駱兆軍：比克動力電池進(jìn)展
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術(shù)交流會展覽會在深圳會展中心開幕。深圳市比克動力電池有限公司駱兆軍博士在技術(shù)交流會上發(fā)表主題演講。以下是演講正文：
感謝劉總給機(jī)會，能和大家一起分享比克近兩年的進(jìn)展，兩年前也在這里講了。我的報告從以下幾方面展開。
一是比克的發(fā)展歷程。
2009年，今天寶馬也有人來，我們在寶馬上第一次把18650的電池作為動力電池成功裝車，這是2009年。繼之后，2011年，我們首次用18650的電池驅(qū)動200臺的謎迪沙漏運(yùn)行，單車運(yùn)行40萬公里。2014年的時候，我們的2.4AH的動力電池量產(chǎn)，2015年的時候我們的整包電池突破年產(chǎn)1萬臺套，同年我們的2.9AH量產(chǎn)，2.9AH是我們比克，也是中國第一個高鎳+硅合金體系的18650的電池，今天我會重點(diǎn)講這方面的技術(shù)。2016年，我們當(dāng)年累計(jì)銷售新能源車超過5萬臺，2017年的時候，我們成為國內(nèi)第一家通過整包熱失控的鋰電制造商。截止到2017年底，我們總共是出貨裝車11萬臺，沒有一起因電芯引發(fā)的安全事故。
在產(chǎn)能方面，我們是在今年年底達(dá)到12GWH，計(jì)劃2020年的時候會達(dá)到20GWH，比克的18650的產(chǎn)線一直是住打全線自動，而且整線來自國外的高端進(jìn)口設(shè)備，做到極致的防呆設(shè)計(jì)。高速線目前的速度做到220PPM，直通率95%以上，行業(yè)領(lǐng)先。動力電池的份額占到10%以上。
研發(fā)，不光自主研發(fā)，還和國內(nèi)外的高校和科研院所合作開發(fā)，同時設(shè)立了高校的獎學(xué)金和研究機(jī)構(gòu)，歡迎在座的研究機(jī)構(gòu)和我們合作，共同提升我們的研究能力。
專利，800多項(xiàng)，80%是發(fā)明專利，領(lǐng)銜803計(jì)劃，承擔(dān)很多國家科技攻關(guān)項(xiàng)目，還主導(dǎo)了很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
2015年開始，比克開始正式量產(chǎn)，高鎳+硅合金的體系，今天我重點(diǎn)來講一下高鎳和硅合金體系近兩年的研究進(jìn)展。
在高鎳方面，我們發(fā)現(xiàn)碳酸根+氫氧根的濃度和年度有一定的相關(guān)性，其實(shí)會對加工過程產(chǎn)生影響。實(shí)際上我們在從2014年底開始準(zhǔn)備量產(chǎn)高鎳+硅合金材料的時候，對產(chǎn)線做了很多整改，跟高鎳的環(huán)境適應(yīng)性有很大的關(guān)系。同時我們對碾壓過的材料和未碾壓的材料做對比，其實(shí)它有發(fā)生一點(diǎn)變化。同時我們對于811的材料，對鎳含量不同的三款材料做對比，它的鎳含量越增高，最下面的紅色鎳含量最高，含量是83，分別是80、81和83，同樣設(shè)計(jì)、同等條件下，循環(huán)壽命是明顯會不好一點(diǎn)。同時，我們對比了NCM和NCA，說高鎳，有時候用NCM，有時候用高鎳，這個表格的對比，NCM的含量不到80，NCA已經(jīng)是81.5，我們通過DSC的風(fēng)可以看出，其實(shí)相同的鎳含量，甚至鎳含量稍微高一點(diǎn)，NCA的穩(wěn)定性仍然好于NCM。循環(huán)特性上，在常溫循環(huán)上，是稍微差一點(diǎn)，但是高溫循環(huán)的后期，下角的圖，明顯可以看到后期這個NCE的循環(huán)穩(wěn)定性明顯好很多。
研究報道，其實(shí)碳酸鋰的含量高，綠色的這根線是碳酸鋰，紅色的線加了5%的碳酸鋰，下面沒有。它的含量越高產(chǎn)氣量越大。那邊對NCA在幾種不同條件下的對比，產(chǎn)氣量是水洗過后最小，一般水洗過會對它進(jìn)行包覆，這樣對穩(wěn)定性會好很多。我們選取了一款NCM811的產(chǎn)品和水洗包覆的產(chǎn)品做對比，水洗過后不管比容量、克容量，對容量發(fā)揮有很大的提升，首效也有提升。鎳含量一樣。循環(huán)壽命，不管是25度還是45度的循環(huán)壽命都有很大的提升。
高鎳本身的不穩(wěn)定性，嗜氧，對二氧化碳的不穩(wěn)定性決定它整體過程很難做，對材料的訴求是最好在外表面鎳含量比較低，在中間是鎳含量比較高，這樣不影響高融的特性。我們選擇了濃度梯度材料和常規(guī)的NCM811做對比，可以看到濃度梯度的材料首效比較高。25度的循環(huán)沒有太大改善，但是高溫循環(huán)上可以看到具備濃度梯度的材料循環(huán)特點(diǎn)再循環(huán)后期有很大的提升。除此之外，我們跟科研院所共同對高鎳材料成膜的特性做研究，這是其中一項(xiàng)研究成果。這里面有兩套體系，上面是1號體系，下面是2號體系，不管是對制完片的干極片還是后面的極片，包括0.1C充55分鐘，包括充電到4.2V，這些狀態(tài)進(jìn)行對比，兩個體系的差異性很大。通過一系列的安全測試能夠顯示出來，1號體系和2號體系相比，它的熱穩(wěn)定性相差非常大，1號體系明顯要穩(wěn)定很多。
硅合金也做了很多探討，這里面重點(diǎn)探討的是碳化硅和氧化亞硅，還有硅鐵合金，那個批量過后有問題。碳化硅的效率是相對首效比較高，氧化亞硅首效低。為了解決這個問題，我們做了大量的研究工作，在這里面，我們進(jìn)行了不同的過量比的對比，可以看到隨著過量比的提升，老化容量損失會有最優(yōu)值，不是一直增加的，也不是一直降低，會在某個點(diǎn)有最優(yōu)值。但是EC的放電容量隨著NP比的增長，容量有下降，下降的還比較多。在這個過程中，我們可以看到，其實(shí)在過量比比較低的情況下，它有一個小的平臺，在那邊也可以看到，在4.1幾V的情況下，有一個平臺。循環(huán)的特性下，過量比比較低的情況下，它的循環(huán)特性是比較差的。當(dāng)然吸鋰造成的。
接下來我們對相同的體系沒有做任何更改的情況下，我們?nèi)匀粚λ隽藘?yōu)化，這個優(yōu)化過程其實(shí)就是集合在我們的老化過程中，整體的老化過程中。這個過程通過優(yōu)化之后，電池的設(shè)計(jì)不變，只是優(yōu)化了工藝過程，這個時候，它的吸鋰的現(xiàn)象消失了，所有的NP比情況下，它的循環(huán)都有很大的提升。通過這種方法，實(shí)際上我們將氧化亞硅的效率提升到了非常好的可以接受的地步。我說非常好，83.5肯定不能接受，肯定是可以和高鎳材料相匹配的地步。
針對硅的導(dǎo)電添加劑做了探討，對粒狀、小顆粒狀，包括線狀，還有長城的，右上角的圖，三種導(dǎo)電添加劑，在配比完全不變的情況下，其實(shí)有非常大的差異。我們用了長城的導(dǎo)電劑，其實(shí)把脫落的硅束縛起來，它的循環(huán)壽命有很大的提升。我們嘗試采用新型的粘貼劑，藍(lán)色是新型粘接劑，可以看到中間對整體的石墨的有很好的束縛，一般碳化硅有超過30%的膨脹，但是用新的粘接劑，膨脹低于25恩%，循環(huán)壽命有很大的提升。提升的主要原因是粘結(jié)劑和表面形成氫鍵，使它的膨脹得到緩釋。
高鎳、硅合金對電解液有特定要求，前面是對正極添加劑的優(yōu)化，1號添加劑具有更低的氧化電位，1號和4號的添加劑對負(fù)極有更高的還原電位。配方C大幅度降低它的電阻，包括負(fù)20度的時候，DCL降低很明顯。常溫的循環(huán)有一個很大的提升，盡管在高溫性能上還沒有體現(xiàn)出來。
動力電池，我們給客戶承諾一千次，高鎳一千次，不排除在家里做到一千六百次、兩千次，這里面資源浪費(fèi)很多。我們通過三電極做了整體ESS來測它的RCT。上面的圖是不同批次的電芯，通過ICT的變化值可以定性預(yù)測循環(huán)壽命，下面是不同設(shè)計(jì)、不同化學(xué)體系的壽命。這個可以大大提升我們設(shè)計(jì)的開發(fā)速度。
圓柱電芯和方形等比，我們對它進(jìn)行詳細(xì)解析。這里，我們可以看到，黑色是全電池的內(nèi)阻，負(fù)極的是藍(lán)色，紅色是正極，電阻完全可以分解出來。這里在常溫下可以看到黃框框，常溫下這個SCI膜和船和內(nèi)阻沒有辦法進(jìn)行區(qū)分，但是我們在低溫下，低溫負(fù)20度，5% SOC的阻抗譜圖可以看出SEI膜的形成和串和的內(nèi)阻明顯區(qū)分出來，幫助我們在設(shè)計(jì)的時候通過對離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電，通過不同的方式有效降低電池的內(nèi)阻，同時我們發(fā)現(xiàn)時間、溫度等信息都會對我們的電池內(nèi)阻產(chǎn)生一定程度影響。
我們的產(chǎn)品規(guī)劃布局，總共三個大方向、七個系列，3C重點(diǎn)談是高容和快充，圓柱形是21700和18650，方形動力電池是EV、PHEV和HEV。這是我們的產(chǎn)品布局。
重點(diǎn)講的是，今年我們會推出圓柱3.2AH，能量密度245WH/KG，會推出4.5AH和4.8AH，能量密度255WH/KG的產(chǎn)品。3C今年的研發(fā)重點(diǎn)是在4.45AH。18650推出3.2AH，能量密度250WH/KG，還有4.8AH和4.5AH。方形推出50AH和48AH。比克動力有史以來所有的電動汽車的所有的產(chǎn)品。下面我分別結(jié)合案例快速過一下。
2.0AH的產(chǎn)品，用111的三元材料做的，循環(huán)壽命輕松做到三千次，而且是25-45度都可以做到三千次，裝在寶馬的迷你上。2.1AH，仍然是111三元材料，也是三千次。
2.15AH，也是2.2，0.2C。我們在2014年開始大量銷售的，當(dāng)時裝在眾泰的車上，2016年的時候排名還是比較靠前的。
2.4和2.15的電芯，這兩款電芯開使用到532的三元+石墨，循環(huán)壽命一千次。2.4是用在上汽、通用、五菱E100上。
2.5是一款高功率的產(chǎn)品，是20A放電做到500次循環(huán)，在85%以上，這款倍率特性很好。
2.9AH，在2015年我們下線的高鎳+硅合金產(chǎn)品，2015年到現(xiàn)在量產(chǎn)了今年的第四個年頭，是中國第一款推出來的產(chǎn)品，已經(jīng)運(yùn)行了將近整整3年的時間。這款產(chǎn)品做到48分鐘快充，充到80%SOC。30-80%SOC只要30分鐘就可以充滿電，200臺出租車采用快充模式，現(xiàn)在跑到10萬公里，表現(xiàn)非常好，批量出貨，出貨一年多。這個產(chǎn)品首次在中國通過了整包的熱失控，現(xiàn)在國家已經(jīng)下達(dá)了熱失控測試的方法，就是在5分鐘之內(nèi)不發(fā)生起火爆炸，事實(shí)上比克的電芯不只是5分鐘，是任何時間都不出現(xiàn)。解決熱失控，化學(xué)體系上這是一個大頭，占到60%的影響，然后是硬件結(jié)構(gòu)，第三個是模組。這三個方向分別結(jié)合起來，突破整包熱失控的問題。這個產(chǎn)品出活一年多的時間，目前反應(yīng)良好。2.9的產(chǎn)品可以熱充，而且做奧整車熱失控，不會發(fā)生。
3.0電芯，高鎳還是硅合金，和2.9的差別是鎳的含量再次提升，82%左右。硅的含量再次提升，兩個都提升，所以整個能量密度也有提升。這個產(chǎn)品去年下線，前不久有一個發(fā)布會，目前這款產(chǎn)品在4月份江淮、大眾發(fā)布了他們的第一臺車，未來他們有三臺車發(fā)布，目前推出的第一款車思皓裝的就是比克的電芯，行駛里程很長，而且通過整車的熱失穩(wěn)測試。3.0推出到現(xiàn)在一年多的時間，也有好幾家供應(yīng)商陸陸續(xù)續(xù)都已經(jīng)開始批量生產(chǎn)了，但是這個是公開發(fā)布的，是可以在這里談的。其他的陸續(xù)會在網(wǎng)上見到相關(guān)信息。還有幾家大量的主機(jī)廠供應(yīng)商也使用。
3.2AH，今年250WH/KG推出，通常主機(jī)廠會需要1年到1.5年時間，國外3-5年時間導(dǎo)入車廠，今年下線，明年可能會有訂單。
4.5AH，目前產(chǎn)品已經(jīng)開發(fā)出來，樣品可以獲取，隨時可以批量生產(chǎn)。
4.8AH，255WH/KG，這款產(chǎn)品目前從今年3月份在鄭州工廠已經(jīng)開始批量小試，目前樣品可以獲取，目前有幾家車廠在小批量的裝車測試。
18650我們和日韓的電池做對比，右邊是新國標(biāo)容量，就是EC放電可用容量的對比，通過這些可以看到，比克的電芯在新國標(biāo)容量上跟日韓的競爭對手相比，優(yōu)勢是非常明顯的。循環(huán)壽命的對比，2.15，0.2C就是2.2，可以看到在循環(huán)壽命上跟日韓的電芯廠相比，我們的優(yōu)勢仍然非常明顯。
這個話題還是沒有結(jié)論，只是用一些數(shù)據(jù)共同探討。
特斯拉，所有的產(chǎn)品都是用18650到21700，儲能也是用21700的電芯。尼桑和特斯拉在2016年是老大、老二，用的是軟包電池，三元混錳的電芯，它的倍率性特別好、安全性特別好，現(xiàn)在也推出三元400公里。全球的格局，看看右邊的圖，排老大的被汽EC系列，去年的冠軍車。第二個和第六個分別都是特斯拉，兩個加起來超過10萬輛，毫無疑問，特斯拉仍然是全球新能源車的老大。左邊是2016年的出貨量。
結(jié)論，單從數(shù)據(jù)看結(jié)論，圓柱電芯的裝車數(shù)量目前穩(wěn)居全球首位，占比上升，方形在下降，下降的幅度不小。軟包電芯的裝車數(shù)量上升，比克電芯裝車數(shù)量穩(wěn)步上升。為什么是18650？它是鋰電家族唯一的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可能21700也快了。它是唯一成熟的車電產(chǎn)品，沒有安全無成熟性可言，良率最高96%。唯一通過熱失穩(wěn)的產(chǎn)品，安全性很好。鋰電能量最高的產(chǎn)品，并不是18650很好，而是18650的可以裝膨脹更大的歸合金和高鎳材料。自動化程度的鋰電產(chǎn)品，體積變形最小，而且是成組使用，非常靈活的電芯。還有一點(diǎn)是它的不能在車電組租使用的產(chǎn)品，可以在3C使用，攤低成本。安全性最好、自動化程度最高、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品意味著安全高效、低成本、一致性、可靠性等。能量密度最高的電芯。低成本和靈活性也非常高。
小結(jié)：比克是18650的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者之一，國內(nèi)首個實(shí)現(xiàn)高鎳+硅合金化學(xué)體系量產(chǎn)，2.9AH，國內(nèi)首家通過整包熱失控測試。18650-3.0量產(chǎn)，能量密度245WH/KG。21700-4.5量產(chǎn)，樣品可以獲取。18650 3.2AH、21700 4.8AH，今年9月份批量下線。
我們希望在系統(tǒng)層面徹底解決整包安全，希望通過低成本應(yīng)對后補(bǔ)貼時代，通過高能量密度解決里程焦慮，通過化學(xué)體系和硬件解決功率和低溫特性和快充，用安全、低成本守護(hù)新能源行業(yè)的健康發(fā)展。謝謝大家！
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)嘉賓審閱）
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