万向一二三公布研究进展 全固态电池有望2024年大批量上市

2019年9月24-25日,万向一二三基础研发高级总监许梦清博士,参加了第四届新型电池电解质/隔膜材料技术国际论坛(ABES-4),并在会议上,分享了“万向一二三在高功率以及高比能电池电解液的研究进展”的主题报告。来自中国、美国、加拿大、英国、德国、法国、日本、韩国等国家与地区的电池领域的300家企业、大专院校和科研院所的代表,500多位同仁出席了此次国际论坛。

许博士首先介绍了公司的发展历程。A123成立于2001年,发展基于磷酸铁锂动力电池,是一家专业的锂离子动力电池制造企业。公司于2009年在美国上市,于2013年被万向集团全资收购。

万向一二三是一家全球化的公司,主要布局在中国、美国和欧洲。总部位于杭州,拥有规模最为庞大的全球生产制造中心,并设有材料研发、电芯开发、测试验证中心以及系统工程研发等技术研发部门。

公司在美国密歇根州的Livonia,设有欧美地区的销售中心和低压电池系统技术的研发中心。位于波士顿郊区的Waltham和Hopkinton,公司分别设有材料及电芯研发中心和测试中心。A123在德国斯图加特,设有面向欧洲客户的销售中心以及工程研发团队。2016年,公司在捷克建立了高功率模组组装工厂。去年年底,公司在英国建立了固态电池研发中心,与英国的科研院所以及汽车OEM一起开展固态电池的研发与应用。

2015年磷酸铁锂粉末团队成功研发出第二代材料——超级磷酸铁锂粉末材料。基于这个材料,A123研发出两款高功率的电池,第一个是12V的启动电源,第二个是48V的启停电源。A123的48V体系技术比较先进,占据的市场份额也比较大。充电功率密度可达16千瓦时,放电功率密度可达15千瓦时。

此外,电池的工作温度范围也很宽,涵盖-30到65℃温度范围。针对下一代产品,A123基于电池在高温存储过程中容量恢复率以及高温循环性能建立了与日历寿命的构效关系。优化配方,满足不断提升的认定寿命需求,可达十年以上。同时关注电池的低温阻抗,性能超越客户期望。

A123在高比能电池电解液的研发进展情况,主要基于两个化学体系,一个是高镍811和石墨体系;第二个是高镍811和硅碳体系。对于高比能量电池大家都想到的是提高电池能量密度,使它的单次充电行驶距离达到400公里以上。当然除了对行驶距离有要求之外,市场和客户还对电池其他的性能提出了更高的要求,如安全性能、快速充电能力等。电解液的研发工作对于电池正负极界面、安全性能以及快充性能等都具有重要的影响。

A123从以下三个方面去改善正极/电解液界面:第一是形成更加稳定的正极界面膜,第二是抑制金属的溶解,第三是锂盐的稳定。

基于以上机理的分析,介绍了811/石墨化学体系应用效果,目前电池高温45℃ 1C/1C循环了500圈(预期可以循环1600次循环达到80%容量保持率),DCR大约增长了13.5%。根据目前的数据,预测该电池性能优于客户的要求。在零下十度以1/5C充电,1/3C放电的倍率充放电的循环,电压范围是3.0到4.25V,循环了150圈后容量衰减大约在4%到5%。同样也进行了快充的循环,该电池在循环200圈后容量衰减3.9%, DCR增长4.4%,超过客户的要求。另外,该款电池还满足客户在充放电过程中电池温度不超过31.5°C的要求。除此之外,电池全部通过了全针刺、高温过充电、热箱、挤压等安全测试,并且都在EUCAR3或者以下。

今年,A123北美研发团队与美国Ionic Materials公司联合在固态电池的研发中取得了一个比较重大的突破。

简单介绍一下固态电池的研究进展情况,目前采用的化学体系是NCM 811加上石墨,只是用固态电解质把传统的液态电解液取代掉。第二阶段的目标是把负极换成硅碳体系,能量密度大约在300到350Wh/kg;第三阶段的目标是把负极换成金属锂,能量密度可以达到400 Wh/kg左右;到第四代产品就会采用新型的正极材料,再加上金属锂,能量密度可以达到400 Wh/kg以上。

这项技术突破使得全固态电池有望在2024年大批量推向市场,固态电池在未来4-5年内将具有巨大潜力。

关于固态电池

固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是,固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。由于科学界认为锂离子电池已经到达极限,固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。

从1991年索尼公司将含有液态电解质的锂离子电池带入电子设备的应用至今,液态锂电池已经成为目前最为成熟、使用最广泛的技术路线之一。

在2010年,丰田就曾推出过续航里程可超过1000KM的固态电池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在试图用固态电池来取代传统的液态锂电池。

加拿大Avestor公司也曾尝试过研发固态锂电池,最终2006年正式申请破产。Avestor公司使用一种高分子聚合物分离器,代替电池中的液体电解质,但一直没有解决安全问题,在北美地区发生过几起电池燃烧或者爆炸事件。

2015年3月中旬,真空吸尘器的发明者、英国戴森公司(Dyson)创始人詹姆斯·戴森将其首笔1500万美元的投资投向了固态电池公司Sakti3,后者是一家成立于2007年的电池创业公司。

2018年1月消息,一项突破性的全新电池技术似乎终于接近现实。如果达到预期的话,新技术能满足手机上瘾者数天的使用需求,并且能使电动汽车的行驶里程增加到500英里(约804公里)以上。这项新技术被称为固态电池技术,它用陶瓷材料取代了当今电池中的液态电解质。

2018年1月,它与宝马公司结盟,后者已经承诺在未来10年内为其生产的每一款产品提供某种形式的电池组件,无论是传统的混合动力车、插电式电动车还是纯电动汽车(BEV)。

关于万向一二三股份公司

万向一二三股份公司是万向集团旗下专业的锂离子动力电池制造企业。公司位于杭州市萧山经济技术开发区,占地183亩,建筑面积8万多平方米,拥有行政办公楼和四座厂房,员工1000余人,其中博士23人,硕士155人,高级职称20人,中级职称58人。

万向一二三股份公司主要业务包括:新能源汽车用锂离子动力电池的研发、生产、销售和服务,为新能源汽车生产企业提供全套动力电池解决方案,目前年产能达到3GWh。

万向一二三股份公司主要产品:软包锂离子动力电池,包括乘用车用三元锂电池产品,客车用磷酸铁锂电池产品和48V微混动力产品。 产品具有高能量密度、高安全性、长寿命的优异特点,在国内同行业中处于领先地位,曾获“十二五”机械工业优秀科技成果奖和浙江省优秀工业产品称号。

万向一二三股份公司坚持产品技术研发、生产质量管理、国内外市场开拓三头并进的战略。公司是国家高新技术企业,萧山区十佳优秀科技企业,拥有省级重点企业研究院,由 300余人组成的强大研发团队组成,进行产品开发和工艺研究。

万向一二三股份公司成立以来承担各类国家、省级科研项目20余项,包括牵头或参与工信部新能源汽车创新工程5项,863项目14项,发改委项目2项,浙江省科技厅项目6项。

万向一二三股份公司推行AOS体系,对生产过程进行精益管理;使用MES系统,对产品进行全生命周期管理;使用Agile系统,对公司技术开发和知识分享进行敏捷管理。通过在细节上的不断提高,公司顺利通过TS16949质量体系认证、ISO14001环境管理体系认证和OHSAS18001职业健康管理体系认证,质量管理达到国际先进水平。