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专题讨论一:如何确保电池安全doc_百度文库
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专题讨论一:如何确保电池安全doc
&&第四届华南锂电高层论坛文字稿
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MuChong.com, All Rights Reserved. 小木虫 版权所有973“绿色二次电池”项目首席科学家、北京理工大学教授吴锋致开幕词的文字实录
以下为主席张正铭博士致开幕词的文字实录:
尊敬的各位领导,各位来宾,女士们,先生们,大家好!
我在这里谨代表此次会议的主办方,热烈欢迎和感谢各位从百忙之中从世界各地聚集到美丽的鹏城。
新能源从来没有像现在这样引人关注,得益于新能源的发展,储能和动力也正在成为2010年经济中最为靓丽的词汇和资本掘金的新选择。今天我们这场论坛的主题就为
"中国锂电,从制造走向创造!--2010对话储能和动力"。在新能源时代即将到来之前,中国的锂电如何洞察未来,把握时代的脉搏制定出属于自己的发展策略,中国的储能电源系统与新能源产业发展及现状,未来十年中国以及全球新能源产业的发展前景到底如何,新的挑战到底有哪些?我想在今天这样一个盛大聚会上,大家可以自由发言交流,我们能够理清这个思路。我们把全世界领域锂电行业的领军企业请到这里,来为大家答疑解惑。这次会议我们来自全世界很多国家的贵宾,有美国、韩国、澳大利亚、中国等国的政要、商会领袖、世界锂电专家、能源专家、投行机构以及科研机构齐聚一堂,碰撞先锋观点,共商解决方案。
我们今天这样一个盛会是由华南锂电产业联盟主办,我代表组委会感谢整个工业界的支持,特别要感谢的是深圳邦凯新能源股份有限公司承办,深圳市山脊信息咨询有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司、深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司、深圳市吉阳自动化科技有限公司、深圳市天骄科技开发有限公司、深圳市星源材质科技股份有限公司协办。我们对他们对此次会议的贡献表示最真诚的感谢!
还有来自美国、韩国方面的政府负责人,新能源专家,投资家,和新闻界的朋友,在这里我一并代表主办方感谢大家,谢谢你们的出席。
女士们、先生们,激动人心的一刻到来了,下面我想有请大会的主办方领导和嘉宾为我们的开幕式剪彩!下面有请我们的领导和嘉宾上台,他们是:
中国电子科技集团公司第十八研究所教授级高工
吴锋 973“绿色二次电池”项目首席家、北京理工大学教授
Ralph Brodd博士 美国电池工业协会会长
JUNICHI YAMAKI 日本电化学协会会长
安亨根 韩国知识经济部太阳能项目研究部主任、韩国建国大学教授
深圳邦凯新能源股份有限公司总裁
覃九三 深圳新宙邦科技股份有限公司董事长
岳敏 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司总经理岳敏
阳如坤 深圳市吉阳自动化科技有限公司总经理阳如坤
深圳市天骄科技开发有限公司总经理王伟东
陈秀峰 深圳市星源材质科技股份有限公司董事长陈秀峰
深圳市山脊信息咨询有限公司谭贻国
刘禹宏 两岸三地经济合作促进会会长刘禹宏
深圳市股份有限公司总工程师刘卫平
骆兆军 深圳市比克电池有限公司研发中心主任骆兆军
高俊奎 力神研究院副院长力神电池副总裁高俊奎
ATL宁德新能源科技有限公司董事总经理
以下为董事长覃九三致开幕词的文字实录:
尊敬的各位专家、女士们、先生们:大家上午好!
首先我代表本次论坛的主办方--华南锂电产业联盟,对各位远道的专家、各位行业同仁,表示热烈的欢迎!
非常荣幸,今天会议,有自美国、日本、韩国的顶尖专家地远道而来;也有以BYD,LISHEN,ATL,BAK,B&K为代表的杰出本土锂电公司的齐齐聚首;还有关心和支持锂电事业发展的政府代表,投资机构,媒体朋友的热情捧场;更有近2000名专业观众注册参与.在此,我亦代表本次论坛的主办方--华南锂电产业联盟,对各位的积极参与表示诚挚的感谢!
2010年,一场以新能源革命及低碳经济为主题的绿色浪潮已经席卷全球,世界各国已着手为后金融危机时代谋篇布局,面对气候变化日益严峻,走低碳之路已是未来发展必然趋势,也是实现"绿色复苏"和可持续发展的战略选择。在作为中国锂电池最早的发源和产业聚集地的深圳,华南锂电产业联盟在这个大背景下应运而生!秉承"联合、自律、维权、协调、服务"的方针和"责任、创新、合作、共赢"的理念,华南锂电产业联盟通过建立行业组织和行业交流平台为手段,通过加强行业间的联合与协作,规范行业的竞争行为,以促进行业的进步和发展为使命。从联盟的策划到今天近一年的时间,已经形成了一个以6个发起理事单位为核心,近50家锂电企业参加,对锂电产业产生重要影响的行业组织。借此机会,我谨代表华南锂电产业联盟,真诚欢迎锂电行业同仁企业,积极加入联盟,携手共同发展!
本届论坛,将在继续围绕"中国锂电,从制造走向创造"为主题的同时,从动力、储能等绿色新能源市场的角度,探讨锂电池技术的发展趋势和应用趋势;以及探讨锂电池的材料、设备的技术发展趋势,并且交流锂电池产业链的新技术和新应用的成果。本届论坛得到了国内外的技术专家的大力支持和参与,将作出精彩的演讲和对话碰撞,并且首次齐聚国内锂电行业的领军企业,同台对话中国锂电行业的发展大计。我们期待着专家们的精彩演讲,并且相信本次论坛将会把华南锂电论坛推向一个更高的高度,为中国乃至全世界锂电行业的发展和进步起到更重要的促进作用。
我真诚地希望本届论坛为各位专家和行业人士提供一个开放的、严谨的、高水平的高端技术对话平台,我真诚地希望大家都有收获,我真诚地希望本届论坛能对行业的技术进步和视野开拓有一定的帮助和推动。
最后,我要代表联盟:特别感谢本届论坛的张正铭主席为第五届华南锂电论坛所做出的杰出工作!特别感谢深圳邦凯新能源股份有限公司为联盟的发起和成立,以及本次论坛的无私奉献!祝本届华南锂电技术论坛取得圆满成功!
谢谢大家!
以下为研发副总裁曹建华博士演讲的文字实录:
很高兴又和大家见面,实际上这个题目去年我就已经讲了,为什么今年接着讲这个题目呢,实际上我认为还是一个我们整个行业对这个锂离子在整个储能领域的应用还没有引起很足够的一个重视,也没有把他当做一个很重要的一个研究领域在研究,而实际上我们在这方面是可以做很多很多工作的,而从我们这个锂电池过去的一个发展来看,在90年代初由于世贸体系的应用我们把高能量密度这样的锂离子电池引入到便携式的电子产品和电器这样一些领域,比如说手机、笔记本电脑这样一些领域,在21世纪初实际上由于材料和锰酸铝材料的出现,我们电池在电动工具和电动自行车这样一些领域又得到应用。这个领域的应用他的特点实际上主要是一个高功率和一个低成本,这样的一些要求,在2004年实际上是从2004年开始,磷酸铁锂这样一种材料被商业化了,为什么我这里列出来的是2007年呢,是主要的电动汽车和储能工作当中的一些应用实际上在2007年左右正式开始在这些方面的一些商业化应用。
在这些领域的一些应用,从我们锂电池这个发展应用这个历程来看,现在我们更多的热点是放到电动汽车这样一个领域,我们几乎所有的大公司都在朝着这个方向在做工作。当然了最近也有一些新的变化,比如说可能在这个领域做了很多的工作。实际上我们现在在这一块就是在储能这个领域关注的,实际上还是相对比较少,为什么呢?因为我们的政府也是很强调在电动汽车这样一个领域一个工作,包括一些补贴的政策,而在这个领域虽然也做了一些示范性工程的东西,还是不能够引起足够的重视。和石油长期讲有很大的关系,因为在我们这个储能这个领域很少有用到石油的,是作为一个能量储能转换而已。我们可以太阳能路灯,便携的能量盒和箱,我们应用了很多很多,主要还是还是电池比较多,但是最近开始有比较大的变化在这个小型的这些储能装置上,就是越来越多的用到了锂离子电池来替代电芯电池。实际上在这个电池里面,用了是10000的电池,他的能量达到10000,电量达到6000伏。在储能装置里面,他很希望用更新的电池,或者是寿命力更长的电池来代替过去的电池,但是安全性没有那么高。以及我们的地铁、包括现在的电动汽车,这些领域是不能停电,一停电我们整个的体系运转就会出现巨大的事故。还有我们这些太阳能电站和风能电站作为储能的装置,实际上也大大地应用到一些千山电池的储能电站,或者抽水储能电站,这样一些电站比如抽水储能电站,他的发电的效率很低,对能量储能的能量损失很大,如果你用一个锂电池的储能的话,实际上他的能量的应用效率会大大地提高,从而带来成本上的降低。
另外,风能也同样作为储能在应用,整个市场上加起来实际上具有巨大的潜力,因为整个世界都在越来越多地使用到太阳能电站、风能电站、核电站这样一些发电设备,而不是火电站。而作为储能设备呢,我下面会介绍一下大概这样一些技术要求。比如说高电压,从12伏到72伏甚至更高的几百伏到几千伏这样的电压,这里面需要用到一些电流技术等。另外,就是高的能量,更高的能量从哪里来呢,实际上还是要用一定的技术来实现。实际上在这里面我在后面我会讲讲我们研究的一些成果,还有一些就是电能,这样一些挑战,总结所有这些技术要求,我们发现最好的选择实际上应该在目前来讲,真的我们锂离子电池就是磷酸铁锂这样一种类型的电池。为什么?我现在做了一个比较,这里面大家可以看到,磷酸铁锂虽然电压不是最高的,但是他把千山电池要好,体积能量度呢比千山电池目前在储能装置用得最多的千山电池要高一倍多,另外在密度上也是高了很多。最重要的实际上还是在Safe这里,从目前来看我们做到3000次循环寿命的磷酸铁锂电池是没有任何问题,而锰酸铝和千山电池最多能实现1400次的这样循环寿命。在强调储能寿命应用的这个当中,寿命就是我认为成了一个决定性的关键作用,至于这个成本,实际上我们是可以通过Cycle并且逐步实现并且降低的,在我们这几个元素里面是可以极大提升,并且我们所做的工作还是在工艺过程控制方面进行一系列成本降低的工作。
总结这些,就是我们的磷酸铁锂这样一个电池实际上具有一个很长的循环寿命和储能寿命,另外安全性也是非常的好。还有低的一个使用和维护成本,在这当中也起了很大的作用。这里我简单过一下我们做的一些电池,为什么风力发电做的一些12伏53安的电池,比如36伏10安50的电池,是为舰船上的导弹发射作为电源应用的。还有是一些可移动这样一些仪器在用的储能的电源,另外就是一些户外活动上面便携式的这样一些电源。
好,我们不耽误时间了。实际上这里我有一个关于锂电池储存寿命的案例。实际上在我们研究小组做的这个工作里面,我们通过一年的储存,实际上我们现在达到如果用电来储存,我们的磷酸铁锂电池可以实现还有70%以上的容量,可充电恢复容量可以达到90%以上。这样一个储存寿命实际上是完全可以满足我们在任何条件下的一个需求,当然了,我们希望这样的工作还要持续,为什么呢?因为一年远远不够,现在我不知道其他的,这些研究的对储存的寿命,究竟这个电池储存多年以后还能使用,有没有一个结果呢,现在我们是没有看到这方面的。但是我们在这方面做的工作,也仅仅做到了一年。而我们希望这个储存寿命可以达到一个十年这样一个要求,就是十年以后这个电池还能用,还能重新充电,这里面有一个重要的要求,我们在企业内部控制上不可能花太多的时间去做这个实验,那就是什么呢?就是加速老化的一个实验,加速寿命时间是非常重要,有一些研究者在做这方面的工作,但是没有看到特别适合或者说很让人幸福的一些数据出来,为这个行业进行一个指导。这个循环寿命是目前我们做的磷酸铁锂电池他的一个循环寿命,我们最长做到了2800次的一个循环,在百分之百的DOD充放电,这样一个充放电实际上是可以达到83%以上的这样一个容量保持。
另外,就是在Cycle方面,刚刚张博士也讲了,就是DOD,百分之百的DOD可能在这个电动汽车动力电池上实现了,会把这个寿命和安全性降低,我们这里做的是一个关于在100%DOD和过充这样一个循环状态下的一个对比,这样一个对比发现,这上面的蓝色和红色的部分是2伏和6伏充放电循环的一个结果,这样在300次循环以后还有大概90%以上这样的一个容量的保持。而在这这2伏到4.2伏之间他的循环寿命,在里面有一个锂析出的一个问题。
实际上未来我们还是希望在一些更高的能量上做更多的工作,这也是这个市场对我们提出的一些要求。咱们目前从260瓦时到300瓦时这是我们的能量,要求更高,另外有些局部的一些应用,可能对功率的要求也希望更高,另外储存寿命都希望获得一个更高的提升。
实际上这些东西,实际上还是要靠我们的材料体系和设计体系,以及控制这些一些方法和手段来完成。比如现在我们在正极材料的改进方面,用到磷酸以及铁锰铝、磷酸体系这些材料获得更高的能量。负极也是通过改进搀杂和混合来实现负极性能的一个提升。另外在功能电解液方面也需要我们相应的材料厂商和我们的电池研究者做很多的这样一些工作,来实现我们耐高温、更安全或者在低温条件下的能量释放更多这样一些工作。
OK,我的演讲到此为止。然后感谢我们邦凯研发中心关于能量储存这个研究小组的工程师们的工作。谢谢!
以下为李克演讲的文字实录:
尊敬的各位专家、各位同行大家好!今天需要跟各位共同探讨的是:提升多孔电极低温倍率性能的新型粘结剂。
对于锂离子电池来讲目前最为应用的重要领域,但对于电动汽车电池来讲难免遇到技术方面的挑战,根据行业的报告包括温度的氛围,包括功率密度有循环次数,首先看这个图,首先蓝色的部分是我们希望在这个指标上能够达到的一个目标,在看红色的框,是我们目前的现状,通过红色和蓝色部分作对比我们不难发现仍然有瓶颈,比如产品的价格是最大的瓶颈,从技术的角度来讲,电池的温度工作范围是我们目前着力解决的重点,尤其是低温问题,为什么这么讲?因为在低温的情况下,电池在充电的过程中,导致内部短路的发生,最终导致电池的爆炸和起火,导致一个非常严重的安全问题。在温度降低的时候,为什么会导致这样一个严重的问题呢,因为随着温度的降低,负极的极化会显著地上升,一旦到达0伏,就容易产生离子氢。对于会影响负极极化的一些因素,主要包括一些液态的扩散,离子的一个传导性。第二部分主要的影响是离子的创导性。第三部分是固态扩散,主要的影响因素是活性颗粒的尺寸以及他的扩散系统,主要的因素是电子的电导率。
在我们比亚迪公司的话,未来提升电池的性能我们做了一系列的研究,包括低温电池的开发,比如说一些导电率的研究,今天我们重点来探讨不同的负极研究低温性能的一个影响。
首先我们选用了两种粘结剂,第一种粘结剂定义为是A,,第二种定义为粘结剂B,B是我们新开发的粘结剂,我们分别以粘结剂A和B为负极粘结剂支持电池A和B,然后对他做一个低温的循环测试,低温测试的一个条件是0.5的充放电。我们首先来看下面这条红线,(PPT)这是电池A,电池A随着循环的进行他的容量出现一个非常迅速的衰减,下面这条蓝色,他的容量的保持率也呈现一个非常下降的曲线,从B来讲,他的低温循环的支持,他的容量保持率非常的好,同时我们把他做完低温循环10次之后,我们把他回到常温,对于A来讲他对常温有一个恢复,但是恢复非常有限,但是对于B来讲,他的容量基本他的设计容量。因此从这里看出不同的电池粘结剂对低温性的影响产生一个非常大的影响。
我们再来按电池A和B充放电的趋向,他的一个充电平台要高于B,他的充电时候的极化会比较大。再看放电部分,对于A来讲有两个平台,对于B来讲有一个平台,因为离子氢他放电的平台比较高。对于第二个电池A的第二个平台来讲,主要是放电,它的极化会比较大,明显低于电池B放电的一个平台。
我们再看不同循环次数下的一个放电曲线,首先看A第二次循环充41分钟,第二次是充23分钟,他的主要的改变是第一个平台的改变,第二次循环的时候,第一个平台放电平台比较长,因此可以说这种容量的衰减主要是离子氢的活性逐渐丧失造成的。我们再来看一下电池B,他的循环都是基本一致,说明电池B是比较好的。
我们做了一个研究,我们重点看一下负极,红线是电池A,蓝线是电池B,电池B的极化基本上还没有在0伏以下,电池A他的极化已经明显低于0伏,负极的极化是产生离子氢的一个重要因素。
我们看一下放电的主要曲线,就是后面的一个部分。通过上面的一个讨论,我们知道对于电池来讲,他的极化分为三个部分,到底是哪种极化占主导作用,我们下面采用两种方法对他的极化进行分离,这是第一个原理图。我们首先给电池施加一个电流的持续时间是T,那么这个电流施加的时候负极的电压会产生一个响应,他的响应的过程是这样子的,首先电池的话,迅速地极化,最终电流断开,这里有一个电压的改变。我们如何分离这三种极化呢,我们分为两个步骤,除了刚才所说的OM极化得到的电化学极化,把这个电流维持数10秒的时候。在除掉最终的电压的改变的一个值,就是这一部分得到的是一个极化。电池A和电池B极化的一个分布。我们这次条件是SOC是75%,OM计划他的A、B区别不是很大。
我们测试的第二种方法是用EIS这个方法,我们用两个图,这是电池A,这是电池B,从图上看他的极化差别不是特别大的,后面的扩散过程也存在一个很大的区别,我们根据公司做了一个推算,得出了一个负极A是1.945,负极B是0.628,也就是说电池A他的电化学极化的极化明显大于电池B。
通过刚才的我们一个讨论,我们知道两个电池的极化存在很大的一个差异。我们这次按照国标的方法做了测试,我们在循环的过程当中,A发生了一个转变,但是B没有发生一个转变,同时影响到电化学研究的面积。这是推测,还有进一步的研究。
第五部分结论:在充电期间,采用粘结剂A的负极他的电位很迅速到达,从而导致离子氢的产生,离子氢丧失他的放电活性,从而导致放电能力的衰减。采用粘结剂A的负极他的极化要明显大于粘结剂B的过程,我们推测因为他的粘结剂的一个不同可能明显地提升了他的低温性能,因为我们采用新型的粘结剂会对电池的低温性能产生重要的帮助。
谢谢大家!
【主持人】现在我们还有点时间进行提问。有没有评论。我有一个问题,我想问一下为什么这个粘结剂能够提高这个低温的性能?您有什么评论吗?
【嘉宾】对这个粘结剂来讲,我们后来讨论了他的物理的特性,就是他的玻璃化温度不太一样,可能产生一个玻璃化的一个转变,可能影响到电池的性能。当然我们也有用电能的测试方法,测试他化学反应的一个面积,我们还在进一步的研究当中。谢谢!
【提问】高温性能怎么样?
【嘉宾】这种粘结剂的高温性能也是不错的,我们的报告主要是部门的研究部门,主要是低温,我们会考虑各个方面的一些东西。
【主持人】有关于这个多孔在这个孔里面的电解液,其中的电解液还有电极之间在低温情况下这是他的反映是非常重要的,我的猜测是在这种情况下,那么很有可能这个粘结剂你要看TG,他们改变了这个界面的反应,在这个多孔里面,因此尤其是他在低温的情况下,实际上是很有用的。我想说的是你们做的低温测试是非常重要的低温研究,这是非常非常好的一个研究,这是我的一个评论。不是什么问题。大家还有什么问题吗?
再次谢谢李克的演讲。
以下为副总裁高俊奎演讲的文字实录:
各位专家大家上午好,我今天讲的题目是电动工具的18650型锂离子的研究进展。力神公司电池做得很多,从小的几十毫安时到大的都有,我今天选这个题目,有这么几个原因。电动工具在力神的发展也四五个年头了,从最初的锰酸铝到现在的包括材料负极也有好多变化,在这个产品上体系非常的丰富。第二个是说电动工具经过这么几年的发展,力神的电动工具电池经过几年的发展,在高端市场已经达到了一个非常好的声誉。另外电动工具使用的环境也是比较苛刻,比如说他一些热的特性,大量的放电,他对环境要求,他对机械这种力学条件的要求,可靠性的要求非常的高。我们也是这样,想通过电动工具一个强壮的设计,为未来为我们在储能上面,在电动汽车上面体系的建设,打一个非常坚实的基础,所以我就选了这个题目。
我今天这个报告分五个部分,第一个就是公司一个非常简单的介绍。第二个关于电动工具一个设计,第三个就是我们力神公司18650型这个产品好多产品的一个介绍。第四个就是电动工具未来的一个发展。第五个是总结。
力神公司成立于日,他总资产是36亿,在去年的时候完成了第一大股东的转变,第一大股东以前是天津的京能投资,现在变成了中海油,京能占5%的股份,退出了前三大股东。前三大股东第一是中海油,第二是国投高科,第三是我们蓝天公司,目前职工有6400人,这个是整个力神公司的鸟瞰图,经过近15年的一个建设,先后完成了一期到五期的一个建设,一期、三期和四期都在天津环内这个厂区,五期是去年9月份竣工投产的。通过这五年的建设,我们已经达到了年产电池约5亿只,其中包括2万辆的汽车,同时我们在园区里面还有一个专门做一个超级电容器的一个事业部。目前,在这一块区域里面,我们正在盖一个力神大厦这样一个标志性的一个建筑。
第二,我想说一下电动工具的一个设计。整个来说电动工具的设计,最重要的是相对于电池的内阻,电池的内阻分为两个方面,第一降低电池的OM阻耗,第二降低电池的电化学的阻耗。还有一些导电器的种类,导电器的量一个采用,还有隔膜,但是这个地方说得非常简单了,隔膜很重要。另外一个是电液对他的影响。主要是咱们的核心物质,包括正极材料、负极材料他的颗粒,他的形貌,这主要是不仅要有电子导通还有离子的扩散,要有一个均衡的发展,还有一个是核心物质,这个锂电池在这个材料里面的扩建,最后都能够影响到电池最终的性能。最终的结果还是要通过不同的设计来满足客户的一个要求,因为电动工具这个范围很大,最小的是螺丝刀上螺丝的这样一个电动工具,这种对电池尤其是18650型不同的一个工具的要求,会体现在电池的设计不一样。
刚刚说了怎么降低直流阻耗,电池的OM阻耗,OM阻耗刚才说了设计、位置,包括铜箔、铝箔的设计,通过简单的模型来优化我们的铜箔、铝箔包括材质的设计。我们知道一个电源他里面的内阻非常重要,电池在工作的时候,电源的出入电压在内阻上面电池等于电位减去一个外界的工作的电压,这个地方可以看到这样一个控制,这是一个正电极,这是一个负电极,我们这里选了一个正极,不同的设计可以用这样的方式去计算。因为每一个单位面积上不同的地方他的电流密度是不一样的,离他近的他的密度就大一点,远一点就小一点,所以作为电源电池的内阻来说,电流不一样,但是他的内阻是可以算出来的,内阻怎么算呢呢?在电池的时候,这个负极有锂离子,通过这个电液到这个正极上,然后电池通过这样的途径,从单位面积区域,他会沿这个走,通过外面的负载通过这样的途径过来,形成一个闭环,这个内阻我可以形象地表示为正极的内阻从这一段这样一个铝箔的一个内阻,电液的内阻,负极铜箔到这一段的内阻,还有他的接入电阻,这个内阻和什么有关呢?就和不同的极耳位置,我们的电池切成好多的小片,他不同的极耳位置在电池的时候,电流不一样,内阻不一样,这样一个方向我们可以把这个微单元所产生的热量,也就是电池在最后放电的时候,电池自身产生的热量,通过对电极的长度从70到79的细分得到这样一个一长串的值。我们通过采用不同铜箔的厚度,铝箔的厚度,包括他的极耳位置都能算出来这个值多少,这个值越大,证明我们电池在工作的时候,在内阻产生的热量越多,这个越不适合于整个大电流的放电,举个例子,可以画出好多图,就是这个极耳位置对电功率热效应的一个影响,这个X组是铜箔的厚度,W组是电池在工作的时候产生的热量。上面的蓝线就是一对一的传统设计的一个铜箔正极有一个在旁边,负极有一个在旁边,我要画这个图把这个固定了,在这种情况下,随着铜箔厚度增加,这个电功率一直在减少,铜箔加厚了,可以直接影响到他的电功率降低。但是如果我选了正极在中间,负极在两边这样的结构的话,几乎是我用的很薄的一个铜箔,仍然达到一个更好的电功率的特性。这是我举的一个简单的例子,这是在实际的设计里面,我们要根据客户的要求,同时还要根据我们工艺的要求,因为极耳越多越好了。
这是铜箔的厚度对他的影响,蓝色的是正极在中间的一个极耳,负极在两边,这两个都是一样的,都是同样的极耳的位置的设计,从蓝线到绿线铝箔整体的线在降低,这个我们可以简单地优化,优化完了以后可以找出这个点来。
对于负极的应用我们主要考虑负极的同向性,我们现在用的都是石墨负极,锂离子的插入他只能在层这个方向插入,如果充放电好的话,对锂电池快速充电不利。这是我们做的锂离子的负极,进行一个SRD的一个测试,取他的一个002/110这个分,这个值越低,表明石墨材料的取向性较低,更利于锂离子的快速插入和脱出。随着他的加大他的取向性更高,表明风更高。但是相比这两个材料来比,B材料更有利于锂离子的进入,在电动工具上更有他的优势。
这个正极比较多了,这些体系在力神公司都有使用,在锰酸铝不同比例的材料,还有磷酸铁锂,相对来说安全性方面来说磷酸铁锂是最好的,循环寿命目前来说也是磷酸铁锂,价格来说锰酸铝现在相对来讲比较便宜,但是我觉得刚才演讲的嘉宾也说了,我觉得从本质上来说,这个大自然现有的元素来说有些材料应该还会发生很大的变化。这是电池的一个曲线图,从这个图上看磷酸铁锂这个平台明显低于其他的平台,所以我们在电池设计的时候,磷酸铁锂是单独使用的,不可以混合,其他材料都可以任意混合,达到我们所需要的效果。
第三,我想讲一下我们18650型用于电动工具,他的内阻从25、14、11降到10.5,他的连续工作最大倍率从20安培现在提高了40安培,他的最大循环寿命从10安培到现在25安培,就是可以接近25安培的循环。容量基本上没有大的一个变化从1.2ah到1.4ah。BZ相对来说他的容量更高,用于轻型电动工具的一个电池,他有大的容量。M电池是我们用磷酸铁锂做的,是1.0ah,18650TP我们是钛酸铝做的一个电池,现在这个电池最大的特点就是能够快速地充放电,现在有一些特殊的场合也对这些电池表示出了兴趣。
这是这个产品的一个交流内阻和直流内阻的一个对比,刚才我也说了这一块。
这是一个用15毫安放电的一个曲线,AP和BE基本上用的同样一个体系,BI和BZ基本上用的另外一个体系,AM用的是磷酸铁锂。
这是10安的放电曲线,右边这个轴是温升的增加,最后达到了40度。这是一个20安培的一个放电曲线,这是一个30安培的放电曲线,在这个时候只能够剩下BI、BE、AM了,其他的电池不能达到这个要求。像BI是30安培的放电,能量是86.5%,温升是3.6度,这是几个电池的循环寿命。AP是能够达到600次82%,这个是BE用15安培,4安培充15安培的话,能够达到400次82%,B54安培充20安培放,能够达到400次84%。BZ就是用10安培来放,能够300次达到90%。这个IM磷酸铁锂的电池能够达到1000次80%,这个都是用10安培放,1安充。我们最新这个产品是BX,它的容量保持了1.5安培,他是一个三元混合的一个体系,他能够连续放电最大是40安培的放电,40安培能够达到EC的104%,这个主要是由于温度的升高,温度升高以后电池的特性内阻会降低,他的容量会提高,这是一个循环寿命的曲线。
这个是可以在25安培的放电,这个是30安培的放电的循环曲线,都表现得还是比较不错的。这是钛酸铝电池AP,这个容量目前是1安培,他最大的放量电流是30安培,他的循环也非常好,30安培放电的时候能达到90%的一个容量,循环寿命现在来看的话,达到1000次、2000次都是没有问题的。
这是力神公司的一个新产品的一个开发流程,基本上要经过好几个步骤,客户需求的一个调查或者是研究客户需求,然后我们会对这个进行分析,然后项目的建立。我们还会因为一个小样的检定。第三步是设计阶段,就包括了产品的产品图,温差分析,产品的确认,还有包括第三方的确认。在第三阶段基本上设计会进行固化。第四个阶段就是准备,这里面就会产生一些在生产之前要把控制图做出来,还有WI这都是具体操作的,然后进行中试,进行最后生产过程的一个固化,最后进行一个大批量的生产。
在这里面我们还有三次的安全评审,要经过安全委员会的一个评审。
第四,我想讲一下未来18650型电动工具的一个发展。发展的方向还是非常清晰和简单的,就是要更加低的内阻,内阻还要低,同时还要比较大的一个发电电流就是内阻要给他低下来。尤其是循环,就是连续循环所用的电流要大,同时还要保持一个高的容量。(PPT)这是用在电动工具18650型的一个工具,从这个方面来看要增加功率,我们现在正在做的1.5安培的25安的一个循环,1.5安培的30的循环,同时还要增加容量,1.7上面要达到20安培和25安培这样产品的开发。另外对于一些轻型一点的工具高容量要进行开发。在一些材料方面,和其他的产品一样,正极的话还会采用一些更加高容量的材料,在负极方面,我觉得活性碳都有一些好的应用,尤其是混合、掺杂这些技术都会混合使用。
第五,做一下总结,不同的电池与体系在力神都得到广泛的使用,其中正极包括磷酸铁锂、锰酸铝,负极主要是石墨和STO。力神产品的家族他可以满足不同客户对功率的需求。我们研发的方向还是要保持高的能量密度的情况下,要增大电池能够连续工作大量地放电的能力。谢谢大家!
【主持人】我们有什么问题吗?还有谁想做一下评论。没有吗?那说明我们这个报告得非常好,所有人都明白了,非常好,感谢您的精彩报告。非常感谢您的报告,谢谢!
【提问】我有一个问题,高总您好,刚才您给我们介绍一下18650型电池,我想我们印象都很深刻,但是就像您刚才说的,电池的内阻是很重要的,在这个电动工具电池上,您也很形象地给我们介绍了电池内阻的他的计算,可以这样讲,但是我觉得有一个问题,就是我们也是在做计算也好,研究也好,发现您刚才根本就没有体积个膜片对他的贡献,我们知道膜片都是比较低的,不知道您是怎么关心这个问题的,因为他的导热来讲应该是不太好的,这是一个很关键的问题。这是一个。
另外,我想您看到有好几种正极材料都作为你的研发的对象,但是不同的材料的话,就是他会涉及到跟急流体的接触,接触的这个电阻的贡献您是怎么认为的。
【】第一个问题是膜片对电池电阻的贡献,这个很重要,我刚才说了优化要分好多部分,比如我对电极的优化,这里面单单说的是对极耳的优化,因为极耳的优化比较难做,你找供应商是非常难的。膜片这个是很重要的一部分,怎么做呢?可以去模拟,这上面没有涉及到,也可以通过试验来做。咱们在做好多工作的时候,是试验和理论都是互相促进的,有的是我先有这个试验结果了,我去解释他,有的是我实际非常难做,我直接做出来。我觉得这个膜片,刚才我说了你可以通过做配方的试验,导电器这些含量,包括粘密度这些都要做工作。
【提问】您认为他的贡献是怎样的一个位置或者是比例?
【高俊奎】贡献很大,非常大。
以下为张耀博士演讲的文字实录:
有幸给大家做一个交流。我想介绍一下ATL在过去一两年之内在电动汽车方面做的工作。具体来讲,首先我们这个电动汽车方面的挑战在哪里,现在我们对磷酸铁锂的电池我们做哪些工作,可以做出什么样的特色,然后就我们现在的产品或者是说我们的电池的性能做一个介绍,现有的电池。刚才曹博士谈到我们的ATL是一个很重要的一个方面,我在这方面做了一些经验,希望和大家交流一下,希望能够抛砖引玉,把这个问题做得更透彻更深入。最后我们想介绍一下我们公司最近的一些动态。
对于电动汽车来讲,我们受益于一个计划,一个项目的实施,在这个方面的研究十分火热,我们对电动汽车燃烧电池系统的要求来讲,分为五个方面,其中就是包括能量、功率密度这两个方面,但是目前来讲,根据我们厂家的一个交流情况,120—160之间应该是比较合适的一个水平。另外,对于不同的电动汽车的话,功率和能量密度比是不一样的,对于纯电动来讲是12左右。另外寿命,原来是15年,现在很多提出要求是15年,循环最重要的包括存储。我们觉得对于单个电池来讲,满足这些条件都还比较容易。另外在车的使用条件相当复杂,在温度的条件下,他的里程怎么保证,他的快充怎么解决在低温下面。另外我们不仅保证在新生状态的性能,还能保持在寿命快结束时候的性能,这是我们面临的一个主要挑战。各位专家都非常熟悉,我们讲我们一个要点,我们没有哪一种理念体系能够很好地全面地满足现在汽车对电动汽车的要求,我们讲磷酸铁锂是一种不错的体系,在他的循环寿命方面,因为磷酸铁锂在充电状态下性能是非常高。另外一个方面与电极液的反应比较小,能够保证他的性能。最后磷酸铁锂的技术和材料研究的进步,我们的工作也做得比较好。
刚才张博士讲到我们对动力电池安全的重要性,我们怎么样去保证他的安全性,通过这个测试就不一定保证安全性,因为我们实际在应用过程当中,所谓的短路,怎么样保证这个安全性,是不是用磷酸铁锂就满足他的要求了,实际上我们觉得不是这样子。实际上因为刚才张博士看到的录像,就是他的负极充满了的话,高温也是反应也是非常剧烈的,第二电极液本身燃点也不高,我们一个大电池他短路点的温度有可能达到1000度有可能更高,这样的情况下我们保证他的安全性,仅仅用磷酸铁锂是不够的,我们仅仅从设计上面解决这个问题,怎么样解决我们的思路,原则有两条,第一条怎么样保持在热量发生的时候他不会有爆炸、燃烧、起火的事故发生。另外就是说怎么样减少短路的可能性。前一个方面怎么样保证他不发生危险呢?我们通过模拟的方式,作为一个很重要的设计手段是不可获缺的,当然每一个方面都有它的优缺点,我们觉得更重要的是结合模拟的方法,有时候模拟的方法也是一个很重要的手段。另外,就是要靠制造和设计,就是刚才张博士提到最危险的方式,当然是这个铝箔充电的阳极。实际上还有一个就是容量,我们知道刚才张博士提到一个很重要的特点,就是说电池做大还是做小比较好,我们认为做得比较合适,这是我们的一个标准。最重要的就是磷酸铁锂可以比其他体系做得更大容量一点,这样他的串并联结构更简洁,可靠性得到更大的提高,这是一个比较好的方面,也是磷酸铁锂的一个优势。尽管磷酸铁锂比较安全,但是我们还是要在电池方面做做功夫用一个比较合适的容量来保证他的安全性。当然我们这个安全性不仅仅是要从电池上面,保证在串的时候要保证他的安全性。
刚才力神的高总提到减少内阻的重要性,我想这个好处有好多,第一个方面我们的能量提高了,纯电动的话能量可能不需要那么高,但是实际上能量跟你的效率有关的,对热管理的负载量就减少,这样能够保证他的寿命跟可靠性。具体来讲,刚才高总也提到可以通过增加极耳数量,也可以通过极化电阻和OM电阻。我们也有发展这样的技术,首先从电池结构来讲,保证他电流分布比较均匀,不会有过热区。我们的电池结构可以实现生产效率这个生产,另外一个方面就是说在电池材料的改进,还有石墨的改性之外,减少电阻方面,还可以改进磷酸铁锂的技术。这是我们内阻的一个变化,第一代内阻大概在6毫左右,我们通过这两个措施,现在能够减少到1个数量级。我们两个措施最重要的特点是讲得到更低的内阻更高的功率,我们这个电池不需要损失太多的密度代价。
我们这里对BEV和HEV做一个比较,HEV电池的能量来源于制动,保证他的功率。对于BEV和HEV来讲,我们虽然用同样的一个化学体系,实际上他的配方我们做了态度,我们可以看得到BEV容量密度是107,HEV是94,实际上他的BEV来讲,我们内阻比较小的缘故,他的功率密度比较高,在1100左右,而HEV在1800,可以看出来这个是比较高的。对HEV来讲,当然他的密度比较低,他的定位比较高,他的功率也是比较突出的。
目前看看我们纯电动的一个性能。他有一个不好的地方,就是电压平台比较平,但是同时平台比较平带来的好处就是在工作范围内,他的功率变化不大,这样使得他的范围更宽。另外一个,我们刚才提到他的内阻比较小,在放电的情况下,他的容量还是相当不错。
另外,对于磷酸铁锂很重要的就是低温性能,我们不仅在夏天使用,更重要的是在冬天使用,这是我们BEV在高低温的放电性能。在零下30度的时候放电容量超过60%。刚才专家提到,我们对磷酸铁锂的寿命不是问题,我们可以做到3000、80%。考虑这个设计问题,很多时候电极的制造问题要得到解决,要保证他很高的循环寿命。提到磷酸铁锂他的寿命更长一些,他可以达到80%左右。大概是常温的50%,对HEV的内阻更小,他可以做到20C,可以保持96%、97%以上的容量。当然他的能量效率会降低。
另外就是说我们同样有一个低温的问题,我们在低温下面,这个HEV表现要为BEV更好,在零下30度的时候,他的容量会超过70%。另外,他在3C25度的话,也是超过接近85%。使得他具有快速性能,看得到我们要完全实现在3秒之内充满80%。另外,HEV的功率特性,他在常温情况下,放电的功率大概在1900左右,我们做出来的HEV很重要的特点充电比放电功率大,这是HEV的经济性考虑的。另外他的低温性相当不错,在0度的时候是常温10%,在零下20度的时候是20%左右。那么,我们LTO我们知道他在常温下相当少,我们可以看到在高温的情况下,在接近2500个口的时候,他是保持在95%以上。
刚才我们专家提到很重要的问题,就是说电动汽车要保持10年的寿命,怎么样保证,我们不能等数据出来以后再去改善,我们需要发展一个加速试验方法,刚才专家也提到加速试验方法还存在一个很大的很有说服力的方法,我们在这些方面做了一个工作,在这里做了一个加速试验的一个方法,第一代存储的数据在常温25度,在45、50度存储的数据,从存储的数据可以看到,他衰竭的曲线并不像我们经常看到的1/20,也是有不同的化学体系和不同的设计,可能有不同的趋势。加速试验很重要的一个问题,就是我们怎么保证在高温下面和低温下面的衰减是一致的,我们得到了一个启发,我们在高温下面要足够低,使得他这个机子是一样的,我们觉得在55度以上他的机子往往会偏低于常温和40度的结果。根据我们广州2009年温度的累计分布曲线图,我们可以看得到温度基本上是在5度到37、38度左右,根据这样的结果,我们加5度,我们看一下什么样子,他的平均值在7、8年左右,当然显然我们这个方法需要进一步的改进,我们需要更多的存储数据预测我们这个结果,像曹博士说的,我们需要找更好的、更可信的预测方法,但是这个结果往往是我们的车厂很难接受的。怎么样去改善他的存储性能呢,我们把一个高温磷酸铁锂电池拿出来以后,在满放状态下把磷酸铁锂拿出来做电池,我们看到在首次充电的时候,他容量是相当小的,然后在经过反复充放以后他的容量恢复过来,从这个示意图可以看到你的含量在状态下的变化。基于这样一个试验,我们想他的衰减机制主要来源于你在负极的损失,基于这样的想法我们对电池进行了一个改善,是改善之后的一个50度的数据,我们看得到经过这个改善,能够有效地减少损失,这个损失的程度。另外一个方面他的趋势也可以得到有效的改善。我相信这样能够提高他的寿命,当然我们的加速试验仍然在进行,这是70天的结果。
我们刚才知道,我们做了一个加速试验的测试,我们实际上他车跑的情况,他的一个寿命随时间的变化或者循环次数的变化是什么样子的,在2008年开始我们向国外一个公司提供了80套动力电池的系统,是配给一个小电动汽车的,这是他路况车子的一个实际情况,我们可以看得到在跑6万公里以后他的容量是93%的结果,我想这个结果是我们可以接受的,这是我们第一代的结果,我想以后的话会做得更好。
总结,我觉得磷酸铁锂来看,对于纯电动和HEV来讲是一个不错的选择,我们需要进一步扬长避短,尽量发挥他的安全性和他的优势,更重要的是要保证他的寿命,怎么样提高他的存储性能和低温性能,我们开发一个方法是非常困难的,虽然很耗费时间,我们觉得在加速时试验里可能是估算寿命的一个方法。磷酸铁锂在将来完全可以满足电动汽车对他的要求。另外我磷酸铁锂他的短处,在今后应该是可以通过材料的改进和我们的设计的优化,可以进一步的提高。
最后,再耽误大家几分钟,介绍一下我们公司的动态。我们公司在去年专门成立了电动汽车研发工程部,实际上我们的电动汽车研发部门远远早于我们的成立,我们在03年开始就成立了磷酸铁锂的研究,05年开始研究钛酸锂的研究,另外我们专门成立了一个新工厂,在建了,部分开始投产了,赢得了我们新能源汽车和能量存储电池的一个主要生产基地。
这是一个我们自己做的一个技术在我们公司内部已经测试了,希望对未来的绿色和低碳的经济做出贡献。谢谢大家!
【主持人】有问题需要提问吗?还是感谢张博士。中国有一个问题就是高温的存储,这一个对于全世界来说都是一个挑战,每个个体的公司可能都会有自己特定的方法来解决这个高温存储和高温的一系列的问题,所以我想请张博士来说几句,有关于高温的行为或者高温存储、高温的循环这些问题。就是磷酸铁锂高温这方面,刚才你已经说了一部分了。
【张耀博士】有人说这个磷酸铁锂高温存储性可能要不锰还要差,确实来讲这些试验数据来讲,我们的存储确实是要比较小心,要花比较多精力去看这个问题,我们通过一些试验看到磷酸铁锂的高温性能是可以改善的,有的时候不需要太的牺牲低温性能的,因为高温性能和低温性能是一个矛盾的关系,一个取舍的关系。我想在不久的将来,磷酸铁锂的出现往往可以满足电动汽车对他的要求。
【主持人】实际上就是现在全世界的一些汽车行业对动力电池的要求,特别是寿命问题,高温储存要求,对低温的要求不是太高,因为汽车行业对低温问题处理得比较好,可是高温的循环性高温的储存性这两点是汽车行业比较头痛的一个问题,尤其是夏天比如我们讲在拉斯维加斯你把这个汽车停在外面,完了一个以后这个车的温度升到了很很高,这时候这个电池会怎么样,大家想到这个电池的寿命不是一年两年,是十年,你可不能老换电池啊,你这个电池一死比如说磷酸铁锂盐,简单地讲,刚才张耀讲得很好,他们用很短期的时间预测很长期的寿命,这是很好的方法。但是实际上我们现在面临了一个问题,我们没有很多的数据要保证十年这个电池不死不炸,怎么做呢?在座的有没有什么高见呢。其实这是一个非常非常关注的问题,你去问任何一个汽车行业的专家,据我所知,我访问过你们讲出的所有的汽车工业,基本上所有的汽车公司都去讨论这样的问题,大家都有这样一个共同的想法,也就是说我怎么样保证我这个汽车在十年当中不需要换电池,当然前提是不能爆炸起火,你们有没有高见呢。另外,我要讲的是真的很感谢各个企业对我们这个会议的支持,非常非常感谢。今天上午有很多企业在世界上都是很领先的,这一次他们第一次把他们精华的东西拿出来讲,我感到非常非常的高兴。我们有一位骆博士精彩的表演,因为今天时间很不凑巧,我们的会议推迟45分钟,所以我想把骆博士的演讲放到下午讲,大家不要错过骆博士的演讲。谢谢大家!
以下为骆兆军演讲演讲的文字实录:
各位大家下午好,我下面就比克在锂离子电池在研究的进展方面跟大家作个方向,今天我要谈到的内容主要是四个方面(PPT)。
第一个方面,最开始的我要谈一下我们目前开发出来的一种新型的SPL的安全技术,然后谈一下特种添加剂,这方面有两个方面的内容,一方面是博士生在做的有关产期的研究,同时有关一个材料方面的添加剂的研究。再者就是介绍一下相转移法制备,最后介绍一下近一年来比克在动力电池研究方面的新新战。
首先我们谈一下SPL技术,大家都知道我今天给了一个例子,就是用18650电池做这样的一个例子,电池的容量从2.2到2.6现在到2.8Ah乃至3.0,今天我没有提到3.0到4.35这个不属于高电压的体系,我们从2.2做到2.8的时候我们对充电的要求是从4.2V到4.3V再到4.35V有一个很大的提升,这个电压的提升给我们安全性能带来一个很大的挑战,他对正极材料电解液和负极材料和其他的辅材有一个挑战,需要我们有一个更加安全的体系,因此我们诞生了SPL技术。这是8千倍的显微镜下的图片,这是我们开发出来的SPL的涂层,这是3um左右,整体的均应性海事相当不错的,这是6千倍的图片,这是在1千倍的情况下能够看到的。我们对比一下SPL涂层对电池性能的影响,最显著的几点我作一个介绍,首先看到我们这里做了这样的一个150度的热箱的测试,我们重复了很多次,发现这个数据有高度的一致性,当我们添加的SPL的时候,这个电池在150度下在10分钟内这个电芯的表面温度有所上升,上升的温度并不大最高到了160多度,在这么一个高电压的体系中如果我们没有添加SPL,我们分明能够看到环境温度在150度下持续10分钟,电芯的温度最终攀升还是比较高,有3个电池起火爆炸了,有2个电池尽管通过了测试没有发现起火爆炸,但是我们看这个温度仍然是比较高的,已经远远超过了整个环境的温度150度,这个效果是比较明显的。
其次我们对有无SPL的电池进行了循环性的对比,透过这个对比我们看到,对于25度的循环有无SPL这个电池的循环性能是相差不太多的,对于这个45度的循环我们能够看到有了这个SPL的技术,这个电池的循环性能有了一个长足的改进。因为有这样的一个涂层我们首先考虑的是会不会阻挡锂离子的移动数据和穿移的途径,我们发现有SPL的背力性能并没有恶化。
我对SPL技术做一个高度概括的总结,他实际上通过150度的热箱实验我们看到电池的安全性能有一个很大的提升,同时他的高温性能得到了很大的改善,他的倍率性能实际上是不会恶化的。
下面我们谈一下特种添加剂的研究进展,包括两个部分的小内容,首先讲一下抑制产气,这是锂电池永恒的话题,如果在闭口的情况下化成,我们的圆柱电池已经实现了闭口的化成其他的电池做不到这一点,如果我们实现闭口化成有很多的优点的,提高效率减少过程中的电解损失,包括整个电芯中在空气中的静止,同时能够改善电芯的高温存储性能。
这里我们通过一号的装置,这我们一个博士生做的,他设计这样的一套装置测试电池在充放电过程当中内部的一个气压的变化,投入这个图我们分明看到电池的产气的过程在刚刚开始充电之初电池内部的气压上升是比较快的,后来仍然有一个上升,一直到充满电为止。随着放电的过程电压又有一个下降。
此外,我们还研究了电极材料、电解液,包括我们的正负极材料和电解液对整个的产气的影响,实际上是今年6月份我们有一个研究成果在展示,我们透过这个可以看到,我们这里研究了同样的这样一个体系,这个绿色这条线是ECMC的体系没有添加剂的,这两条有添加剂的,可以看到电解液当溶解相同的时候有添加剂电池内部的产气量有很大的下降,同时我们对比另外两组体系,产气两最大的还是DMC,这我们有共识的,我们的电解液的制造商更有发言权。我们对比了不同种的正极材料在相同的负极和电解液产气中的分布,不同的电解液的材料对产气的贡献差别还是很大的。这里我没有写清楚正极材料是什么,我想大家都猜得出来,产气量最大的应该是什么。同时我们对比了石墨,也发现不同的石墨也就是说有不同的阴离子集团的石墨对产企业是有相当大的影响的。
这是两元的电子体系,这是EC的体系,这个是FEC,EC的体系中有两种气体的含量在整个的充电过程当中是比较高的,虽然他也有一个变化的趋势,这两种分别是乙烯和一氧化碳。当EC换成FEC的时候乙烯的含量非常少了,但是一氧化碳还是存在的,实际上这个EC我们最起码可以做出这样一个结论,他对于一氧化碳的贡献应该是相当大的,同时FEC或者是EMC可能对一氧化碳的产生是有贡献的。这是一个GBL和EMC的搭配,这GBL和DC,他们不同是在GBL存在的同时下EC和EMC的差别,这个过程当中乙烯和一氧化碳的含量都非常低,通过这两个对比我们基本上可以确定实际上对于乙烯和一氧化碳的贡献,EC和EMC是比较重要的。这是我们研究对产气的初步的机理作了一个分析,这可能是EC产生乙烯的可能的反应,同时这是一个FEC产气的过程,同时认为这个集团他实际上具有比较高的活性的。这一页分别是分析了EMC和EC他产生一氧化碳气锂的过程,我们了解到这样的一些化学体系能够产气,我们尝试找到一些解决的途径,这个研究目前还在继续,我们有这样的一个发现,可以对比一下这里,这是后面五种的电解体系,这三种和下面两种的不同是前三种有GBL后面两种没有,我们投入这个对比在满电的状态下电芯的厚度前面2、3、4颗厚度在正常的范围之内,后2颗没有了GBL之后这个电池的厚度严重超标了,GBL这种溶剂对抑制产气是非常有效的。同时我们也研究了采用不同的预充的方式及我们采用直接充电和分步充电的方式充电,他产生的气体的量有很大的不同,采用这种分步的预充制度在一定的程度上可以部分抑制电芯内部的产气两的。一氧化碳和乙烯可能来自于EC,同时GBL对于抑制产气是一种非常好的溶剂,但是GBL通过后来我们的探索也发现他有一些缺点,包括可能会产生较高的那组和这个贝利性能比较差等等。
这一部分我再进入一种新的添加剂的研究S19,这是添加在材料中的,也就是说机片的材料中,你随着需要的性能的不同添加两比如说0.5或者是百分之几之间可以发生一些变化,我们发现S19他其实是一个非常有效的安全的有关的添加剂,这里面我们是做了一个针刺实验,当然我们也知道通过一些结构设计我们可以有效地回避针刺失效的,如果我们不采购结构上的这种方式,即便我们添加了S19也可以很有效地解决针刺,我们可以看到一组数据,这是添加了S19同样的电芯、同样的材料体系、电解液的组份,我们可以看到同样的数据,添加了S19的时候这个电芯表面的温度是比较低的,基本上他有短路但是很小很短暂的短路,温度上基本上接近室温,但是没有含S19的添加剂我们看到这个电芯表面的温度是比较高的。我们即便在结构上不作文章,也可以通过几组材料我们整个正负极材料的添加剂能够有效地解决安全的问题。
这是150度的热冲击,他实际上没有一个太明显的差别,但是还有一个差别。这是3C/5V的过充的设计,我们一般不作特别的设计及,包括在电解液中3C/5V的话也不是那么容易,我们通过在正负极的材料中添加这种添加剂以后添加以后这个3C/5V很容易通过了,没有添加的时候有一个热失控,这个温度上升到600度以上。
这是我们研究的产气和添加剂的情况,下面我介绍一下我们近几年来开发的一种新的相转移法的制备的电池,我们为什么要制备凝胶聚合物,他有有机电解液在里面,他的安全性是相对比较差的,这是我们锂离子电池跟其他电池相比的话名声比较差一点的地方,电解液容易发生泄漏,但是凝胶聚合物是一个干态的电池,他的安全性比业态的电池高很多,同时不凸现漏液鼓胀的问题,目前这项技术在少量的企业有产业化,但是目前的保密程度比较高。常规的工艺工艺比较烦琐成本比较高不适合推广,现场的引发的聚合的过程,他对聚合的过程对氧气和水份要求特别苛刻,如果不聚合导致电池的恶化。目前比克开发的相转移的技术制备工艺比较简单,电池在高温、循环安全性方面都有一个很大的提高。
这是我们制作出来的一个电池的一个复合隔膜的SM的涂片,这个涂片上可以看到这个隔膜表面有大量的絮状的微孔,这给电解液的吸附提供一个很好的条件,同时保障了锂子的通道。在电池上面我们看到这个极片很干,实际上电解液都已经发生聚合了,能够保证他真正没有游离电解液。同时他们对他的性能作了一些评估,这我们做的凝胶聚合物的一个循环性能用了0.7、0.5C的充放电,他完全可以做到目前液态锂离子电池的能力,循环500周还能够保持80%的水平。这是近年来来自于客户一个新的需求,我们看一下85度的4小时,实际上要达到一个相对五是严的要求还是比较困难的,但是凝胶聚合物电池就很容易做到这一点,我们看一下我们做到的凝胶聚合物电池跟这个业态的锂离子电池相比我们容量的保持率有一个很好的提升,一致性也很好,同时厚度的变化这是最大的一个差别,就是说我们在85度存储4小时以后他的厚度达到10%几,但是凝胶聚合物只有1%多,这是一个改善非常多的。此外就是内阻的变化,液态的锂离子电池都在10%几有些接近20%,但是凝胶聚合物他就在1%左右的水平。这是他很突出的一些优点。
所以对于凝胶聚合物它实际上是我们真正做到了没有游离电解液,做到真正意义上的聚合物的电池,现在很多的电池在生产,但是准确意义上我们做的是软包而不是真正的聚合物的电池,这款的凝胶聚合物具有良好的循环性能和优异的高温存储的性能。
最后我谈一下比克电池在动力电池研究进展状况,动力电池有几大基本的要求,高的功率、高的能量、长寿命,同时廉价最后还有宽泛的使用温度和高安全性。比克的动力电池实际上是基于这样几个方向去研发的,这是我们圆柱的动力电池目前能够生产或者是小批量生产的电池,有1两款,2两款,这是我们目前用的可能量相对比较大的一款电池是18650的能象形的电池,他的容量基本上在2Ah左右,这是有显示1千次的循环,他基本上维持在85%以上。实际上我们这个电池已经达到了2千次循环,他维持的效果还是非常不错的。
这是我们这一款电池的倍率性能,这个倍率性能也是不错的,这是他的一个安全性能,这一个高低温的性能,待会儿后面我会重点讲一下这款电池的应用,我们目前用得还是比较成功的。这是我们开发的26650的磷酸铁锂的电池,这在0.1秒时的风驰功率已经可以做到超过3千瓦了,这是26650的长寿命的重功率的电池,目前的循环达到了3千次左右,循环的寿命能够维持到87%这样的一个水平。这是我们其中的一款的动力电池的测试,我们26650有两款,一个是中功率一个是HP的,这两款都已经通过了国家的检测,目前都在测试过程当中。
这是比克动力电池的另外一个方向,是大型的车用的锂离子电池,显示的一个20安时简单的规格,这是我们做出来的产品。这是大型动力电池我们测出来的一个结果,这是高低温的性能和倍率循环性能还有存储,这是我们动力电池的倍率测试,可以看到我们在这里是20C就是40A的放电过程当中他的温度的上升在50度左右,基本上解决了散热的一个问题。这是20Ah的循环,目前我们达到了2400多次,他的循环仍然保持在85%水平。这是20Ah电池的测试,这是1C5C的循环,500周的时候还能够维持93.4%的水平。这是安全测试的结果都能够通过。
下面我讲一下我们在动力电池在整车运用方面的一些成果,我们目前比克的动力电池是有两大类,一类就是以2Ah到10Ah的范围我们采用的串并链做成一个BMS系统制成一个整车的系统,还有一个采用20Ah以上的大型电池组成派克,我们同时做BS电池的研究和设计,还有热管理的功能。我有几张图片显示我们的电池的模组,这是一个3.2v200,这是250Ah的模块,这是13.2Ah、4.8V,这是12—48V的一个模组,这是用在电动工具上的。这里我跟大家分享一下,现在我们用的18650
20Ah用的电池,这是我们在宝马迷你上2年装车,我们有两个大的派克,每个派克有5千多支电池,组成辆车需要1万多支电池,这是目前我们在比克在动力电池上最大的一个目前测试装车最多的,目前除了在宝马迷你上装的几台车以后,台湾的华创有30多台的装车的计划,电池已经送过去的,有些在测试,有些正在装车。同时我们正在跟国家的政府项目结合,今年年底我们陆续有一个1千台的装车计划,这个产品前不久通过了国家机构的检测认证。这是我们装车的一些图片,这一张我基本上是罗列了我们另外一款电池,前面讲的那个实际上他不是磷酸铁锂的,他是酸盐材料的电池,这里我谈到的全部是磷酸铁锂电池的装车。磷酸铁锂目前装车的项目这是一个比较详细的计划,一汽、胜能、新加坡、奇瑞、长城、吉利等等,这个统计的日期是上一个季度,目前有所更紧,包括一汽和奇瑞都在追加订单。这一部分都是我们磷酸铁锂电池的一个装车的情况。这是我们给奇瑞装车的一个图片,这是一些参数(PPT)。这是我们给宇通大巴装车的情况,以上就是动力电池的情况。
今天我想要分享的内容就是这些,谢谢大家!
【现场提问】你加的添加剂S49ΩB以后,他的循环寿命会不会受影响?
【骆兆军】根据我们目前的添加量是比较小的,从百分之零点几一直到百分之几,对于循环的影响不是十分地影响,但是对其他的性能可能有一些影响。
【现场提问】循环寿命没有多大的影响,但是其他的性能优点影响。
【骆兆军】对,就是容量有一点影响。
【现场提问】ΩB还有S19?
【骆兆军】对。
【现场提问】S19你认为他自身达到125度以上自身产生热量分析热量还是自身分解以后产生一个隔离的作用,这个S19他是吸热的还是放热的反应?
【骆兆军】这个问题准确来讲我回答不出来,目前我们在积极探索之中,就我们的估计他可能是类似于发生反应之后对整个的体系有一个隔热的效果。
【现场提问】不是他自身的由于本身的吸热反应温度降低,海格立的作用。
【骆兆军】对,这是我们猜测的。
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以下为院士RobertBoehm博士演讲的文字实录:
首先谢谢主持人能让我这里讲,电池的应用方面我们在美国做了大量的与再生能源的一些想法,还有其他的一些能源的项目,我就想大概跟大家介绍一下其中的几个跟电池的应用是相关的。
主要说一下我们在内华达周南部做的一些项目,它是在美国的西南部,在加州附近,通常夏天很热,阳光很足,而且冬天也是比较温和,我是这个学校的大学教授,这就是这所大学的一张鸟瞰图(PPT),我们学校的历史还是比较短的,大概就跟深圳市的历史差不多,可能稍微长一点,所以历史还是比较短的,就是从我们所做的这个角度来讲也比较新,我们有3万多的学生,我们有研究生部,有相关的项目,在这个大学里我们有一个叫做“能源研究中心”这样的一个机构。我们这个中心有大量的资助项目、研究项目,主要是跟公司进行合作来开发不同的项目。这是跨学科的一个中心,我们有工作人员可能有数学方面的、大型测试的设施,我们还有一些项目正位于社区,在社区中来开展这样的项目。
这张展示的是三个主要的话题,左侧的这张图片大家可以看到是一个混合动力汽车,这是我们的一大领域,因为随着我们汽车的发展我们需要不同的电池,中间这张图片是光伏的设施,这是另外一个领域了,我们正在研究这方面,比如说光学能源的利用,还有输入电压是否能够有一个调整,他能够产生自动地变化保持恒电的电压的输出。我们在美国有一大项目帮助各个家庭来来调整峰值的需求,在美国西南部我们在夏天午后的时候电量会达到峰值,因为这时候大家都用空调,其实这个电量需求会比冬季同时候多2、3倍,这是对我们电力公司的能力的一大考验,因此现在我们做开发了这样一个项目,跟我们能源部合作的目的就是想把这个时段的峰值电量需求降下来,我们其实有四种方法实行,首先是节电的住户,大家可以看到这个房顶上有这样的设施,另外还有一个积极的沟通机制,我们的各家各户和我们的电力公司的合作和互动,就是电用不了再送回去。我们还有一个很大的储能电池,在高峰期可以用,在晚上还可以充电。
我们校园上的一些设施跟大家说一下,大家可以看到我们有一个非常新的和技术实验室,这是属于我们中心的,而且我们有相应的人员配备,另外这也是位于我们校园的一个设施,这是很大型的几个设备,也是帮助各个公司来开发他们的产品,这些就是我们与电池技术相关的一些技术的情况、一些设施的情况,另外我们还有一个测试的大型的场地,那是一个新的场地,这是位于我们当地的一个场地,这是一个太阳的测试,我们在这个地方也是做了很多大型的评估工作如果有必要的。
我们说到车的问题了,还有热环境如何影响车的性能的,不管电池还是任何性能的汽车,我们说到车载电池也有一部分的基础设施,也可以通过我们这个项目,这就是我们是拉斯维加斯的赛车道,这是位于位于拉斯维加斯的边缘,还有一个在北部我们还有一个技术科技园,这个位置我们还是做对于与电车相关的电池的工作的研究我们还是很有地理优势的,我们还有一个优势,我们有渔业的公园,不是传统势的那一种,而是对于所有的只要他们有兴趣或者说是由电力来支持的电车的越野车我们可以对它进行支持。还有一个特别一点,大家知道可再生能源的来源,根本就没有入网,所以我们在这儿也做了一个相关的储能的这样的一个工作。
在大学里我们还有一个特殊的项目,就是教育和迅速项目,对于人们进行可再生能源的教育宣传,把这个和我们平常的这种定期的项目都联系起来,通过我们这个特别的项目大家可以学到很多关于各种各样的可再生能源的这种方法,包括光伏,包括光能、太阳能等等各种应用。总之我们开了不同的课,可以让学生们去选修。还有一件事情我们在做的,也是与我们这个电池相关的,与商业相关的就是太阳能的解决方案中心,这是利用我们大学和社区的资源,帮助行业来适应本地的环境,这有一个国家卓越中心,我们建了这样的中心,我们用了分组的方式,有研发、政策的分析、商业的服务这三块,这个项目我们提交给农研部申请了资金4500万美元,主要让学术界、私研部门、公共部门和大众结成伙伴,然后来共同做好这个研究工作。
由于有了这些项目,我们可能会有一些成果,那就是我们会研究出一些与相关行业、与可再生能源相关的一些成果,比如说有电池,还有其他的一些的主题,各个公司根据自己的利益或者是兴趣点如果想进入美国市场的话,可以来寻求我们这方面的帮助,比如说电池方面。
所以在我们大学我们把相应的技术进行商业化生产的很多的方法,我们很多的技术应用到现有的生产当中。我还想跟大家简单介绍一下我们目前所做的一些项目,其中一个我们的案例也就是目前的这个电池的一个利用的实例,这一个储能力的项目,我们选择的不同的电池以及在我们的几个社区进行相应地测试,同时我们在这里面在高峰期的时候进行发电,低谷期的时候将我们的电上网,你会看到我们在这几个方面确实有成本的问题,包括环境的问题,还有充电周期的问题,所有的这些都是我们所做的研究里面比较重要的一些问题。同时我们在很多的测试里面也发现了有很多我们需要一个比较大的电池,并且容量比较大的这种电池,比如说我们还作了一些我们进行了相应的太阳能发电量非常大的这种要求,同时我们跟我们社区的一些相关的人士进行交流,到底需要用什么样的电池在哪些方面进行应用,同时我们在电池以及储能系统方面也经常进行相应的与政府的接触来倾听一下他们今后的政策的一个走向,同时我们跟他们探讨他们的高峰期用电的一些要求。
我们另外的一个项目,就是关于我们的电池快速充电的一个项目,我们有很多相应的电力工程师在这方面做很多的工作,并且尽量降低充电的时间,能够提高我们或者是扩大我们的应用领域。这表明了我们的一些线路图,你可以看到我们对充电时间进行相应地优化。
另外一个项目也就是我们的PV量使它均衡、使它平衡产出,光伏产业我们提到了在我们这个地方应用非常广泛,我们不仅需要一个他这个地方能够给我们提供电力的需求,同时我们需要一个非常均匀的发电,比如说在天气不好的时候阴天的时候,我们这个光伏产量本身电能应该是怎么样的,怎么能够让我们的产量能够更加地平衡、更加地平静、非常平稳地发电。同时我们在这方面也跟很多的美国的相应电池生产厂商有很多的联系,我们还进行相应的研究,以来进行我们现在这个系统的一些分析,来了解一下这个电池的功能以及他在实际使用当中的一些问题,能够提高相应的效率,同时我在很多的系统里面我们已经看到我们也满足了,像比如说提供非常平稳的供电,以满足我们客户的要求,还有为我们的电动汽车进行充电等等。
我的报告到这儿,谢谢!
以下为会长Jun-ichi
Yamaki教授演讲的文字实录:
谢谢主持人!非常感谢会议组织方给我们组织了很好的论坛,今天我给大家介绍的是与安全紧密相连的一个问题,我们看到这是一个非常好的热稳定的电解液,对于锂电池来说,现在我们看一下锂电池他的机理是怎样的,现在的燃烧和爆炸是电池内部的温度过高造成的,他也是产生于电解液与正极的反应所造成的,这个是内部造成爆炸的原因,如何解决这个问题,根据我们的经验来看,我们可以看到尽管内部的短路尽管时间很短,但是也会造成温度迅速地提高,同时我们也可以看到产生了相应的爆炸这样的事件,所以你可以看到我们通过调解我们的比如说电解液往里面添加相应的一些特殊的材料,减少这种短路的情况,这样避免高温度的再现,同时你可以看到他反应的过程是非常简单的。所以,当我们可以看到内部发生的这种反应降低的时候,我们可以看到本身这种热能也就降低了,你可以看到时这样电池也就安全了,短路也就避免了,也就不会产生这种短路的爆炸了。
另外我们可以看到由于本身内部的成份的情况,他产生电池的放热,我们也考虑到往溶剂当中加入不同的材料,比如说一种氟化物加入进去,由于添加了这个之后,它的热能就产生减少了,所以这是我们如何解决安全问题的一个解决方案。
我们研究了相应的情况,对电解液进行进一步的研究,也进行氟化物添加物的到底添加量的多少进行了相应的研究,在这儿我想给大家介绍的一个就是这种石墨阴极他的热稳定性,你可以看到他是在130的时候产生了SEI的形成,在比较高的温度下也就形成了这种SEI,到270度的时候我们可以看到这个SEI继续地形成,这是一个直接的反应,由于电解液与石墨阴极它之间的反应所造成的,有的人认为我这个实验是很值得怀疑的,他们认为即使到130度的时候这个SEI的形成这个数据你可以看到经过一个周期,可以看到他的溶剂,你可以看到没有加这个氟化物的话,实际上我们可以看到他石墨的成份的增长,同时也看到了SEI在270度的时候也还会形成。另外一个我们所得出的结论就是时效的情况,你可以看到他时效在50度形成时效之后所产生的一些情况,他的高峰值在140度的时候,那个时候没有SEI的分解。我们可以看到在温度上升之后,如果我们把他再继续进一步的充电的话,你可以看到SEI有变化,并且我们可以看到碳化合物也相应地产生了一个变化,实际上我们对时效进行了相应的不同的测试,使在50度有1天、2天、3天的测试。
可以看到在这种基础上我们所进行的经过充电以及放电的测试的结果,现在我们来看一下阴极与电解液他们在分解过程当中所产生的反应是什么,这是充电的一个阳极,可以看到阳极表面的反应,这个蓝色(PPT)是在250度左右,你可以看到氧的变化在阳极里面它的变化,以及电解液的氧化作用,由于两个氧的变化产生了这种化学反应,这是由于阳极表面的反应,表面的氧化,所以我们看到我们所做的这个测试和这个样品上面做的测试,可以看到他可以减少热的产量,可以降到200度左右。
这是我们另外一个实例,这是DSC和EC
DEC成份的对比,你可以看到他温度的变化,这是电解液阳极和阴极的变化以及温度的变化,我们可到如果没有能够易燃的电解液使用,锂电池仍然会着火。这是我们测试的不具有燃烧性能的这种电解质,在1.2libF4的这种电池,他们含有相应的TMP的时候他产生的相应的机理,你可以看到我们相应的就是这样的,可以看到我们的结论也就是说即使是我们的FMA这种溶剂他使用了这种相应的电解液,我们的锂电池仍然不会着火,这是属于我们添加了相应的氟化物的时候。你可以看到即使我们的温度给他提高到1千度,你可以看到这个温度非常高了,我们可以看到高温产生的这种气的作用,所以这也就是说如果我们本身的成份,即使在电池里面的温度很高,他会引起相应的着火,即使你使用的不是具有燃烧性的电解液,相反如果你里面有相应的有燃烧物质的电解液,即使温度上升到一定程度,仍然不会发生燃烧物爆炸的情况,你可以看到这是在400度的时候也没有什么变化,他的变化并不大,同时我认为最好是能够控制在5左右这样的速度,这就是一个基础的数据,如果我们用ECIC的话有一个很高的峰值,如果用MFA的话就没有很高的一个峰值了。
还有一些例子,用ECGMC跟MFA相比的话,大家可以看到加氟的溶剂稳定性很好,这是他溶剂本身的这样一个情况,大家可以看到有峰值的反应,有一个气体的变化,这个峰值又回到了冷凝这样的一个区域,所以还是比较稳定的。如果是500度的话,这个成份还是会很稳定。这个情况也是比较类似的,所以假如了MFA之后是非常稳定的,这是跟充电的钴酸锂相比他的情况区别并不是很大,从温度的角度来讲,这个情况比较好,但是不是很多。这是石墨跟软碳比较的数据,这个数据也不是很好。
这是我们IRC结果,我们从DAIKIN公司得到了这样的一个书记,让我把这个书记跟大家讲一下,这是一个耐用测试,他们想看一下EM的六氟磷酸锂加MFA,比较一下两组,一组就是钴酸锂加EM的六氟磷酸锂,另外一个是MFA和石墨,我们看到了以后MFA比较低温,所以在加热的时候大概会有一个着火的现象。另一方面我们可以看到如果是来穿刺的实验,我们发现中间这一组没有着火的现象的,这就是说MFA是一个能够阻燃得很好的一个材料,这是当时的图片,也就是ECDC电池。
这张我就不说了,因为我们也查了FME在SEI这方面的情况,大家可以看到在SEI中就可以产生一种新的物质,如果我们用原来的这种方法会有一定的区别,所以如果混合两者的话,就会发现这个是石墨,他的循环性不是很好,但是我们不能再引入这个数据了。我跟大家讲的,这个数据是03年的一个报告,在此之后就没有这样的数据了,所以我们决定用其他的方法,在此之后有了碳酸锂的时候,这容量也是急速地下降。亚乙烯烃的碳酸盐也可以看出,这是左上面的图通过加丙烯他的放电能力大大提高了,在60度的时候情况也是类似的。是我们加入了一个EM的六氟磷酸锂的时候,情况也是差别不大,也是很稳定的。这是与EDMC和MFA比较,这张表上看的结果更清楚一些,我们在做1摩尔DEC的时候,他的热量值会大于22.1焦耳,再加了MFA和5%的VC的时候这个放热量接近6焦耳,他对降热的情况是非常好的,大概说这些吧,感谢大家非常耐心地倾听。
【主持人:】谢谢YAMAKI博士,在座的各位有没有什么问题?
【现场互动】非常感谢您的总结,关于你的报告我想跟您讨论一下,我想问一下你在搜集数据的时候溶剂量是怎么把握的?在你测试的时候溶剂量加多少?你做测试的过程中我想知道您电解液溶剂的量是多少?我想知道,因为我认为溶剂量可能会影响到你测试的放热量。
YAMAKI教授】这一点上我们必须非常小心必须测量这个量,如果这个和石墨有一种变化的话,我们的放热两完全不一样了,电解液过量的话放热量会由石墨来控制。如果是石墨量不变的话,可能电解液的量受到影响,同时我们应该非常小心,在加热的过程当中在热量的上升过程在做DIC测量的时候,这种加热的过程石墨会产生SEI,会使热量上升,这个SEI有的时候会继续产生,有的时候在他形成完全之前,到300度之前就分解了,所以就没有高峰值了。同时也非常难的一件事情就是不好理解,尽量不要改变这个比例,我也解释不了非常细的。
以下为金泰喆演讲的文字实录:
我的名字是金泰喆,我来自于韩国,之前大家也说了我们在电动汽车方面我会主要讲一下我们公司在电动汽车方面做的BMS就是电池管理系统的一个情况。
我们公司主要技术的任务是做好电池的叠装、电池组、充电,还有电池管理系统。对于电动汽车的电池管理系统来说我们有一个我们自己的总体解决方案,我们有我们的电池、充电器,还有整个BMS的管理系统。我们的充电系统会有数据输入,整个构成了一个整体的电池的管理系统。我们的电力系统解决方案整个的结构是这样的(PPT),是这张图所展示的这样。我们有三类,一个是混合电力车,还有直插式的混合电力车,还有所有的电力车,我们有几个主要的客户,一个是日本的丰田,一个是美国的GE,还有中国的。对于日本是镍氢,美国是锂离子,中国也是锂离子。
主要BMS的一些流程,现在这个屏幕上所讲的是车辆的能源管理的功能,这是一个混合动力车上所用的电池,以及电池驱动的系统图。这个是电力的驱动系统,我们所看到的是一个电动车的配置,这我们工厂用的管理系统,他包括电池的监视系统、管理系统,能源的电力控制系统。可以看到他在整个电池使用过程的整个观测,还有电池观测的控制,同时还包括电力电流的一个控制显示。
在相应的过程当中我们在电池管理系统里面去关注SOC的计算,SOH的预测,还有电池的充电以及放电的极限控制。同时有电池的管理和最优化的充电和放电的控制,同时我们看电池的管理系统里面他包括了冷却风扇、驱动器、预充电以及主要的充电控制器,还有车辆的速度显示。电力管理方面主要的是控制发动机、电力系统和控制IF的控制系统,还有变速箱的控制,还有自我诊断以及数据支持。现在看一下电动车里面的BMS系统,也就是电池的管理系统,主要的模式是包括电池以及电池模式,下一步是相应的界面还有CPU以及XC104和167,之后到CAN,然后再到风扇以及相应的接口,之后是电池的线路系统、控制系统以及风扇驱动的系统,还有相应的PC。
这这是写的电动车的内部构造的图,首先是马达驱动有60千瓦,然后有引擎的控制阀,还有显示仪表盘包括充电态还有温度的预警,另外还有我们功率的分步部件,下面紫色的框是是外部的高功率的充电器,大约有300V和40A,中间是多部件的电池管理系统,一共连着的有320个电芯,通过一个电池的感应线路会把这个信息,把电池组的信息会传到我们的控制仪表。一共有两类的BMS就是电池的管理系统,这是第一类,这是高功率应用的这样的类型。下面还有一个交钥匙圈负责形式的打包的方式,现在这张图是电动汽车电池的充电系统,在左边的这一列是各种能源的电能的来源,包括风能、太阳能,还有热电联产,还有地铁、轨道交通、电网的输出的电到用户这儿,包括住加还有加油站等等的场所,然后到最下面终端的用户是我们的混合动力电车、混合电力车,还有电力车。
这是锂离子电芯的一个平衡,上面这一部分讲的是存在的问题,下面这一部分是解决方案。
这是电池管理系统的一些技术解决方案,包括一些前沿的技术,包括电池的均衡、包括沟通的通讯的技术,还有促进安全的功率包,还有是快速地为客户订制相应的解决方案,这张幻灯片上是一个表格,一共有两组,一个是数字的,一个模拟的,我想他都是保护的这两种方式,数字式的模拟我们有保护措施,有均衡措施,还有监测的错事和计量措施,对于模拟的这一部分来说也有几个部分。
这是把计量换成了调节,这是做过的一些项目,我们公司在电动车上做的一些项目,下面我们制定一些新的大客车的项目,电池是交流的发动机是60千瓦的。这是乘用车,我们公司也是想有一些新的一些概念车型。这是我们的流程图,这是可以看到是一个闭合的控制图,左边是电压、电流、温度、电阻,这些都属于一些感应的因素,然后我们有一个模拟的模型,然后有充电态还有健康态,这是一些跟美国相关的项目,还有FEV电池,还有一些测试的活动。
以下为总经理阳如坤演讲的文字实录:
谢谢主持人,我今天讲的题目是大型动力电车的制造,上午张博士、比克他们几位都讲到了这方面,我想今天主要还是想针对动力电池制造方面的一些内容选了一个侧面跟大家作一些交流,因为大家都在做小电池,做得应该还是不亦乐乎,也做得挺好,但是也有很多困惑,针对大电池应该来怎么做,他面临的一些问题。我感觉我们很多人做的时候以为把这个电池放大了就可以做成大的动力电池了,但是从我对这个东西的理解我觉得还是有一些方面需要我们配合。
我讲的主要分几个方面,第一个是讲动力电池制造及基本要求,我还想讲几种大型动力电池制造方面的一些比较跟大家说一说,围绕我们选择的一种方形的卷绕动力电池怎么样做这一开跟大家做一些深入地交流,最后我想针对动力电池制造过程中的一些细点的问题跟大家作一些探讨。
大家都知道动力电池有些基本的要求,首先是安全性,倍率特性、一致性、长循环性等等,我这里简单跟大家提一个醒,我觉得动力电池与常规的数码电池的比较有几个方面提出来跟大家说一说,第一个,我很少在一个场合里面看到有关电场对整个电池的一些性能的影响,还有电池内部变形,由于大型动力电池带来很多的问题,还有一个是热分布,热分布研究得比较多,还有热分布的这一块也是有一些问题。这是这几个主要方面的一些区别。
动力电池出来之后增大尺寸以后,整个内部的电或者是分布都会产生一些影响,大家都可以去看一看在电场在整个电池里面会产生一些影响,左边这个是圆柱形的电场内部的分布情况,下面的方形电池正负极相对的时候,整个电场内部事有变化的,大家可能觉得锂离子大家互相面对面没有什么影响的,但是大家要记住电池里面有很多的游离的离子,这些离子对整个的电池会产生分布、产不变化的。这种变化我们分析下来主要是造成一部分在循环过程当中是不一致的,相当于比如说说我们叠片电池面对面有些地方交换得很频繁,有些地方交换得不够,相对来说参加循环的程度是不够的,这个我认为也是导致电池不均匀很重要的方面。这样的现象在我们一些叠片的电池里面反应比较明显,尤其是我们单头出两个基柱平行出来的时候在一个方面出来的时候比较明显,我们的电池在解剖这些电池的时候也发现了这个问题。
第二个方面由于电池比较大,他的变形是很难避免的,下面这个图就是变形比较厉害的一种情况(PPT),大家知道一旦电池内部出现缝隙以后,就会产生参与反应会少,间隙就会生成支晶,支晶的长大也会此船隔膜,这是电池安全方面很重要的一个影响。
下面这个图是很多的参考文献上会看到(PPT),由于热的不均匀会产生的影响,我想提醒大家很重要的比如方形电池的图,他的脊柱的周围热是比较低的,他的整个导热是比较好的,这种电池我们做整个热分布的时候多动作一些脑筋怎么样把它做得更好。下面的圆柱电池相对来说看上去比较均匀一些,尤其是在组合电池的时候,很多的客户往往说到一个组合的电池,为什么在头上和尾上这个电池容易坏,中间的电池往往不容易坏,其实我们可以去参考,实际上多数的原因由于热的方式引起的。
还有两个方面,一个是集流的设计和电解液的分布,集流的设计主要是讲到热均衡和集流面积的设计的问题,这里面我觉得作为我们动力电池设计的时候一定要注意这个问题。电解液的分布,前面很多的人讲到电解液这方面,我想从制造的角度来说其实电解液第一个是要足够,第二是不能太富余,第三要充分地能够吸到这个极片里去,我想这个是对于大电池来说这方面是往往非常重要的,尤其我们客户做的很多大的叠片电池,由于他放的姿态经常是一个固定的姿态,如果说我们的电解液没有很好地去渗透的话,实际上对整个电池的一致性和循环性能都会有很大的差别,都会有很大的影响。
下面我想说一下我们认为几种可能的动力电池的一个制造方法和比较,这里我主要列了几种,一个是Z字型的叠片,第二是卷绕式的叠片,大家会看到国外有这样的机器,还有方形的卷绕和圆形的卷绕。从制造方法和特点来说,其实Z字型或者是卷绕式的叠片电池我们认为最大的问题是毛刺控制的问题和制造效率的问题,这是制约叠片电池最重要的方面,因为目前在我们看来真正能够把毛刺控制好还是非常困难的,因为我们看到很多的客户这个叠片电池掉粉掉得一塌糊涂,我们在分析这个电池最后叠出来的电池它的合格率的时候,实际上自短路还是最大的,对电池的性能影响还是最大的,有些可能叠完以后我们检查不短路,但是最终做成电池以后循环一段时间以后发现这个方面对电池的影响非常大,相对来说叠片电池的效率偏低。还有一种方形的卷绕动力电池,他相对来说可以分条毛刺控制比较好,掉粉比较少,制造的效率比较高一些,今天我重点想讲方形的卷绕动力电池。还有一种是圆形的卷绕,比如1826我们做得比较成熟了,这里面还可以做得比较大一些,比如说他们做了10几Ah或者20Ah左右的,这是很不错的,这种电池也有他的优点,边缘毛刺比较容易控制,掉粉比较少,制造效率相对比较高。在我看来,我们所有做的电池当中其实从制造的角度来看还是圆柱电池的一致性是最好的,刚才我说到了其实从它的电场分布也可以看得出来,还有从我们的制造角度从他的功率控制来说也比较容易控制,即使我们卷绕过程当中采用这种锥度的张力控制可以把电解液将来吸收得很好,这对于圆柱电池来说我们认为是一个好的发展方向。今天我想跟大家强调的还是在方形的卷绕动力电池制造方面。
从大型的动力电池的制造,我想分一个是电池的结构、工艺流程、关键工序制造要点这三个部分来讲。
第一个,从结构上来说,大家可能都知道有三种结构,一种是可以接多极耳焊,我把多极耳焊上去,我把它电池叠起来做成这样的电池。第二种不需要焊极耳,我直接在边上留出极耳来,两头做极耳,这种电场分布是非常好的,对于我们实现大电流的设计和集流的设计是比较好的,我们认为是一种比较好的结构。另外可以用极光切极耳,切出来是这样的,可以对得比较对称,用现在的控制来说解决这方面没有什么问题。根据我们的时间宽度可以做到100、200毫米,长度做到200、300毫米没有问题的,容量做到20Ah甚至做到50、60Ah目前国内都有这样的案例。这是结构这一块。
从它的工艺流程,这个图没法放大(PPT),从他的工艺流程来看,我们从极片分切完开始烘烤、卷绕,电芯要做频压,然后电路测试,后面做入壳等等几个流程,工艺的流程跟常规的没有很大的区别。我想跟大家探讨几个关键的工序,第一要实现这种电池的生产对于涂附要求相对比较高一些,他边缘的厚度一定不像现在的电池往往边缘是厚的,我们希望能够做得稍微薄一点,边缘的厚度比中间的厚度稍微薄一点,我们把它卷起来一重叠起来的时候,边缘如果厚了我们很多客户做的叠片电池可能有这种现象,边缘一厚叠个50、60个层形成了缝隙,我刚刚说的缝隙现象可能在这里很危险,在这里对于这种电池来说我们一定要做到边缘适当地薄一点尤其是正极,负极可能不一定要这样。第二是他的均匀性最好控制在1个um以下,这对于我们涂附机是有难度的,我们来说3个um也能够把极耳控制到一定的程度,涂附来说这两个要点是不能少的。还有滚压这一点,我们很多把集流体压得变形了,这个滚压一定不能过狠,不能让集流体变得不均匀的延展。第二建议采用热滚压的技术,第三是采取合理的压实密度,如果电池压得过狠,导致晶格结构破裂的时候对电池本身也不好的。第四建议滚压的支晶尽量

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