下兩個(gè)條件：
①電芯企業(yè)必須足夠了解自身的電池性能；
②BMS和電芯企業(yè)必須進(jìn)行深入的合作。
（十三）新能源行業(yè)展望
合作才能共贏！
三、CHAM公司簡介
①13年來唯一一家只做18650的企業(yè)，國內(nèi)最早的量產(chǎn)18650的企業(yè)之一；
②124名本科以上研發(fā)團(tuán)隊(duì)65項(xiàng)專利技術(shù)；
③新能源裝車超過35000臺(tái)；
④第4批進(jìn)入《汽車動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》目錄的企業(yè)；
⑤擁有東莞、深圳、惠州3大制造基地；
⑥資深韓國專家領(lǐng)銜的制造團(tuán)隊(duì)...
