钜大LARGE | 点击量：619次 | 2019年02月28日
下一代高比能动力电池研究与进展
2018年11月8日，以“新时代·破而立：前行中的产业转折之路”为主题的“锂想”2018第三届动力电池应用国际峰会(CBIS2018)在北京兴基伯尔曼饭店开幕。孚能科技（赣州）有限公司董事长王瑀在峰会上发表主题演讲，以下为主题演讲内容。
孚能科技（赣州）有限公司董事长王瑀：
我看了吴院士还有刚才做测试的张主任讲了关于新材料方面的研究，未来锂电池发展方向还有一些测试的研究，作为我们企业来说，我们这方面虽然做了一些工作，但是深度、广度都不如学校和研究院。企业比较关心的就是产品，未来产品路线图，未来如何满足客户的要求，满足我们OEM客户的要求，能够满足老百姓的要求，对新能源汽车电池的瓶颈大家也知道，一个是续航里程，一个是成本，一个就是充电速度，再一个就是安全。我今天主要讲一下对我们来说，我们下两代电池应该是什么样的电池？目前的进展情况怎么样？给大家做一个简单的汇报。
今天我汇报的题目是“孚能科技车用高比能动力锂离子电池的开发与进展”，可能很多企业不太了解孚能，孚能科技在2015年之前基本上产品出口美国、欧洲，并进行市场的验证。孚能科技是一个专注于做动力电池的企业，目前生产基地在中国的赣州，新的基地在镇江，目前在快速的扩展。欧洲和美国都在建，研发中心在硅谷，另外在德国的斯图加特，目前有员工三千多人，目前是中国最大的软包电池生产商，目前占市场大约40%左右，在全球仅次于LG，第二大软包电池生产商。
简单介绍一下孚能的发展历史，孚能是2002年在美国硅谷成立，2002到2009年是技术开发阶段，投入大量的金钱和人力，主要是开发适用于新能源汽车使用的高比能量锂离子电池及其系统技术的集成，包括管理。2009年在赣州政府的支持下，在赣州建立了我们第一个产业化基地，产能0.35G瓦时，2010年到2014年，产品主要供应美国、欧洲，用于测试一些动力的使用情况，包括高速摩托车APU系统、刹车、特种车等等，2015年开始进入中国市场，0206年第三季度开始向中国市场供货。产能在2015年开始加速扩产，2016年达到了0.25个G瓦时，2018年完成了1亿美金的融资，成为2017年到2018年全球锂离子电池融资最多的企业，估值超过了10亿美金，成为独角兽企业，产能迅速扩张到5G瓦时。今年开动了镇江20G瓦时的扩产，德国的研发中心在斯图加特也成立，目前总的出货量在中国在乘用车方面名列前三名，目前占软包市场大约40%的份额。
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%
目前孚能的产品主要面对乘用车，这里面我举了很多其他车的应用，这些应用主要是在欧洲和美国市场上，为了验证孚能电池，我们选择了几个项目来做汽车电池的验证，包括工艺打通，人员的培训，以及产业化以后在几年试验过程中长达万万英里电池使用情况。孚能的重点还是乘用车，主要是三个方面，一个就是微混，然后插电，再加上纯电动，这三个方面的应用。
今天为了切合会议组织者给我提出这样一个题目，我今天重点讲一讲我们孚能科技在纯电乘用车电池方面现在中期以及未来开发的电池是什么样的电池。这个是我们的孚能科技纯电动车电池的路线图，从2014年开始，我们开始生产220瓦时/公斤的软包电池以来，这个电池广泛应用在各种各样的乘用车上，这个包括A00级车一直到C级车，孚能全系列向中国市场供货，到目前为止也是在轿车方面目前出货量是最多的。我们导入了双极耳电池，未来准备量产的电池一会儿还会介绍一下。还要介绍一下在研的电池，在2025年准备投产的电池该是什么样的电池。
目前孚能量产电池还是主要集中在以石墨为主，以三元材料为正极的这样一个系统。能量密度在240瓦时/公斤这样一个能量密度水平，包括双极耳，包括单极耳，目前大部分车厂的应用都在使用这款电池，来满足续航里程在300到400公里左右这样的续航里程，系统的能量密度可以从120瓦时/公斤上升到180瓦时/公斤。目前，根据整车的要求，以及电池包的要求，能量密度会有些变化。再就是为了符合中国政府对能量密度的要求和补贴的挂钩，孚能根据车厂的要求，在不断调整系统的能量密度，在140-180瓦时/公斤之间来进行调节。
这是大概的循环寿命的一些情况，我稍微说一下，这是我们的量产电池的情况。目前三元电池循环情况非常不错，非常成熟了，主要是以三元111、523、622为基础做的目前这个产品，主要是石墨、电解液也是通常的电解液，都有一些其他的添加剂在里面。这个电池可以调节成符合各种车辆的需求，有的车辆需要低温好一点，有的车辆需要动力好一点，有的车辆需要续航里程好一点，这个需求完全不一样的情况下，孚能会根据客户的需求，来对电池进行微调，来满足整车厂不同工况的要求。
这款电池从能量密度方面，相当于循环寿命方面，从低温方面，从动力方面，从充电速度方面，都是一个比较好的结合。目前也是主流应用于我国各种乘用车上，包括A0级车，从轿车到SUV等等方面，这是目前孚能正在量产的电池基本的情况。
安全性能，这个电池也是非常不错。尤其大家比较关注的针刺，这个电池的针刺可以通过过去的老国标，软包电池有安全性能方面有一个很大的难点，就是过充，这个跟方型电池不太一样，方型电池可以通过机械的手段通过过充测试，但是针刺有很多麻烦。对软包电池来说很难加上这些装置，所以过充将是一个难点。在过充方面我们做了大量工作，另外一个难点，对所有电池来说就是针刺。孚能通过长期的研究，确实把电池的针刺控制在可控的范围之内。能够满足客户和我们国家的标准，这是我们目前量产电池的情况，不详细介绍了。
另外一点，我们准备在2019年量产，供应国内外客户的这一代电池情况，现在电池大约能量密度在300瓦时/公斤，孚能也是到目前为止，已经进行了将近7年的研发，从材料的选择、材料的开发到实验室电池的设计，从2016年开始进入产业化阶段的开发，目前已经进入到成熟阶段，进入到量产阶段。这个电池将为下一代的新能源汽车无论是国内还是国外做配套，大家可能会在新的一代车型当中看到这款电池。
讲到这个电池的能量密度，对量产能量密度大家都比较熟悉了，基本上都是以石墨为基础，以三元材料或者镍钴锂材料为主，我从1996年以来一直从事锂电池的开发，我那时候从事开发遇到的问题，跟现在是一样的。就是如何提高能量密度，如何改善安全，如何降低成本，如何解决充电速度。现在这个课题也是一模一样的，只不过能量密度已经达到了将近240瓦时/公斤了。过去20多年，从1990年开始一直到现在2018年，我们做了很多的工作，都是跟物理工作有关系，无外乎相当于我们的电池材料越做越好，能量密度提高，有材料方面的提高，向111、532、622、811的提高，另外一种方式，电压的提高，从过去最早的我们投产4.1伏的电池变成4.2伏、4.3伏、4.4伏，从粘结剂10%，现在基本减少了1%、2%，这么多年大家都在做这个工作，大家在不断努力，不断提高，从过去186501.25安时电池现在发展到3.5安时的电池，孚能对下一代电池的发展也是这样一个途径。目前我们觉得300瓦时/公斤这样一个电池可能对石墨系统，对目前的三元系统来说，就是一个最高的瓶颈。目前来说我们还没有突破，目前这代电池整个的趋势和2020到2021年量产，无论是国外国内客户，大家都认为这代电池已经是公认的下一代汽车使用的电池。这代电池可能会使用到2025年甚至更长一段时间，这代电池我们依据石墨，依据现有的三元体系，高的三元体系，能够做到目前最高的一个能量密度，确保循环安全，充电速度、成本等等方面的需求。这里包括很多方面的改进，也包括大家知道的导电剂、添加剂、电解液、铜箔、铝箔、材料的改进，包括单晶等等，大家所想到的基本上都做到了。
下面介绍300瓦时/公斤电池的一些性能，目前这款电池已经进入到产业化阶段，很快就会大规模量产，为整车厂进行配套。这款电池是大约在290瓦时/公斤到300瓦时/公斤，根据客户的需求。这款电池目前从循环寿命方面与我们当前开发产业化的240瓦时/公斤的电池区别不是特别大，充放电的情况下，目前循环可以达到90%这样一个容量的保持率。低温性能各方面也是非常不错，这个也是软包电池，孚能只生产软包电池。
这个给了电池倍率的情况，还有从0.27放电到3放电，这么高的能量密度，但是倍率也是非常不错。除了循环寿命之外，倍率低温以及循环寿命，倍率都是能够满足目前整车厂的要求，同我们现有量产的电池区别都是不大。安全也很好，这个不讲了。
这是孚能现在在研的项目，这个项目从2007年开始做了一些研究，进入到电池设计大约从2015年开始，计划这个项目在2019年要结束，进入到产业化开发阶段。这是属于最早初期产品的开发，都在问我们下一代锂电池哪个方向发展，哪个最实际，哪个可能成为2025年整车厂用的产品，孚能更关心这个问题。我们的目标就是400瓦时/公斤的电池，我们做了一些对比，大家看到前面这张图，负极材料以及正极材料的选择，在这个设计范围之内，我们大概的能量密度达到多少，孚能提出的目标就是400瓦时/公斤这样一个目标。可以选择的材料，我们做了大量的研究，最早从2005年开始研究硅碳材料还有铜材料等等一系列材料，到2015年之后我们集中力量在硅碳材料，在高镍材料上。我们看到黄线，随着碳材料能量密度的增高，从开始加大硅碳比例，一直到纯硅碳往上走，对现有高比能量的高镍材料来说，可能我们这个极限最高的能量密度到450瓦时/公斤左右。目前孚能聚焦在400瓦时/公斤，我们也做了大量的在正极材料方面的工作，大量在负极材料方面的工作，这里选择有硅碳、硅合金、氧化硅、硅纳米、高镍、富镍材料，做了大量工作。这个是我们的一些结果，对于整个测试，时间有限，对详细结果就不去讨论了。大家看到的下面这张图，这是我们目前进展的结果。400瓦时/公斤的电池目前我们在实验室中试阶段，我们可以做到大约700、800次循环，有80%的能量密度，循环寿命，但是这个产品离产业化还很遥远，尤其是硅碳材料，我们对这个材料在整个循环生命过程中的变化还不是很放心。至于它的安全性能各方面在循环过程中的一些结果的变化，我们还没有把握。孚能预计这个产品的量化产业化可能会在2025年左右。我希望通过未来3-7年的时间，我们能够对这个材料有充分的掌握。确保2025年能够为整车厂提供400瓦时/公斤这样的量化产品，使我们整个新能源汽车的续航里程再有一个突破发展，升到600-800公里，成本下降一半，体积减少一半。这就是我们的一些目标。
最后，我做一个总结。大家比较关心我们未来整个新能源汽车发展究竟是什么推动，对厂家来说，跟吴院士大学研究院研究不太一样，对我们来说产品开发的路线是受客户和政府的影响是比较大的。在中国主要是受中国政府及补贴政策的影响，能量密度是我们主要提升的方向。但是对国外客户来说能量密度是他们一个很重要的要求，但是不是唯一的要求。另外他们还要求充电的时间，还有成本，再一个，选择的更多，他会把混动、插电、微混作为他们选择的方向。他们这些所有选择的方向主要还是要满足国外对CO2方面的要求，目前孚能开发的所有技术，力争于满足无论是中国还是美国还是欧洲这些车厂对电池的需求。
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