鉅大LARGE | 點擊量：1081次 | 2021年04月09日
適于低溫地區的快充型高功率鋰離子電池的材料技術介紹
我這里列了鋰電發展過程中，大家都一直關注的挑戰，而且大家都了解安全性是第一位的，包括特斯拉電動汽車今年也燒了好幾輛。要么出現了大量的熱，要么一致性不好，可能導致安全出問題。另外，航程小，這幾年對我國鋰電發展帶來極大影響和限制。還有充電慢。國外，像ABB已經有高速超高速直流充電樁，我認為我國也會很快跟進。但快充材料的缺乏任然是挑戰和機會。還有是功率小。今天的會上就有討論包括通過電容器解決動力不足的問題。假如是卡車，動力不足更會有挑戰。我前幾天去沈陽，有人告訴我旁邊大連沒有電動自行車，因為大連地勢是山坡，鋰離子電池動力不夠。實際上電池倍率性能足夠好的話，是可以解決的。還有低溫性能，大多數電動汽車在負20度以下性能就非常差了。大多數客戶急需電動汽車可以在更低溫度工作，如負30或負40度。長期存放下，好幾個小時，在零下幾十度充電的挑戰。我認為通過優選的，新型的材料來供應解決以上挑戰比添加系統部件或設計或工程性解決以上列出的挑戰性價比高很多。
在比較了幾種常用負極材料類型后我們可以看到軟碳或無定型炭，假如可以做到成本較大幅度的降低，可以為解決或滿足新能源汽車的許多挑戰，像高安全、高倍率、長壽命、高低溫性能，供應有潛力的材料解決選擇。
高功率鋰離子電池負極材料與石墨基負極材料性能比較。在中度或正常使用場景下，如0.5-1.0C充電下，軟碳可使用能量已經超過理論能量密度更高的石墨產品。
對市場上高功率產品的比較，大家可以看得出來哪幾款，相對來說國內有很多廠商，但我們沒有拿到產品去做測試。測試完了，高倍率有它的限制，國內產品比這二個好很多，4C、5C挺多的，但穩定性一致性差一些。軟碳電池顯示了高倍率同時比比較的高倍率市場產品有更高的能量密度。
再看一看快充性能，還是軟包電池的數據。它在不同充電速率下的表現，10C下基本上接近80%容量達成率。假如真的能夠10分鐘，而且穩定可重復充充放電，和傳統加汽油幾乎是相同的，駕駛者個人體驗會好很多。累了等一會，開兩小時花15分鐘充電休息一下再上路是愿意接受的。現在許多城市，包括深圳、太原都是要求所有出租車是電動汽車。我去過太原和深圳，有出租車司機在罵，說這個車不能一輛車兩個人，做不到人休息、車不休息，原來汽油車是可以的，現在做不到。假如強行快充的話，這個車一年多一點就壞掉了。假如新材料可以這樣做到的話，十幾分鐘能夠長期幾千次充電，電動出租車分享共享應該能達到要求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這是室溫，1C充放循環壽命。2600周,>90%容量保持率，估算6500周,>80%容量保持率。5C，55度C下約有3000周,>80%容量保持率。
這是5C循環后低碳所負極片，5C循環后商用石墨負極片。與石墨負極相反,新型碳負極5C充放循環后無析鋰，極大的提高了安全性。我們認為軟碳的微觀結構阻止了鋰枝晶的成長。
這是低溫放電，在負30度和負40度情況下，可用電量非常可觀，軟包電池分別達到75%和64%容量保持率。
充電電壓一致性數據。5C充電12支電池電壓差別僅10mV。
這是溫升的變化，5C充放電，12節電池，7個測試點溫差差別僅1.5度。
高功率鋰離子電池的安全性測試，通過GB/T31485-2015電動汽車用電池安全認證測試，十項測試一次全部通過，包括穿刺實驗。
再看看電池組本身的低溫性，電池組比單個電池的低溫容量保持率還要好許多。最大的差別，或者說我們的解釋是一個電池組里，這個溫度一旦使用起來出現一定熱量放出，溫度有所變化，總體基本這個概念是說在負40度時，可用容量可以達70%。
充電速率和倍率性體驗，這是基本的數據比較。在5C快充時，商業電池不可用。即使在1C充電，石墨基電池有溫升20-25度，非常要熱管理。軟碳負極的電池組在1C下基本無溫升。軟碳負極的電池組10分鐘以下基本充滿，假如坐上四個人之后，這個車盡管加速很慢，但可以沖到每小時35-40公里。石墨基電池的比較車最快僅可達到每小時18-20公里。倍率高的電池，我們認為它有可能直接用在解決載重、剎車、電動摩托車、電動自行車，這些要動力或動力加快充的新的業務場景。
匯報一下我們所里關于電池方面的工作布局，今年還沒有真正做好正極或者電解液的匹配。現在165Wh/kg,5C沖放電是我們的基本情況。我們也初步做了些碳硅材料的研發。得到一些非常鼓舞的結果，能量500mAh/kg,碳硅材料顯示了很好的倍率性能，2C/0.2C能量比可達44%。基于我們的初步數據和文獻以及對外交流，我相信碳硅電池，一兩年就會有突破。
我們有一款特殊原材料，基于此開放了一種中間相瀝青及負極材料，通過結構調控，可保持較好的能量，倍率平衡，可大倍率充電，低溫性能出色，且極具成本優勢。適用于電動大巴、出租車，混動車，啟停電池，卡車等應用。新型快充電池材料具有優異的快充性能，倍率性能大于3X相應的石墨基電池，循環壽命大于6千，可以在負40度下正常使用。
