萬向一二三石先興：萬向充分對接整車開發(fā)需求 加大力度開發(fā)高安全高比能動力電池技術(shù)
萬向一二三系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品管理部經(jīng)理高級工程師石先興作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動力電池應(yīng)用國際峰會暨第三屆中國電池行業(yè)智能制造研討會”繼續(xù)在北京精彩召開。本屆峰會由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會和電池中國網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應(yīng)用分會承辦，無錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會人數(shù)超600人。
在動力電池技術(shù)創(chuàng)新分論壇上，萬向一二三股份公司產(chǎn)品管理部經(jīng)理、高級工程師石先興博士作主題演講，就萬向的高安全高比能動力電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化進程做了詳盡的闡述。
以下為石先興演講內(nèi)容：
非常感謝王芳博士的介紹。各位專家、朋友們，大家早上好！我是來自萬向的石先興，首先非常感謝總會劉彥龍秘書長和動力電池應(yīng)用分會張雨秘書長的邀請，很高興在這里跟大家分享我們動力電池技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)進展。
今天報告主要是四個部分，第一首先是企業(yè)的介紹，第二部分是高功率密度動力電池技術(shù)；第三部分是高安全高能量密度的動力電池技術(shù)；最后是一個小結(jié)。首先介紹一下我們企業(yè)，說起萬向進入電動汽車領(lǐng)域，有蠻長時間，1999年萬向集團就率先啟動了電動汽車的研究課題。我們董事局主席魯冠球生前的造車夢是造一臺清潔能源的電動汽車，而且還有一個前提，這臺車是受人們歡迎的，是人們買得起的電動汽車。萬向集團在2012年底100%收購了美國A123系統(tǒng)公司，經(jīng)過了一系列的整合，包括研發(fā)、質(zhì)量體系、生產(chǎn)體系的整合，現(xiàn)在已經(jīng)更名為萬向一二三股份公司，我們目前專注于軟包裝動力電池、模塊以及系統(tǒng)的開發(fā)和制造。產(chǎn)品主要是兩個方向，面向高功率密度，另外一個是高能量密度的動力電池。
我們目前在杭州有一個研發(fā)和制造的基地，主要是生產(chǎn)軟包裝動力電池，面向的客戶主要包括國內(nèi)像上汽、廣汽、長安、奇瑞、海馬等一線品牌的乘用車企業(yè)。在常州我們有一個圓柱型電芯基地，它的應(yīng)用主要是兩個，一個是儲能業(yè)務(wù)，另外一塊主要應(yīng)用到F1賽車，我們供貨對象包括雷諾、保時捷等等。我們在美國馬薩諸塞州的電池研發(fā)基地已經(jīng)有超過四十位美國名校畢業(yè)的優(yōu)秀博士，還有一百多位行業(yè)專家、優(yōu)秀人才。目前研發(fā)團隊規(guī)模已經(jīng)超過了A123當年最鼎盛時期研發(fā)的規(guī)模。我們在美國密歇根州有一個模組、系統(tǒng)的研發(fā)基地，此外還有一個軟包裝動力電池生產(chǎn)工廠。2017年底公司動力電池產(chǎn)能總計大概達到4G瓦時。我們的目標始終是圍繞著新能源汽車工業(yè)用途和智能電網(wǎng)提供一個全面的解決方案。
接下來是一個產(chǎn)品的介紹，我們有兩個方向，其中一個就是高功率電芯，主要的應(yīng)用包括三塊：12V、48V、HEV，高能量動力電池的開發(fā)主要的應(yīng)用包括純電動汽車和插電式的混合動力汽車。采用高鎳三元材料和硅碳負極材料，一方面要解決行業(yè)內(nèi)很多專家提的高比能動力電池的安全問題。第二個就是它的循環(huán)壽命以及能量密度的提升，關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)就是成本控制。第二部分介紹一下高功率電芯的技術(shù)，我們知道2012年國務(wù)院節(jié)能與新能源汽車發(fā)展規(guī)劃提出2020年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降到5L/百公里，48V系統(tǒng)在降低油耗控制成本方面可以發(fā)揮重要的作用。萬向高功率密度電芯開發(fā)采用的是萬向自主知識產(chǎn)權(quán)的UltraPhosphate正極材料，我們在48伏微混系統(tǒng)市場目前是處于全球領(lǐng)先地位的。高功率電芯的開發(fā)我們在持續(xù)降低電池內(nèi)阻，左邊這張圖藍色是第一代納米磷酸鐵鋰脈沖功率密度數(shù)據(jù)，在壽命開始的時候，基于UltraPhosphate電芯的功率密度可以做到第一代技術(shù)的兩倍。此外，低溫冷啟性能全面超過鉛酸電池。
第三部分介紹一下高安全高比能動力電池的開發(fā)。科技部重大科技專項提出2020年的一個考核指標—能量密度必須要實現(xiàn)300瓦時/公斤，動力電池行內(nèi)有一個共識，要做到300瓦時/公斤并不是最難的，難點就是如何來解決高比能動力電池的安全問題。其次是性能，一個是兼顧它的使用壽命和日歷壽命。此外我們強調(diào)不僅僅是它的充放電的壽命，必須結(jié)合客戶的需求，怎么從車實際的工況，實際使用的需求來設(shè)計你的電芯和系統(tǒng)的技術(shù)。最后我們通過一個建模分析，這一塊我們一直在專注于乘用車的領(lǐng)域，積累了大量的開發(fā)經(jīng)驗，這些經(jīng)驗形成了一個模型，對我們新車或者新系統(tǒng)開發(fā)可以有一個借鑒意義。可以大大縮短開發(fā)的周期。關(guān)于技術(shù)開發(fā)，我們一個很重要的策略是聯(lián)合全球的一些頂級的研發(fā)機構(gòu)來開發(fā)和提升我們專有的安全技術(shù)，跟美國的阿貢實驗室簽了合作協(xié)議，我們持續(xù)致力于一個目標，提高高鎳三元材料的安全特性。
這是高比能動力電池技術(shù)開發(fā)的路線圖，我們在2015年基于一個新能源汽車創(chuàng)新工程，實現(xiàn)了180瓦時/公斤軟裝動力電池的量產(chǎn)。2017年底可以實現(xiàn)230瓦時/公斤單體技術(shù)的量產(chǎn)，這個課題主要是基于增強制造業(yè)核心競爭力的重大工程。此外，我們提出了開發(fā)600瓦時/升的軟包動力電池的技術(shù)，在特定車型體積里面如果裝載更多的電量，對它的提升續(xù)駛里程有更加實際的意義。
這是230瓦時/公斤的電池，這是我們技術(shù)一個簡單的介紹。我們首先采用一個高鎳三元正極材料搭載了高電壓的電解液技術(shù)，還有很關(guān)鍵的一個材料就是陶瓷的涂層隔膜技術(shù)，循環(huán)壽命常溫2000次、45度高溫1200次，功率密度2000瓦/公斤，具有低溫充電能力，這個已經(jīng)通過了GBT測試，我們特別了單體動力電池里面最難的一個指標就是針刺濫用測試。這款電芯我們預(yù)計下個月應(yīng)該會投入量產(chǎn)。
接下來介紹更高能量比能動力電池技術(shù)，一方面是聯(lián)合上游優(yōu)勢材料技術(shù)，另外就是改善它的安全特性。我們昨天跟很多行業(yè)的專家交流的時候，他們都非常關(guān)心一個問題，萬向市場當前份額目前不是那么突出的原因。萬向收購一二三之后，我們在高比能動力電池的研發(fā)方面的投入是持續(xù)加大的。但受限于市場大環(huán)境和產(chǎn)業(yè)政策的變化和我們專注于A、B級車開發(fā)，暫時市場業(yè)績不那么出色。另一個很重要的一個原因，當前的動力電池技術(shù)搭載的電動汽車是否能夠媲美傳統(tǒng)的燃油車？答案是NO。我們這些年一直在持續(xù)加碼動力電池技術(shù)研發(fā)希望取得實質(zhì)性突破。萬向在2017年年初提出了一億美金的研發(fā)計劃。這一億美金是專項開發(fā)高比能的動力電池技術(shù)的，一億美金的專項資金最大比重并不是購買設(shè)備，最大比重是要投入到研發(fā)人才隊伍的建設(shè)上。
高安全高比能動力電池技術(shù)，我們基于NMC622-石墨體系，單體可以做到250瓦時/公斤，循環(huán)壽命做到兩千次，我們NMC622的250瓦時/公斤單體電芯通過了針刺濫用測試，第三方測試機構(gòu)反饋處于行業(yè)領(lǐng)先水平。在電池安全方面我們切實解決了一系列的難題。開發(fā)基于NMC811和硅碳體系的276瓦時/公斤軟包裝動力電池，計劃2017年底就要開展主機廠模塊級別的測試驗證。我們持續(xù)投入在高比能動力電池開發(fā)主要是為了滿足國內(nèi)眾多主機廠提出了更高比能量電池技術(shù)的需求。這是276瓦時/公斤動力電池的一個簡單介紹，單體67.2安時，已經(jīng)通過了過充以及擠壓的測試。實事求是的講針刺我們還需要進一步改善。
關(guān)于高比能動力電池安全改善策略，如何三元材料在實現(xiàn)高比能量密度的時候怎么確保安全，關(guān)鍵就是要實現(xiàn)元素的梯度分布，開發(fā)內(nèi)層富鎳，外層富鈷和富錳的結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)材料高穩(wěn)定性。從電芯的設(shè)計角度來說，通過正極的修飾來實現(xiàn)，第一個就是添加相變材料，當發(fā)生溫升之后，材料吸熱來抑制熱失控的發(fā)生。第二個是熱聚合材料，通過內(nèi)阻的上升來切斷內(nèi)部的電流，從而確保電芯的安全。從電解液添加劑角度，在正常工作電壓范圍內(nèi)，添加劑是處于一個穩(wěn)定狀態(tài)，在發(fā)生過充的時候它可以激活，起到一個電流的分流或?qū)Я鞯淖饔谩Ｗ詈笫且粋€陶瓷的涂層隔膜技術(shù)，電芯的安全改善技術(shù)是確保通過電池濫用測試的關(guān)鍵，當然還包括模塊級別和系統(tǒng)級別，都要有深入的技術(shù)開發(fā)。
這些年我們很多主機廠建立了非常深入、開放式的合作，我們一方面可以非常清楚的了解到并掌握主機廠對動力電池每個階段開發(fā)的需求；此外，我們將這些需求已經(jīng)植入到動力電池技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)流程當中。行業(yè)內(nèi)很多專家都知道，GBT規(guī)定電池循環(huán)壽命是500周，容量保存率是80%，這些標準原來都是來自于數(shù)碼領(lǐng)域標準，未必適用于汽車領(lǐng)域。萬向傳統(tǒng)是做汽車零部件的，我們搞動力電池一開始就植入了TS16949質(zhì)量體系，以汽車行業(yè)的標準和質(zhì)量管控體系來要求我們的電池以及技術(shù)開發(fā)。總體上，我們對汽車用動力電池使用及性能要求是非常清楚的。
關(guān)于安全改善，特別在針刺濫用測試實驗，通過正極的修飾，改善230Wh/kg體系安全性能。修飾組針刺前后沒什么什么變化，順利通過測試。對于高比能動力電池來說，單體通過過充測試并不難，難的是模組如何通過過充？我們的安全策略也有顯著效果。
最后小結(jié)，因為時間關(guān)系，不介紹了。特別感謝行業(yè)專家一直以來對萬向一二三動力電池發(fā)展的關(guān)心和支持，也歡迎大家到我們杭州和美國的基地去指導(dǎo)交流。謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，已經(jīng)本人審閱）
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