■來源(yuan)：電池中國
數(shu)據(ju)顯示，2022年1-9月(yue)，HEV電(dian)(dian)池(chi)(chi)裝(zhuang)機量欣旺達排名(ming)國(guo)內(nei)第(di)一位(wei)(wei)，BEV動(dong)力電(dian)(dian)池(chi)(chi)裝(zhuang)機量排名(ming)國(guo)內(nei)第(di)五位(wei)(wei)、全(quan)球第(di)九位(wei)(wei)，站(zhan)穩全(quan)球動(dong)力電(dian)(dian)池(chi)(chi)頭部陣營。
隨著下游市(shi)場對高比(bi)(bi)能(neng)電(dian)(dian)芯需求(qiu)日益(yi)追捧，越來越多的企業(ye)在此賽道展開較量。近日，欣(xin)旺(wang)(wang)達電(dian)(dian)動汽(qi)車電(dian)(dian)池有(you)限公司(si)中(zhong)央研究院副總經(jing)理梁世碩博士向電(dian)(dian)池中(zhong)國網(wang)，介(jie)紹了高比(bi)(bi)能(neng)動力電(dian)(dian)芯面臨的挑戰，并解密(mi)欣(xin)旺(wang)(wang)達開發策(ce)略。
中國新能(neng)源汽車(che)產銷(xiao)量(liang)已連續七年領跑全(quan)(quan)球，過去幾(ji)年里(li)，新能(neng)源汽車(che)應用場景(jing)中涌現出眾多品(pin)牌的(de)動(dong)(dong)力電(dian)池(chi)，優勢(shi)各(ge)異、鏖戰尤酣。據介紹，成立(li)于(yu)2014年的(de)欣旺達電(dian)動(dong)(dong)汽車(che)電(dian)池(chi)有限公司，面(mian)對激烈(lie)的(de)市場競爭(zheng)(zheng)，選擇了“左手(shou)混(hun)動(dong)(dong)，右手(shou)純電(dian)”的(de)發(fa)展(zhan)策略(lve)，全(quan)(quan)面(mian)布局交通運輸、新能(neng)源等領域，并通過技(ji)術創新、精(jing)細化運營，提(ti)供有競爭(zheng)(zheng)力、情景(jing)化的(de)動(dong)(dong)力電(dian)池(chi)解決(jue)方案。
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(de)欣旺達不僅研(yan)發能力(li)強勁，授權專利(li)數超1200項，研(yan)發設備超3000套(tao)，研(yan)發人員超1500人，其(qi)中博士超100人；而且現已建成及在(zai)建動力(li)電池生產(chan)基地(di)8個，分別是廣(guang)東(dong)惠州、江蘇南京(jing)、江西南昌、山東(dong)棗莊(zhuang)、四川德陽、浙(zhe)江義烏、湖北宜昌和海外基地(di)，規劃產(chan)能超500GWh。
欣(xin)旺達并不滿足于(yu)現(xian)狀，積(ji)極(ji)進軍高比能動(dong)(dong)力電(dian)池市場(chang)。對此，梁世(shi)碩分(fen)(fen)析(xi)了(le)高比能動(dong)(dong)力電(dian)芯市場(chang)的機遇和挑戰，并分(fen)(fen)享了(le)含金量(liang)十(shi)足的欣(xin)旺達開發策略(lve)和進展。
當前，電動汽車(che)市場(chang)的主要焦(jiao)慮(lv)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(shi)碩認為，“目前市場(chang)上廣(guang)泛應(ying)用(yong)的是鎳(nie)三(san)元和(he)(he)石墨體系，要達到高(gao)比(bi)能，高(gao)鎳(nie)三(san)元和(he)(he)硅基是必(bi)經之路。而這兩種材料在電芯(xin)循環、膨脹及安全方面帶(dai)來了很大的挑戰(zhan)。”他從三(san)個方面做出詳細分析。
高鎳(nie)正(zheng)極材(cai)料的挑戰：
一是Ni含量升(sheng)高，結構(gou)穩定(ding)性下降，更(geng)易發生不可逆(ni)相(xiang)轉變(bian)，伴隨晶(jing)格失(shi)氧(yang)，導致(zhi)循(xun)(xun)環和安(an)全性能(neng)惡化(hua)(hua)。二(er)是Ni4+氧(yang)化(hua)(hua)性強(qiang)，高鎳(nie)材料(liao)(liao)失(shi)氧(yang)溫(wen)度(du)更(geng)低，失(shi)氧(yang)量更(geng)大，導致(zhi)循(xun)(xun)環產氣(qi)，安(an)全性能(neng)惡化(hua)(hua)。三是高鎳(nie)材料(liao)(liao)充放電過程中c參數(shu)變(bian)化(hua)(hua)更(geng)為劇烈，顆(ke)粒破碎加(jia)劇，導致(zhi)循(xun)(xun)環和產氣(qi)惡化(hua)(hua)。
硅基負極的挑戰(zhan)：
嵌(qian)鋰(li)(li)過程(cheng)伴隨劇烈膨脹，脫鋰(li)(li)后材(cai)料收縮(suo)，體(ti)積(ji)反復變化(hua)導致材(cai)料粉化(hua)或(huo)從集流體(ti)上脫落；同(tong)時造成(cheng)界面暴露在電解液中，不斷形(xing)成(cheng)SEI膜，導致內阻增加，同(tong)時惡化(hua)存儲和產氣(qi)；脫嵌(qian)鋰(li)(li)體(ti)積(ji)變化(hua)和體(ti)相電阻高的(de)特性，容易造成(cheng)循環過程(cheng)中脫離電接觸，加快容量衰減。
硅基電(dian)解液(ye)的挑(tiao)戰：
硅負(fu)極(ji)的膨脹使電解(jie)液(ye)很難形成(cheng)穩定SEI膜(mo)；高含量FEC與鋰(li)鹽相互促進分解(jie)，生成(cheng)HF，破壞正負(fu)極(ji)界(jie)面、腐(fu)蝕活性材料(liao)顆(ke)粒；匹配高電壓三(san)元正極(ji)或(huo)高鎳正極(ji)時，界(jie)面氧(yang)化性強催化電解(jie)液(ye)分解(jie)；應用方面，常規電解(jie)液(ye)添加(jia)劑一般會使電池的DCR增長，從而不(bu)利于快(kuai)充性能。
針對以上挑戰，欣(xin)旺達提出(chu)他們的(de)開發(fa)策略。
高鎳(nie)材(cai)料(liao)開(kai)發(fa)上(shang)：梁世碩表示，“一方面(mian)，由團隊自主開(kai)發的(de)機器學(xue)習(xi)力(li)場(chang)勢函數，實現材料精確計(ji)算(suan)，針對高鎳體(ti)系，計(ji)算(suan)了近(jin)30種摻雜(za)元素的(de)影響，結合(he)Li/Ni交(jiao)換能等多(duo)緯(wei)度(du)計(ji)算(suan)結果(guo)，優(you)選(xuan)出了提(ti)(ti)升(sheng)材料循環壽命和(he)(he)安(an)全性(xing)(xing)能的(de)最優(you)摻雜(za)元素。”另一方面(mian)，體(ti)相均(jun)勻摻雜(za)工(gong)藝(yi)和(he)(he)晶面(mian)取向調(diao)控(kong)也是高鎳材料開(kai)發的(de)重(zhong)點和(he)(he)難點。“提(ti)(ti)升(sheng)制作工(gong)藝(yi)，調(diao)控(kong)前驅體(ti)晶須形(xing)貌和(he)(he)燒結，減少失氧，緩(huan)解顆粒開(kai)裂，進(jin)而提(ti)(ti)升(sheng)循環性(xing)(xing)能和(he)(he)安(an)全性(xing)(xing)能。”
氧化硅材料探索上(shang)：梁世碩表示，通過仿(fang)真計算，調控(kong)氧含(han)量材料體積膨脹可降低一(yi)半(ban)。此外，通過調控(kong)硅酸鹽相、摻雜(za)技術(shu)，使快充性能明顯(xian)提升。
電解液改善策略(lve)上：調配(pei)并使用的硅負極成膜添加(jia)劑、除酸添加(jia)劑、耐氧化(hua)溶劑、新型成膜添加(jia)劑成功解決SEI膜、HF腐蝕、改(gai)善(shan)產氣(qi)、耐壓(ya)性、相容性等問題。提高了(le)電(dian)解液循環(huan)能(neng)力和存(cun)儲能(neng)力。
以(yi)欣(xin)旺達(da)300Wh/kg高比能(neng)電芯為(wei)例，已具備長(chang)壽命(ming)、低循環膨(peng)脹率、高安全可(ke)靠性、模組無熱擴散等(deng)優勢。梁世碩介紹道，“在(zai)三亞市實際(ji)運行工況下，欣旺達高(gao)比能電(dian)芯服(fu)務(wu)壽命可達8年且16萬公(gong)里質保壽命SOH_均值(zhi)(zhi)為：82.33%，滿足(zu)80%的能量保值(zhi)(zhi)率(lv)要求。同(tong)時，電(dian)芯EOL滿電(dian)膨脹(zhang)率(lv)及滿電(dian)膨脹(zhang)力值(zhi)(zhi)均顯著(zhu)低(di)于客戶(hu)要求，實現(xian)低(di)循環(huan)膨脹(zhang)率(lv)。在(zai)60?℃ 極端自然環(huan)境下對電(dian)芯進行外短路(lu)、過充、雨淋、電(dian)擊測(ce)試(shi)：不(bu)(bu)起(qi)火(huo)(huo)、不(bu)(bu)冒(mao)煙(yan)、不(bu)(bu)漏液(ye)；淺(qian)表針刺和暴力撞擊測(ce)試(shi)：只漏液(ye)，不(bu)(bu)起(qi)火(huo)(huo)、不(bu)(bu)冒(mao)煙(yan)。說(shuo)明該電(dian)池具有極高(gao)的安全可靠(kao)性！”
欣旺達高(gao)比能電(dian)芯(xin)電(dian)池模組(zu)是當前(qian)市場上(shang)最安全的電(dian)池模組(zu)之(zhi)一。通過(guo)先進的熱阻斷材料、液冷工藝和模組(zu)設計，欣旺達高(gao)比能電(dian)芯(xin)成功實現電(dian)芯(xin)之(zhi)間(jian)熱阻隔(ge)，減少(shao)電(dian)芯(xin)間(jian)異常反應對臨(lin)近電(dian)芯(xin)的影(ying)響(xiang)，有效提(ti)高(gao)電(dian)池模組(zu)維修和使用的經濟性。
同時，通過(guo)優異(yi)的(de)模(mo)組(zu)設計，提高電芯(xin)冷卻性能和阻(zu)隔電芯(xin)間的(de)異(yi)常熱量傳導，實現(xian)電芯(xin)不起火、不傳燒，從而實現(xian)經濟(ji)實惠、安(an)全耐(nai)用的(de)產品開發目標。
產業(ye)布局(ju)方面，梁世(shi)碩表示，“欣(xin)旺(wang)達將堅持混(hun)合動力(li)(li)和純電動力(li)(li)電池(chi)并重(zhong)的發(fa)展策(ce)略，助力(li)(li)交通(tong)運輸領域等雙碳(tan)目標的達成。”
產(chan)品矩陣(zhen)中，據梁世(shi)碩(shuo)介紹，“欣(xin)旺達HEV電(dian)池產(chan)品，已具備最高100C高倍率放電(dian)能力，50000次(ci)循環壽命，以及高安全可靠性(xing)，目前已向雷(lei)諾、日產(chan)批量供貨，與(yu)85%國內主(zhu)流車企形成合作，海外(wai)定點企業也達11家，包括德國大眾集(ji)團。”
超級快充電(dian)池(chi)產品，已實現充電(dian)五(wu)分鐘續(xu)航200km的能(neng)力(li)，目前小批(pi)量(liang)(liang)量(liang)(liang)產，合作車企有9家(jia)，批(pi)量(liang)(liang)化(hua)市場應用(yong)行業領(ling)先。
此外，欣(xin)旺達ESS磷酸(suan)鐵鋰電芯(xin)實現(xian)6000-16000次(ci)循環壽(shou)命，已向國內外頂級(ji)儲能客戶(hu)批量化交付。高比能BEV三元電芯(xin)，正在(zai)開(kai)發280Wh/kg-350Wh/kg電芯(xin)，將滿足國內外客戶(hu)長續(xu)航高端車型需(xu)求(qiu)。
