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王庆生:三到五年内可能研究出新电池材料

钜大LARGE  |  点击量:142次  |  2021年09月22日  

摘要
2012年1月5日、6日,2011全球新能源汽车大会将在北京国际饭店盛大开幕。以下是威海东生能源科技有限公司总经理王庆生先生的发言全文。威海东生能源科技有

2012年一月五日、六日,2011全球新能源汽车大会将在北京国际饭店盛大开幕。以下是威海东生能源科技有限公司总经理王庆生先生的发言全文。威海东生能源科技有限公司总经理王庆生先生:大家上午好。我今天重要讲的是多孔态聚合物锂离子动力锂离子电池及隔离膜与系统集成技术。


近五年的发展计划,我先说一下多孔态聚合物锂离子动力锂离子电池,我们提出了一个多孔态聚合物,差别于固态和液态。我们现在具体说一下我们公司产品的特点,我们公司的产品隔膜技术非常独特,因为我们公司在国际上是首家采用有机无机复合膜的,完全差别于日本和美国的结构膜,由于这种膜的技术带来了电池体积的改变。我们产品已经通过了国家的资质认证,201、欧盟的认证。


我本人在俄罗斯从事研究工作,所以我们跟俄国的大学合作比较多。我们在国内国外也是有为数不多的四所学校跟我们一起致力于材料和电化学技术方面的研究。


这个数据来自于第52届日本电池研讨会,也是日本情报所的数字。2012到2020年动力锂离子电池发展部分。在锂离子电池包括聚合物电池未来的发展过程中是呈上升趋势的。也是给锂离子电池带来新的发展机会。动力锂离子电池应该具备一个什么样的条件,什么样的电池可以称为动力锂离子电池。我国动力锂离子电池的厂家有很多。我们现在有700家左右。但是真正做动力锂离子电池的不多。


动力锂离子电池应该具备的条件:具有高安全性能,宽温度窗口,适合大功率充放电。要解决这些问题,要从方方面面去解决。我们在解决电池技术方面,不光是一个电化学技术的问题,而是在在料、工艺、结构、系统都要去研究。


看一下技术指标,左边这一行是国家的标准,这一次863国家十二五计划提出来,我们在磷酸铁锂,85瓦时每公斤,是根据磷酸铁锂提出来的。现在东生电池已经达到130瓦每公斤,重要原因是我们采用三元复合材料。


作为电池,大家很关心在五大材料里,唯独在国内没有形成产业化的就是隔离膜技术。从事这方面的应用,包括在这方面研究的工作还是存在着一些发展的空间。我们公司在这方面一直致力于在研究差别于传统的隔离膜。右边是日本的隔离膜,左边的是东生的隔离膜。结构膜也是高分子材料,但是制作方法不相同。


我们在讨论电池安全问题的时候,大家很关注体系问题,其实在安全性上,一个就是电极液,一个是隔离膜,一个是正极。他们三个之间有不可分割的关系。假如我们来解决电池工作的条件或者是他存在的能量交换的问题。我们首先要考虑它的交换模式,我们先考虑电解液怎么样进行交换,存在的模式是什么样。要解决什么样的问题。在电池设计方面,一种是从物理层面,一种是从化学层面。我们怎么解决物理层面和化学层面安全的问题。


这是市面上存在的几种电池模式,一种是卷绕的,一种是叠层的,还有一种是东胜的叠片。电池的使用寿命长、均匀性要好,要解决在充放电的时候,电容的均匀性要解决。假如把温度降下来,或者产热很低,我们解决它的极化和能差变化的问题。起码我们在延长他的寿命。大家看到了它的差别,没有采用一种很好的设计。解决了电池寿命的问题。充放三百次、五百次以后,为何脱粉?电化学动力学就是这样的,在不断的充放过程中,材料总要有脱落。让它不脱落或者少脱落很重要。我们要保证它的能量,或者后期的离散性是怎么样的。要解决电池充放电的时候尽量减少能差极化。电流分布的均匀,所以我们在结构上要着重于设计。


从材料结构上来看一下,这是目前大家运用最多的几种材料。现在主流市场上应用的都是磷酸铁锂,我们一直采用三元复合。未来三到五年之内,还会有新的材料出现,我们公司也在一直致力于这方面的研究。现在新的体系已经出来,包括日本一直采用分母体系的。还有硅酸盐体系的,还有碳酸盐系。不管怎么样,新材料体系的发展是未来下一个重要发展目标。想解决什么,解决能量密度两倍,价格争取降到两块钱一瓦时。但是现在肯定还要一点时间,但是我们觉得三到五年之内肯定会解决的。


大家也关心磷酸铁锂和三元材料的特点和应用上的差异。我们一直在强调,每一种电池的应用,不在于采取什么材料,而在于能不能把这种材料用好。每一种材料都有它的优势和劣势。我们把它的优势发挥到极限,或者把稳定性做到最好。就做成了号电池。假如我们把整个体系放在一个平台去考虑,我能把劣势抑制住,把优势发挥出来。这就是一个好电池。


磷酸铁锂和三元复合,我们公司为何要采用三元复合材料?它和磷酸铁锂比有什么优势?稳定性好。很多厂商说三元的安全性不好。你们怎么办?大家有一个误解,在锂离子电池中,设计安全性带来的因素非常多,而不单单是一个正极材料的问题。三元符合和磷酸铁锂两者氧化放电速度有差别,而不是安全性有差别。电解液在130度就完全气化了。一个体系要做的好,不是光考虑用哪一种。这只是决定它的功能性和一方面的问题。而更重要的是它的整个体系和结构架构的问题。


这是一个背离的曲线图,我们重要考察了它在3C和5C的情况下,温度的变化和温升。它在零下45度和零下50度的应用。


我们做了这么多,从材料、结构、设计方面上去解决什么呢?从隔膜上我们就是解决电池的电和热的转化问题。假如在电池设计过程中,或者在应用使用过程中。假如在充放电使用过程中,产热很小,无论从物理或者是化学层面上,就可以保持控制电池的寿命延长性。我们和日本的膜最大的差别是,我们的隔离膜比表面是日本的8到10倍。我们解决了吸液率和保液率的问题,解决了离子交换速度和交换通道的问题。传统的电池,隔离膜起的用途也是交换,但是孔隙非常低。但是我们可以面对面的交换。中间这种膜起到了半电解质隔离膜的用途。


这上面罗列了五个方面,这是我们电池的产品性,我们产品从电池做到了模块,其中也包括电池的隔离膜。这是模块的测试。这是电池组,大家可以看到我们这个模块的设计。我们考虑到软包电池的组装模式,组装是非常关键的。大家了解在环境工作温度,其实在车上应用,特别是在高温地带,深圳、华南地区、印度,这样的地方环境温度比较过,即使电池不产热,它的工作环境也是非常致命的。所以我们要考虑到它怎么样进行热交换和交流。我们在设计电池组装的时候一定要考虑到车在启动和运行过程中能够把热量带走或者进行交换。保护系统一般在BMS里都提到了,电池的管理系统中有这种保护或者均衡。我们还是采用两种保护,一种是BMS,一种是硬件保护。航天系统比较重视的就是硬件和软件同时具备。电池的均衡在后期的使用中是非常关键的。一千多克电池在一个车上运营的时候,特别是在工况情况下使用,会造成处理不均匀,早晚会出现有一个被淘汰。我们怎么办?延长他的寿命,有效提升他的使用效率。在这个过程中要做大量的工作,一般的BMS要做到3安5安的很少,一般都在1安以内的。现在这个产品已经在批量的应用于小车上。这是它的效果图,可以看到对离散性的控制。


我们在电池的使用安全上非常关注,我们像飞机相同采用黑匣子管理,或者在充电终端上或者车上加上电机控制。我们把电池做好,还要把它的应用和管理做好。但是现在因为各厂家的针对性,我做BMS的做BMS,做电池的做电池,中间总是有脱节。大家说我们公司可能做的太多、太杂,不专一。但是我们一家在做体系电池,我们从三元复合、多空隔膜到复合材料,为何我们自己研发?因为市面上没有我们自己做的东西。所以带来了我们必须要把这种体系建立起来,完善它。我们现在看怎么能够保持电池的一致性。上车的安全性上你怎么样去做?这个在应用中非常关键。我们在生产工艺上有很多的方法。但是我在这里要说的就是,我们为何很多车着了,或者电池在使用中会出现着火的现象。假如涉及到电池,就是一个原因。所以,微短的问题怎么控制,怎么处理短路的问题。所以在隔膜的测试和电池的短路性上,我们要严格的测试,我们一般都在600伏下进行绝缘测试,保持电池的安全性。


我们电池的电极有什么特点呢?第一,我们有多孔电极。第二,有自主的知识产权,隔离膜技术。第三,我们有全套一站式的服务,从材料一直做到电池PARK。我们在电池价格上也跟各家做了一个比较。这是尼桑的,这是通用的,各家电池的比较。这是我们服务的车厂和客户。俄罗斯冬奥会的公交车,全部用东生电池来供应。我们电池从安全性和低温性上,目前还是趋于领先的地位。


满电状态下,除了挤压以后挤碎了,我们的电池破坏了以后还可以保持工作,它的安全性确实非常独特。谢谢大家!



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