解密高比能電芯！欣旺達電動汽車電池梁世碩：堅持混動和純電發展策略
日前，在“2022中國（遂寧）國際鋰電產業大會暨新能源汽車及動力電池國際交流會”的“迎接新能源汽車快充時代”主題論壇上，欣旺達電動汽車電池有限公司中央研究院副總經理梁世碩博士圍繞“高比能動力電芯的挑戰和開發策略”作主題演講。
截至目前，中國新能源汽車產銷量已連續七年領跑全球。在過去幾年里，新能源汽車應用場景中涌現出眾多品牌的動力電池，優勢各異、鏖戰尤酣。成立于2014年的欣旺達電動汽車電池有限公司，面對激烈的市場競爭，選擇了“左手混動，右手純電”的發展策略，全面布局交通運輸、新能源等領域，并通過技術創新、精細化運營，提供有競爭力、情景化的動力電池解決方案。
發展至今，欣旺達電動汽車電池有限公司取得了令業界矚目的豐碩成果。梁世碩介紹道，“2022年 1-9月，HEV電池裝機量欣旺達排名國內第一位，動力電池裝機量排名國內第五位、全球第九位。”穩坐動力電池領域頭部陣營。
全球化布局方面，梁世碩表示，“欣旺達被評為全球動力電池TIER 1生產商［有資格供應超過1家跨國OEM/EV生廠商（海外市場），且年累積產能＞5GWh］，是全球9家獲此殊榮的行業企業之一。”
如今的欣旺達不僅研發能力強勁，授權專利數超1200項，研發設備超3000套，研發人員超1500人，其中博士超100人；而且現已建成及在建動力電池生產基地8個，分別是廣東惠州、江蘇南京、江西南昌、山東棗莊、四川德陽、浙江義烏、湖北宜昌和海外基地，規劃產能超500GWh。
欣旺達并不滿足于現狀，積極進軍高比能動力電池市場。梁世碩在此次交流會上分析了高比能動力電芯市場的機遇和挑戰，并分享了含金量十足的欣旺達開發策略和進展。
當前，電動汽車市場的主要焦慮包括里程、充電、保值、安全隱患四個方面。
梁世碩指出，“為緩解里程焦慮，電動汽車裝電量及續航里程呈逐年增長的趨勢，預計后續標桿車型裝電量將達150KWh，續航超過1000km。高裝電量的同時，為保持寬敞的車內空間并減少車輛總重量，高比能（高體積能量密度及高重量能量密度）電芯成為首選。”
據介紹，“在高比能電芯規劃方面，欣旺達動力電池兼備高能量密度和快充性能，能量密度覆蓋280Wh/kg-350Wh/kg，實現15/20/30分鐘快充，系列產品都將陸續推向市場。”
梁世碩認為，“目前市場上廣泛應用的是鎳三元和石墨體系，要達到高比能，高鎳三元和硅基是必經之路。而這兩種材料在電芯循環、膨脹及安全方面帶來了很大的挑戰。”他從三個方面做出詳細分析。
高鎳正極材料的挑戰：
一是Ni含量升高，結構穩定性下降，更易發生不可逆相轉變，伴隨晶格失氧，導致循環和安全性能惡化。二是Ni4+氧化性強，高鎳材料失氧溫度更低，失氧量更大，導致循環產氣，安全性能惡化。三是高鎳材料充放電過程中c參數變化更為劇烈，顆粒破碎加劇，導致循環和產氣惡化。
硅基負極的挑戰：
嵌鋰過程伴隨劇烈膨脹，脫鋰后材料收縮，體積反復變化導致材料粉化或從集流體上脫落；同時造成界面暴露在電解液中，不斷形成SEI膜，導致內阻增加，同時惡化存儲和產氣；脫嵌鋰體積變化和體相電阻高的特性，容易造成循環過程中脫離電接觸，加快容量衰減。
硅基電解液的挑戰：
硅負極的膨脹使電解液很難形成穩定SEI膜；高含量FEC與鋰鹽相互促進分解，生成HF，破壞正負極界面、腐蝕活性材料顆粒；匹配高電壓三元正極或高鎳正極時，界面氧化性強催化電解液分解；應用方面，常規電解液添加劑一般會使電池的DCR增長，從而不利于快充性能。
針對以上挑戰，欣旺達提出他們的開發策略。
高鎳材料開發上：梁世碩表示，“一方面，由團隊自主開發的機器學習力場勢函數，實現材料精確計算，針對高鎳體系，計算了近30種摻雜元素的影響，結合Li/Ni交換能等多緯度計算結果，優選出了提升材料循環壽命和安全性能的最優摻雜元素。”
另一方面，體相均勻摻雜工藝和晶面取向調控也是高鎳材料開發的重點和難點。“提升制作工藝，調控前驅體晶須形貌和燒結，減少失氧，緩解顆粒開裂，進而提升循環性能和安全性能。”
氧化硅材料探索上：梁世碩表示，通過仿真計算，調控氧含量材料體積膨脹可降低一半。此外，通過調控硅酸鹽相、摻雜技術，使快充性能明顯提升。
電解液改善策略上：調配并使用的硅負極成膜添加劑、除酸添加劑、耐氧化溶劑、新型成膜添加劑成功解決SEI膜、HF腐蝕、改善產氣、耐壓性、相容性等問題。提高了電解液循環能力和存儲能力。
以欣旺達300Wh/kg高比能電芯為例，已具備長壽命、低循環膨脹率、高安全可靠性、模組無熱擴散等優勢。梁世碩介紹道，“在三亞市實際運行工況下，欣旺達高比能電芯服務壽命可達8年且16萬公里質保壽命SOH_均值為：82.33%，滿足80%的能量保值率要求。同時，電芯EOL滿電膨脹率及滿電膨脹力值均顯著低于客戶要求，實現低循環膨脹率。在60 ℃ 極端自然環境下對電芯進行外短路、過充、雨淋、電擊測試：不起火、不冒煙、不漏液；淺表針刺和暴力撞擊測試：只漏液，不起火、不冒煙。說明該電池具有極高的安全可靠性！”
欣旺達高比能電芯電池模組是當前市場上最安全的電池模組之一。通過先進的熱阻斷材料、液冷工藝和模組設計，欣旺達高比能電芯成功實現電芯之間熱阻隔，減少電芯間異常反應對臨近電芯的影響，有效提高電池模組維修和使用的經濟性。
同時，通過優異的模組設計，提高電芯冷卻性能和阻隔電芯間的異常熱量傳導，實現電芯不起火、不傳燒，從而實現經濟實惠、安全耐用的產品開發目標。
產業布局方面，梁世碩表示，“欣旺達將堅持混合動力和純電動力電池并重的發展策略，助力交通運輸領域等雙碳目標的達成。”
產品矩陣中，據梁世碩介紹，“欣旺達HEV電池產品，已具備最高100C高倍率放電能力，50000次循環壽命，以及高安全可靠性，目前已向雷諾、日產批量供貨，與85%國內主流車企形成合作，海外定點企業也達11家，包括德國大眾集團。”
超級快充電池產品，已實現充電五分鐘續航200km的能力，目前小批量量產，合作車企有9家，批量化市場應用行業領先。
此外，欣旺達ESS 磷酸鐵鋰電芯實現6000-16000次循環壽命，已向國內外頂級儲能客戶批量化交付。高比能BEV三元電芯，正在開發280Wh/kg-350Wh/kg電芯，將滿足國內外客戶長續航高端車型需求。
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