萬(wàn)向一二三石先興：萬(wàn)向充分對接整車(chē)開(kāi)發(fā)需求 加大力度開(kāi)發(fā)高安全高比能動(dòng)力電池技術(shù)
萬(wàn)向一二三系統有限公司產(chǎn)品管理部經(jīng)理高級工程師石先興作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )暨第三屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”繼續在北京精彩召開(kāi)。本屆峰會(huì )由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )和電池中國網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )承辦，無(wú)錫先導智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì )人數超600人。
在動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng )新分論壇上，萬(wàn)向一二三股份公司產(chǎn)品管理部經(jīng)理、高級工程師石先興博士作主題演講，就萬(wàn)向的高安全高比能動(dòng)力電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程做了詳盡的闡述。
以下為石先興演講內容：
非常感謝王芳博士的介紹。各位專(zhuān)家、朋友們，大家早上好！我是來(lái)自萬(wàn)向的石先興，首先非常感謝總會(huì )劉彥龍秘書(shū)長(cháng)和動(dòng)力電池應用分會(huì )張雨秘書(shū)長(cháng)的邀請，很高興在這里跟大家分享我們動(dòng)力電池技術(shù)和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)展。
今天報告主要是四個(gè)部分，第一首先是企業(yè)的介紹，第二部分是高功率密度動(dòng)力電池技術(shù)；第三部分是高安全高能量密度的動(dòng)力電池技術(shù)；最后是一個(gè)小結。首先介紹一下我們企業(yè)，說(shuō)起萬(wàn)向進(jìn)入電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，有蠻長(cháng)時(shí)間，1999年萬(wàn)向集團就率先啟動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)的研究課題。我們董事局主席魯冠球生前的造車(chē)夢(mèng)是造一臺清潔能源的電動(dòng)汽車(chē)，而且還有一個(gè)前提，這臺車(chē)是受人們歡迎的，是人們買(mǎi)得起的電動(dòng)汽車(chē)。萬(wàn)向集團在2012年底100%收購了美國A123系統公司，經(jīng)過(guò)了一系列的整合，包括研發(fā)、質(zhì)量體系、生產(chǎn)體系的整合，現在已經(jīng)更名為萬(wàn)向一二三股份公司，我們目前專(zhuān)注于軟包裝動(dòng)力電池、模塊以及系統的開(kāi)發(fā)和制造。產(chǎn)品主要是兩個(gè)方向，面向高功率密度，另外一個(gè)是高能量密度的動(dòng)力電池。
我們目前在杭州有一個(gè)研發(fā)和制造的基地，主要是生產(chǎn)軟包裝動(dòng)力電池，面向的客戶(hù)主要包括國內像上汽、廣汽、長(cháng)安、奇瑞、海馬等一線(xiàn)品牌的乘用車(chē)企業(yè)。在常州我們有一個(gè)圓柱型電芯基地，它的應用主要是兩個(gè)，一個(gè)是儲能業(yè)務(wù)，另外一塊主要應用到F1賽車(chē)，我們供貨對象包括雷諾、保時(shí)捷等等。我們在美國馬薩諸塞州的電池研發(fā)基地已經(jīng)有超過(guò)四十位美國名校畢業(yè)的優(yōu)秀博士，還有一百多位行業(yè)專(zhuān)家、優(yōu)秀人才。目前研發(fā)團隊規模已經(jīng)超過(guò)了A123當年最鼎盛時(shí)期研發(fā)的規模。我們在美國密歇根州有一個(gè)模組、系統的研發(fā)基地，此外還有一個(gè)軟包裝動(dòng)力電池生產(chǎn)工廠(chǎng)。2017年底公司動(dòng)力電池產(chǎn)能總計大概達到4G瓦時(shí)。我們的目標始終是圍繞著(zhù)新能源汽車(chē)工業(yè)用途和智能電網(wǎng)提供一個(gè)全面的解決方案。
接下來(lái)是一個(gè)產(chǎn)品的介紹，我們有兩個(gè)方向，其中一個(gè)就是高功率電芯，主要的應用包括三塊：12V、48V、HEV，高能量動(dòng)力電池的開(kāi)發(fā)主要的應用包括純電動(dòng)汽車(chē)和插電式的混合動(dòng)力汽車(chē)。采用高鎳三元材料和硅碳負極材料，一方面要解決行業(yè)內很多專(zhuān)家提的高比能動(dòng)力電池的安全問(wèn)題。第二個(gè)就是它的循環(huán)壽命以及能量密度的提升，關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節就是成本控制。第二部分介紹一下高功率電芯的技術(shù)，我們知道2012年國務(wù)院節能與新能源汽車(chē)發(fā)展規劃提出2020年生產(chǎn)的乘用車(chē)平均燃料消耗量降到5L/百公里，48V系統在降低油耗控制成本方面可以發(fā)揮重要的作用。萬(wàn)向高功率密度電芯開(kāi)發(fā)采用的是萬(wàn)向自主知識產(chǎn)權的UltraPhosphate正極材料，我們在48伏微混系統市場(chǎng)目前是處于全球領(lǐng)先地位的。高功率電芯的開(kāi)發(fā)我們在持續降低電池內阻，左邊這張圖藍色是第一代納米磷酸鐵鋰脈沖功率密度數據，在壽命開(kāi)始的時(shí)候，基于UltraPhosphate電芯的功率密度可以做到第一代技術(shù)的兩倍。此外，低溫冷啟性能全面超過(guò)鉛酸電池。
第三部分介紹一下高安全高比能動(dòng)力電池的開(kāi)發(fā)?？萍疾恐卮罂萍紝?zhuān)項提出2020年的一個(gè)考核指標—能量密度必須要實(shí)現300瓦時(shí)/公斤，動(dòng)力電池行內有一個(gè)共識，要做到300瓦時(shí)/公斤并不是最難的，難點(diǎn)就是如何來(lái)解決高比能動(dòng)力電池的安全問(wèn)題。其次是性能，一個(gè)是兼顧它的使用壽命和日歷壽命。此外我們強調不僅僅是它的充放電的壽命，必須結合客戶(hù)的需求，怎么從車(chē)實(shí)際的工況，實(shí)際使用的需求來(lái)設計你的電芯和系統的技術(shù)。最后我們通過(guò)一個(gè)建模分析，這一塊我們一直在專(zhuān)注于乘用車(chē)的領(lǐng)域，積累了大量的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，這些經(jīng)驗形成了一個(gè)模型，對我們新車(chē)或者新系統開(kāi)發(fā)可以有一個(gè)借鑒意義?？梢源蟠罂s短開(kāi)發(fā)的周期。關(guān)于技術(shù)開(kāi)發(fā)，我們一個(gè)很重要的策略是聯(lián)合全球的一些頂級的研發(fā)機構來(lái)開(kāi)發(fā)和提升我們專(zhuān)有的安全技術(shù)，跟美國的阿貢實(shí)驗室簽了合作協(xié)議，我們持續致力于一個(gè)目標，提高高鎳三元材料的安全特性。
這是高比能動(dòng)力電池技術(shù)開(kāi)發(fā)的路線(xiàn)圖，我們在2015年基于一個(gè)新能源汽車(chē)創(chuàng )新工程，實(shí)現了180瓦時(shí)/公斤軟裝動(dòng)力電池的量產(chǎn)。2017年底可以實(shí)現230瓦時(shí)/公斤單體技術(shù)的量產(chǎn)，這個(gè)課題主要是基于增強制造業(yè)核心競爭力的重大工程。此外，我們提出了開(kāi)發(fā)600瓦時(shí)/升的軟包動(dòng)力電池的技術(shù)，在特定車(chē)型體積里面如果裝載更多的電量，對它的提升續駛里程有更加實(shí)際的意義。
這是230瓦時(shí)/公斤的電池，這是我們技術(shù)一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。我們首先采用一個(gè)高鎳三元正極材料搭載了高電壓的電解液技術(shù)，還有很關(guān)鍵的一個(gè)材料就是陶瓷的涂層隔膜技術(shù)，循環(huán)壽命常溫2000次、45度高溫1200次，功率密度2000瓦/公斤，具有低溫充電能力，這個(gè)已經(jīng)通過(guò)了GBT測試，我們特別了單體動(dòng)力電池里面最難的一個(gè)指標就是針刺濫用測試。這款電芯我們預計下個(gè)月應該會(huì )投入量產(chǎn)。
接下來(lái)介紹更高能量比能動(dòng)力電池技術(shù)，一方面是聯(lián)合上游優(yōu)勢材料技術(shù)，另外就是改善它的安全特性。我們昨天跟很多行業(yè)的專(zhuān)家交流的時(shí)候，他們都非常關(guān)心一個(gè)問(wèn)題，萬(wàn)向市場(chǎng)當前份額目前不是那么突出的原因。萬(wàn)向收購一二三之后，我們在高比能動(dòng)力電池的研發(fā)方面的投入是持續加大的。但受限于市場(chǎng)大環(huán)境和產(chǎn)業(yè)政策的變化和我們專(zhuān)注于A(yíng)、B級車(chē)開(kāi)發(fā)，暫時(shí)市場(chǎng)業(yè)績(jì)不那么出色。另一個(gè)很重要的一個(gè)原因，當前的動(dòng)力電池技術(shù)搭載的電動(dòng)汽車(chē)是否能夠媲美傳統的燃油車(chē)？答案是NO。我們這些年一直在持續加碼動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)希望取得實(shí)質(zhì)性突破。萬(wàn)向在2017年年初提出了一億美金的研發(fā)計劃。這一億美金是專(zhuān)項開(kāi)發(fā)高比能的動(dòng)力電池技術(shù)的，一億美金的專(zhuān)項資金最大比重并不是購買(mǎi)設備，最大比重是要投入到研發(fā)人才隊伍的建設上。
高安全高比能動(dòng)力電池技術(shù)，我們基于NMC622-石墨體系，單體可以做到250瓦時(shí)/公斤，循環(huán)壽命做到兩千次，我們NMC622的250瓦時(shí)/公斤單體電芯通過(guò)了針刺濫用測試，第三方測試機構反饋處于行業(yè)領(lǐng)先水平。在電池安全方面我們切實(shí)解決了一系列的難題。開(kāi)發(fā)基于NMC811和硅碳體系的276瓦時(shí)/公斤軟包裝動(dòng)力電池，計劃2017年底就要開(kāi)展主機廠(chǎng)模塊級別的測試驗證。我們持續投入在高比能動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)主要是為了滿(mǎn)足國內眾多主機廠(chǎng)提出了更高比能量電池技術(shù)的需求。這是276瓦時(shí)/公斤動(dòng)力電池的一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，單體67.2安時(shí)，已經(jīng)通過(guò)了過(guò)充以及擠壓的測試。實(shí)事求是的講針刺我們還需要進(jìn)一步改善。
關(guān)于高比能動(dòng)力電池安全改善策略，如何三元材料在實(shí)現高比能量密度的時(shí)候怎么確保安全，關(guān)鍵就是要實(shí)現元素的梯度分布，開(kāi)發(fā)內層富鎳，外層富鈷和富錳的結構設計來(lái)實(shí)現材料高穩定性。從電芯的設計角度來(lái)說(shuō)，通過(guò)正極的修飾來(lái)實(shí)現，第一個(gè)就是添加相變材料，當發(fā)生溫升之后，材料吸熱來(lái)抑制熱失控的發(fā)生。第二個(gè)是熱聚合材料，通過(guò)內阻的上升來(lái)切斷內部的電流，從而確保電芯的安全。從電解液添加劑角度，在正常工作電壓范圍內，添加劑是處于一個(gè)穩定狀態(tài)，在發(fā)生過(guò)充的時(shí)候它可以激活，起到一個(gè)電流的分流或導流的作用。最后是一個(gè)陶瓷的涂層隔膜技術(shù)，電芯的安全改善技術(shù)是確保通過(guò)電池濫用測試的關(guān)鍵，當然還包括模塊級別和系統級別，都要有深入的技術(shù)開(kāi)發(fā)。
這些年我們很多主機廠(chǎng)建立了非常深入、開(kāi)放式的合作，我們一方面可以非常清楚的了解到并掌握主機廠(chǎng)對動(dòng)力電池每個(gè)階段開(kāi)發(fā)的需求；此外，我們將這些需求已經(jīng)植入到動(dòng)力電池技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程當中。行業(yè)內很多專(zhuān)家都知道，GBT規定電池循環(huán)壽命是500周，容量保存率是80%，這些標準原來(lái)都是來(lái)自于數碼領(lǐng)域標準，未必適用于汽車(chē)領(lǐng)域。萬(wàn)向傳統是做汽車(chē)零部件的，我們搞動(dòng)力電池一開(kāi)始就植入了TS16949質(zhì)量體系，以汽車(chē)行業(yè)的標準和質(zhì)量管控體系來(lái)要求我們的電池以及技術(shù)開(kāi)發(fā)?？傮w上，我們對汽車(chē)用動(dòng)力電池使用及性能要求是非常清楚的。
關(guān)于安全改善，特別在針刺濫用測試實(shí)驗，通過(guò)正極的修飾，改善230Wh/kg體系安全性能。修飾組針刺前后沒(méi)什么什么變化，順利通過(guò)測試。對于高比能動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，單體通過(guò)過(guò)充測試并不難，難的是模組如何通過(guò)過(guò)充？我們的安全策略也有顯著(zhù)效果。
最后小結，因為時(shí)間關(guān)系，不介紹了。特別感謝行業(yè)專(zhuān)家一直以來(lái)對萬(wàn)向一二三動(dòng)力電池發(fā)展的關(guān)心和支持，也歡迎大家到我們杭州和美國的基地去指導交流。謝謝大家！
?。ǜ鶕l(fā)言整理，已經(jīng)本人審閱）
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