力神起停电池技术进展

中国化学与物理电源行业协会于2016年10月13日-14日在杭州召开了“第二届混合动力车市场与先进电池技术发展研讨会”，会议受到了国内外电池、材料、设备和汽车领域众多企业的广泛关注，400多位国内外嘉宾参会。自2014年4月中国化学与物理电源协会在北京组织了“第一届混合动力车市场与先进电池技术发展研讨会”以来，在国内外纯电动车和插电式混合动力车取得较快发展的同时，混合动力车辆，特别是微混车辆也在国际上得到预期的快速发展。特别是近来进一步提出了发展48V电池体系与技术的要求,使电池行业又出现了一个新的发展热点。

“第二届混合动力车市场与先进电池技术研讨会”的举办，给大家提供了一个交流的平台，帮助大家了解国内外在混合动力汽车产业方面的发展动向、最新进展，交流适用于混合动力汽车发展的各种电池技术及其最新进展。希望通过技术交流，能对我国混合动力汽车产业的发展起动一定的借鉴和推动作用，加快我国混合动力汽车用各类电池技术的快速发展。

在本次会议上，天津力神电池股份有限公司动力电芯开发部部长张娜博士做了“力神起停电池技术进展”的专题报告，以下是根据速记整理的文字，未经本人审核，仅供参考。

首先讲一下48伏或者是启停系统的背景，上午有很多专家已经讲过很多的内容，目前世界范围内二氧化碳法规指标对于汽车产业是一个很大的挑战，美国在2025年是98克每公里的指标，欧盟是95克，中国是116克，那么这是我们开发低压混合动力系统的最主要动力。这个是目前降低二氧化碳排放的一些技术情况，从这个上面给出的简单分析，如果使用低电压系统的话，二氧化碳排放量可以控制在80至95，可以达到欧盟的要求。因此我们作为电池厂家来说，我们也分析了主机厂对于起停系统的基本技术要求，也有12伏和48伏。最基本的要求，工作的温度范围都要达到零下40—70度。还有充电功率的要求，连续充电功率要5千瓦以上，脉冲充电是12千瓦，脉冲放电是13千瓦。寿命最基本也是8—10年，也有12伏和48伏分别的二氧化碳降排降幅，12伏在5%左右，48伏可以达到10—12%。

这一页讲的是我们力神公司目前产品线的情况，我们公司产品相对比较全，包括我们在锂离子电池方面软包电池、方形电池等等都有开发，另外在光伏产品和超级电容器也有我们的业务，所以说48伏产品在我们公司产品中也是我们必不可少的研发方向和储备产品。这个是力神产品的一个定位，主要的核心产品是单体电池，基于业务的不同，也有我们的模块，甚至系统的产品，从而满足不同客户的要求。但是我今天主要讲一下启停单体（音译）方面的进展。

过针刺 低温防爆18650 2200mah

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%

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第二方面讲一下我们圆形钛酸锂电池启停电池开发情况。我们这款电池是圆柱形，称之为超级电池，每个厂家都有不同定义的原因，我们是基于超级电容器的结构来开发这款电池。所采用的体系是锰酸锂和钛酸锂，选择钛酸锂的优点就不再说了，就讲之下通过我们的优化已经把产品开发出来。我们目前的容量是18安时，单体的储存量在500瓦时每公斤，可以达到30倍率的持续放电和25倍率的持续充电，寿命保守是一万次。下面是这款电池的倍率放电情况，我们电池语言就是倍率充放电，在汽车和储能领域大家在推功率的测试，基于恒功率（音译）进行测试，但是作为电池语言来说，如果平行比较的话，我们用我们的倍率测试还是能够给出非常公正的比较，所以这块还是恒电流的充放电测试。这款电池目前所表现的25倍率放电容量可以达到1C容量的90%，看它的充电情况，充电25度可以达到20倍率充电，可以达到恒流容量的60%，大概是在1.8分钟可以充电到80%的容量。钛酸锂电池低温是最大的优势，首先第一个是0度的测试，放电电流可以达到20倍率，这个时候它的低温表现就非常明显，可以达到常温容量的99%，充电容量最大容量是10倍率，可以达到常温的59%。常温容量放电也可以达到99%，零下2度可以达到50%的恒流容量。这个是零下20度的倍率测试，最大放电电流可以达到15C，然后它的容量可以达到常温的93%，零下20度做的是5C的充电，可以达到常规容量的47%。然后是零下30度做的是10倍率，可以达到常规容量的91%，做的是1C的充电，这时候1C还是可以充电的，可以达到标准的46%。最低温度的测试，就是零下40度，5C放电容量达到87%，1C可以达到常规容量的23%。因为钛酸锂本身具有比较好的低温特性，但是为什么不同的电池体现出来的倍率特性不一样，实际上我感觉还是在电池设计方面，因为我们是偏功率的设计，所以主要是电池的集流设计，还有化学配方设计方面都有的特殊要求，才能把性能充分地体现出来。我们做的是5C的电流满充满放测试，目前显示到7000次容量剩余是95%，估计一万次到一万五千次是没有问题的。同样也做了日历寿命存储方面的测试分析，在25度和65度分别进行了满电和半电的存储，25度满电基本上没有不可逆容量，然后在半电的情况下也是能够达到98%以上；65度，满电和半电都可以达到97%以上。这款电池的安全测试，我们也进行了国标的测试，包括振动、冲击短路这些测试都是全项通过。我们也进行了12伏启停体系开发，这一页是我们12伏18安时的钛酸锂模块，主要的优点就是高低温性能非常优越，支持高倍率放电，主要推广在特种车辆的启动，比如说在高寒地区的启动应用，它的工作电压范围是6—15伏特，目前的重量是9公斤，能量密度在36瓦时左右。我们还进行了这款钛酸锂电池的其他领域应用摸索，是在冷库的车上使用。这款电池和铅酸电池相比，这款电池体现出来它的优势，低温特性好、冲量轻，我们也通过了客户的现场测试，在冷库中使用的时间相当于铅酸电池的3倍，基本结构是两并一串，18安时的模组（音译），最高充电电压是14伏。

第三方面讲一下我们在48伏启停体系方面的产品开发情况。这款也是基于NCM体系，作为高功率电池的开发，我们想它不像能量那样需要开创新的化学体系，硅碳、高电压体系这些是不需要，我们是把现有的体系做到极致，然后把性能发挥出来，这是目前我们做的产品情况。它的比能量现在是95瓦时每公斤，所采用的尺寸是基于我们公司的一个标准产品，它的厚度是在13，宽度是148，高度是97，也可以通过国标的安全测试，这款产品的日历寿命在65%OC的情况下是10年的指标情况。

现在讲一下开发思路，因为我们并不是采用新的化学体系，就是传统的三元材料，如果去做高功率的话，目前我们比较明确的方向和思路就是把三元材料纳米化、球形化，这样有更小的滤镜，但是有比较高的密度，能够达到更低的电阻和更高的功率水平。在负极方面也是相对比较简单，就是颗粒小型化，原因也很简单，就是缩小离子的扩散渠道，见效颗粒的取向性，从而提高电池的倍率性能。在导电剂（音译）方面，作用更加明显，比如我们去摸索点状、线状和面状，可以提高电子导电性和离子导电性，同时能够提高电极的韧性，还能提高电解液的浸润（音译）性能。电解液对于高功率电池也是一个非常必要的关键原材料，比如说在溶剂方面也是传统的溶剂，在低黏度和低溶点（音译）方面进行不同的搭配。添加剂方面，也有一些新型的，尤其是三元材料，可以在正极方面形成更稳定的膜，能够提高高温的稳定性。还比如说一些脂类（音译），可以提高稳定性。安全性方面，扩充添加剂进行合理量的搭配，通过产期（音译）原理的添加剂，从而来提高安全性能。

下面进入这款电池的性能评估阶段，这个是高功率电池直流内阻测试，这款电池在50%SOC的情况下30倍率10秒是1.5毫欧。通过这个测试，我们计算出50%SOC情况下比重率（音译）可以达到4000万每公斤。这是启停电池必不可少的低温启动和回馈测试，同样是50%的SOC，进行20倍率的放电，计算出30秒的直流内阻，7.27毫欧，功率达到350瓦，基本上是10倍的功率。零下20度同样进行10C的充电，30秒的直流内阻是6.08毫欧，功率可以达到420瓦。这个是在零下20度做的容量测试，1C的放电容量可以达到常规的84.52%，充电容量也可以达到82%。这是这款电池的日历寿命的存储测试，我们所做的结果是60度七天的恢复容量可以达到96%—97%，20度30天可以达到38%，对于高功率电池来说自放电控制还是有一定难度的。安全测试情况，容量相对不是太高的等级，所以安全性能也是非常优越的。我们在48伏系统方面也做了初步的探索，目前标准的电池包12串，也有客户要求是13串、14串，都做过方案，SOC的使用范围是在25%—75%，然后10秒的放电功率可以达到20千瓦，10秒的充电功率可以达到17千瓦，整个系统的重量是5000克，通信协议是KIM（音译）模式。样品初步测试结果是节油率达到12%左右。

最后讲一下我们在高功率电池开发的目标，这些目标也是通过我们的技术分析，也和国家的路线图相对一致。比如说到2020年高功率电池功率密度要提升到5000万每公斤，同时能量密度可以达到120瓦时每公斤，能够更好地为我们启停系统这个领域应用进行服务。以上是我的报告，谢谢大家！