■來源：電池中國(guó)
數據顯示，2022年1-9月，HEV電池裝機量欣旺達排名國(guó)内第一位，BEV動力電池裝機量排名國(guó)内第五位、全球第九位，站穩全球動力電池頭部陣營。
随著(zhe)下遊市場對(duì)高比能(néng)電芯需求日益追捧，越來越多的企業在此賽道(dào)展開(kāi)較量。近日，欣旺達電動汽車電池有限公司中央研究院副總經(jīng)理梁世碩博士向(xiàng)電池中國(guó)網，介紹了高比能(néng)動力電芯面(miàn)臨的挑戰，并解密欣旺達開(kāi)發(fā)策略。
中國(guó)新能(néng)源汽車産銷量已連續七年領跑全球，過(guò)去幾年裡(lǐ)，新能(néng)源汽車應用場景中湧現出衆多品牌的動力電池，優勢各異、鏖戰尤酣。據介紹，成(chéng)立于2014年的欣旺達電動汽車電池有限公司，面(miàn)對(duì)激烈的市場競争，選擇了“左手混動，右手純電”的發(fā)展策略，全面(miàn)布局交通運輸、新能(néng)源等領域，并通過(guò)技術創新、精細化運營，提供有競争力、情景化的動力電池解決方案。
全球化布局方面(miàn)，梁世碩表示，“欣旺達被(bèi)評爲全球動力電池TIER 1生産商［有資格供應超過(guò)1家跨國(guó)OEM/EV生廠商（海外市場），且年累積産能(néng)＞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(fā)能(néng)力強勁，授權專利數超1200項，研發(fā)設備超3000套，研發(fā)人員超1500人，其中博士超100人；而且現已建成(chéng)及在建動力電池生産基地8個，分别是廣東惠州、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，規劃産能(néng)超500GWh。
欣旺達并不滿足于現狀，積極進(jìn)軍高比能(néng)動力電池市場。對(duì)此，梁世碩分析了高比能(néng)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(kāi)發(fā)策略和進(jìn)展。
當前，電動汽車市場的主要焦慮包括裡(lǐ)程、充電、保值、安全隐患四個方面(miàn)。
梁世碩指出，“爲緩解裡(lǐ)程焦慮，電動汽車裝電量及續航裡(lǐ)程呈逐年增長(cháng)的趨勢，預計後(hòu)續标杆車型裝電量將(jiāng)達150KWh，續航超過(guò)1000km。高裝電量的同時(shí)，爲保持寬敞的車内空間并減少車輛總重量，高比能(néng)（高體積能(néng)量密度及高重量能(néng)量密度）電芯成(chéng)爲首選。”
據介紹，“在高比能(néng)電芯規劃方面(miàn)，欣旺達動力電池兼備高能(néng)量密度和快充性能(néng)，能(néng)量密度覆蓋280Wh/kg-350Wh/kg，實現15/20/30分鍾快充，系列産品都(dōu)將(jiāng)陸續推向(xiàng)市場。”
梁世碩認爲，“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(néng)，高鎳三元和矽基是必經(jīng)之路。而這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)材料在電芯循環、膨脹及安全方面(miàn)帶來了很大的挑戰。”他從三個方面(miàn)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(fā)生不可逆相轉變，伴随晶格失氧，導緻循環和安全性能(néng)惡化。二是Ni4+氧化性強，高鎳材料失氧溫度更低，失氧量更大，導緻循環産氣，安全性能(néng)惡化。三是高鎳材料充放電過(guò)程中c參數變化更爲劇烈，顆粒破碎加劇，導緻循環和産氣惡化。
矽基負極的挑戰：
嵌锂過(guò)程伴随劇烈膨脹，脫锂後(hòu)材料收縮，體積反複變化導緻材料粉化或從集流體上脫落；同時(shí)造成(chéng)界面(miàn)暴露在電解液中，不斷形成(chéng)SEI膜，導緻内阻增加，同時(shí)惡化存儲和産氣；脫嵌锂體積變化和體相電阻高的特性，容易造成(chéng)循環過(guò)程中脫離電接觸，加快容量衰減。
矽基電解液的挑戰：
矽負極的膨脹使電解液很難形成(chéng)穩定SEI膜；高含量FEC與锂鹽相互促進(jìn)分解，生成(chéng)HF，破壞正負極界面(miàn)、腐蝕活性材料顆粒；匹配高電壓三元正極或高鎳正極時(shí)，界面(miàn)氧化性強催化電解液分解；應用方面(miàn)，常規電解液添加劑一般會(huì)使電池的DCR增長(cháng)，從而不利于快充性能(néng)。
針對(duì)以上挑戰，欣旺達提出他們的開(kāi)發(fā)策略。
高鎳材料開(kāi)發(fā)上：梁世碩表示，“一方面(miàn)，由團隊自主開(kāi)發(fā)的機器學(xué)習力場勢函數，實現材料精确計算，針對(duì)高鎳體系，計算了近30種(zhǒng)摻雜元素的影響，結合Li/Ni交換能(néng)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(néng)的最優摻雜元素。”另一方面(miàn)，體相均勻摻雜工藝和晶面(miàn)取向(xiàng)調控也是高鎳材料開(kāi)發(fā)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(kāi)裂，進(jìn)而提升循環性能(néng)和安全性能(néng)。”
氧化矽材料探索上：梁世碩表示，通過(guò)仿真計算，調控氧含量材料體積膨脹可降低一半。此外，通過(guò)調控矽酸鹽相、摻雜技術，使快充性能(néng)明顯提升。
電解液改善策略上：調配并使用的矽負極成(chéng)膜添加劑、除酸添加劑、耐氧化溶劑、新型成(chéng)膜添加劑成(chéng)功解決SEI膜、HF腐蝕、改善産氣、耐壓性、相容性等問題。提高了電解液循環能(néng)力和存儲能(néng)力。
以欣旺達300Wh/kg高比能(néng)電芯爲例，已具備長(cháng)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(dào)，“在三亞市實際運行工況下，欣旺達高比能(néng)電芯服務壽命可達8年且16萬公裡(lǐ)質保壽命SOH_均值爲：82.33%，滿足80%的能(néng)量保值率要求。同時(shí)，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(duì)電芯進(jìn)行外短路、過(guò)充、雨淋、電擊測試：不起(qǐ)火、不冒煙、不漏液；淺表針刺和暴力撞擊測試：隻漏液，不起(qǐ)火、不冒煙。說(shuō)明該電池具有極高的安全可靠性！”
欣旺達高比能(néng)電芯電池模組是當前市場上最安全的電池模組之一。通過(guò)先進(jìn)的熱阻斷材料、液冷工藝和模組設計，欣旺達高比能(néng)電芯成(chéng)功實現電芯之間熱阻隔，減少電芯間異常反應對(duì)臨近電芯的影響，有效提高電池模組維修和使用的經(jīng)濟性。
同時(shí)，通過(guò)優異的模組設計，提高電芯冷卻性能(néng)和阻隔電芯間的異常熱量傳導，實現電芯不起(qǐ)火、不傳燒，從而實現經(jīng)濟實惠、安全耐用的産品開(kāi)發(fā)目标。
産業布局方面(miàn)，梁世碩表示，“欣旺達將(jiāng)堅持混合動力和純電動力電池并重的發(fā)展策略，助力交通運輸領域等雙碳目标的達成(chéng)。”
産品矩陣中，據梁世碩介紹，“欣旺達HEV電池産品，已具備最高100C高倍率放電能(néng)力，50000次循環壽命，以及高安全可靠性，目前已向(xiàng)雷諾、日産批量供貨，與85%國(guó)内主流車企形成(chéng)合作，海外定點企業也達11家，包括德國(guó)大衆集團。”
超級快充電池産品，已實現充電五分鍾續航200km的能(néng)力，目前小批量量産，合作車企有9家，批量化市場應用行業領先。
此外，欣旺達ESS磷酸鐵锂電芯實現6000-16000次循環壽命，已向(xiàng)國(guó)内外頂級儲能(néng)客戶批量化交付。高比能(néng)BEV三元電芯，正在開(kāi)發(fā)280Wh/kg-350Wh/kg電芯，將(jiāng)滿足國(guó)内外客戶長(cháng)續航高端車型需求。
