钜大LARGE | 点击量：1073次 | 2021年04月09日
适于低温地区的快充型高功率锂离子电池的材料技术介绍
我这里列了锂电发展过程中，大家都一直关注的挑战，而且大家都了解安全性是第一位的，包括特斯拉电动汽车今年也烧了好几辆。要么出现了大量的热，要么一致性不好，可能导致安全出问题。另外，航程小，这几年对我国锂电发展带来极大影响和限制。还有充电慢。国外，像ABB已经有高速超高速直流充电桩，我认为我国也会很快跟进。但快充材料的缺乏任然是挑战和机会。还有是功率小。今天的会上就有讨论包括通过电容器解决动力不足的问题。假如是卡车，动力不足更会有挑战。我前几天去沈阳，有人告诉我旁边大连没有电动自行车，因为大连地势是山坡，锂离子电池动力不够。实际上电池倍率性能足够好的话，是可以解决的。还有低温性能，大多数电动汽车在负20度以下性能就非常差了。大多数客户急需电动汽车可以在更低温度工作，如负30或负40度。长期存放下，好几个小时，在零下几十度充电的挑战。我认为通过优选的，新型的材料来供应解决以上挑战比添加系统部件或设计或工程性解决以上列出的挑战性价比高很多。
在比较了几种常用负极材料类型后我们可以看到软碳或无定型炭，假如可以做到成本较大幅度的降低，可以为解决或满足新能源汽车的许多挑战，像高安全、高倍率、长寿命、高低温性能，供应有潜力的材料解决选择。
高功率锂离子电池负极材料与石墨基负极材料性能比较。在中度或正常使用场景下，如0.5-1.0C充电下，软碳可使用能量已经超过理论能量密度更高的石墨产品。
对市场上高功率产品的比较，大家可以看得出来哪几款，相对来说国内有很多厂商，但我们没有拿到产品去做测试。测试完了，高倍率有它的限制，国内产品比这二个好很多，4C、5C挺多的，但稳定性一致性差一些。软碳电池显示了高倍率同时比比较的高倍率市场产品有更高的能量密度。
再看一看快充性能，还是软包电池的数据。它在不同充电速率下的表现，10C下基本上接近80%容量达成率。假如真的能够10分钟，而且稳定可重复充充放电，和传统加汽油几乎是相同的，驾驶者个人体验会好很多。累了等一会，开两小时花15分钟充电休息一下再上路是愿意接受的。现在许多城市，包括深圳、太原都是要求所有出租车是电动汽车。我去过太原和深圳，有出租车司机在骂，说这个车不能一辆车两个人，做不到人休息、车不休息，原来汽油车是可以的，现在做不到。假如强行快充的话，这个车一年多一点就坏掉了。假如新材料可以这样做到的话，十几分钟能够长期几千次充电，电动出租车分享共享应该能达到要求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
这是室温，1C充放循环寿命。2600周,>90%容量保持率，估算6500周,>80%容量保持率。5C，55度C下约有3000周,>80%容量保持率。
这是5C循环后低碳所负极片，5C循环后商用石墨负极片。与石墨负极相反,新型碳负极5C充放循环后无析锂，极大的提高了安全性。我们认为软碳的微观结构阻止了锂枝晶的成长。
这是低温放电，在负30度和负40度情况下，可用电量非常可观，软包电池分别达到75%和64%容量保持率。
充电电压一致性数据。5C充电12支电池电压差别仅10mV。
这是温升的变化，5C充放电，12节电池，7个测试点温差差别仅1.5度。
高功率锂离子电池的安全性测试，通过GB/T31485-2015电动汽车用电池安全认证测试，十项测试一次全部通过，包括穿刺实验。
再看看电池组本身的低温性，电池组比单个电池的低温容量保持率还要好许多。最大的差别，或者说我们的解释是一个电池组里，这个温度一旦使用起来出现一定热量放出，温度有所变化，总体基本这个概念是说在负40度时，可用容量可以达70%。
充电速率和倍率性体验，这是基本的数据比较。在5C快充时，商业电池不可用。即使在1C充电，石墨基电池有温升20-25度，非常要热管理。软碳负极的电池组在1C下基本无温升。软碳负极的电池组10分钟以下基本充满，假如坐上四个人之后，这个车尽管加速很慢，但可以冲到每小时35-40公里。石墨基电池的比较车最快仅可达到每小时18-20公里。倍率高的电池，我们认为它有可能直接用在解决载重、刹车、电动摩托车、电动自行车，这些要动力或动力加快充的新的业务场景。
汇报一下我们所里关于电池方面的工作布局，今年还没有真正做好正极或者电解液的匹配。现在165Wh/kg,5C冲放电是我们的基本情况。我们也初步做了些碳硅材料的研发。得到一些非常鼓舞的结果，能量500mAh/kg,碳硅材料显示了很好的倍率性能，2C/0.2C能量比可达44%。基于我们的初步数据和文献以及对外交流，我相信碳硅电池，一两年就会有突破。
我们有一款特殊原材料，基于此开放了一种中间相沥青及负极材料，通过结构调控，可保持较好的能量，倍率平衡，可大倍率充电，低温性能出色，且极具成本优势。适用于电动大巴、出租车，混动车，启停电池，卡车等应用。新型快充电池材料具有优异的快充性能，倍率性能大于3X相应的石墨基电池，循环寿命大于6千，可以在负40度下正常使用。
