中國儲能網(wǎng)訊：第十二屆中國國際儲能大會演講速記如下：
薛娟娟：大家好！非常感謝主持人的介紹，也非常感謝我們主辦方組織這樣一個大型活動給我們交流的機會。今天給大家?guī)淼膱蟾媸顷P(guān)于鋰電池的能量提升和環(huán)境適應(yīng)性方面的優(yōu)化方案。我的報告分以下幾個方面，給大家做分享。
首先介紹一下鋰電池?，F(xiàn)在國家發(fā)展鋰電池也是歸結(jié)于全球的發(fā)展趨勢和目標(biāo)，從國際環(huán)境上來看，在歐盟他們提出了關(guān)于碳排放的硬性指標(biāo)，這也促進了新能源的發(fā)展。同時國內(nèi)也在促進經(jīng)濟發(fā)展，和節(jié)能減排方面的目標(biāo)前提下，也在極力推新能源。尤其是我們提出了碳達峰和碳中和，雖然國際環(huán)境比較復(fù)雜多變，但是維護整個地球村的環(huán)境，也是全球共同的目標(biāo)。所以新能源的轉(zhuǎn)換，不僅是出于對環(huán)境的保護還是應(yīng)對能源危機，都是一個有效的能源器件。
當(dāng)前鋰電池比較成熟的產(chǎn)品包括鐵鋰和三元體系，我們精工主要做的是磷酸鐵鋰電池，占比到七成以上。這個是我們廠區(qū)內(nèi)做的儲能柜，也是滿足我們削峰填谷的用電需求。
鋰電池的應(yīng)用量也比較大，包括電動汽車，電動船舶，我司也是拿過船級社的認(rèn)證。還有儲能以及消費類的產(chǎn)品，以下做了一下列舉。
從全球用量來看，從2017年到2022年這五年的時間，鋰電池的用量有了非常大的增長；國內(nèi)的市場，從2016年到2022年這6年的數(shù)據(jù)來看，大部分應(yīng)用領(lǐng)域在于動力和消費類的產(chǎn)品，在儲能方面的應(yīng)用占比還是比較小的，所以在儲能方面市場的拓展以及性能需求的評估，還有電池的技術(shù)指標(biāo)要求，可能也還是需要我們做大量的工作。
兩大關(guān)鍵體系鋰電池：三元電池、磷酸鐵鋰電池。在2020到2021年，電池結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，像寧德時代提出的CTP技術(shù)，還有比亞迪提出的刀片電池等技術(shù)創(chuàng)新，磷酸鐵鋰電池能量密度有了較大的提升，其應(yīng)用有了非常大的增長。
關(guān)于能量密度的問題，我總結(jié)了一下當(dāng)前集中代表性鋰電池，重點計算了磷酸鐵鋰電池的能量密度，從重量比能量密度上來看，像方形電池有著非常大的優(yōu)勢，它的重量比能量密度是最高的，比圓柱有非常強的優(yōu)勢。但是從體積能量密度上來看，圓柱尤其是大圓柱還是非常有優(yōu)勢的。
但是，作為一個老牌磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)廠商，我們也深知磷酸鐵鋰的短板，比如它的能量密度低，本征的離子電導(dǎo)率低，這些問題會導(dǎo)致不能滿足最終產(chǎn)品的性能需求。這里我列了表格，磷酸鐵鋰的理論客容量是170mAh/g，但實際我們在電池的應(yīng)用中，克容量發(fā)揮只有145-150 mAh/g之間，克容量發(fā)揮的空間還是比較大的。精工在這方面的技術(shù)創(chuàng)新也做了大量的工作。
這是我們在提高磷酸鐵鋰電池能量密度的一些優(yōu)化措施，我從下面兩張數(shù)據(jù)來給大家做一個介紹，在提高體積能量密度以及提高循環(huán)壽命，尤其是剛才各個專家提出來全生命周期成本的問題，如果循環(huán)性能做到非常大的提升，對后面電池的成本計算也是非常有利的。
還有高低溫性能的要求，這也是我們產(chǎn)品應(yīng)用的實際工況的要求，因為我們現(xiàn)在產(chǎn)品的應(yīng)用在全球范圍內(nèi)都有所應(yīng)用，比如在歐洲和非洲像某種溫差較大的環(huán)境，對電池高低溫性能的要求是比較高的，首先要保證電量，其次還要保證循環(huán)壽命。
首先是高能量密度產(chǎn)品設(shè)計。因為我們精工做的產(chǎn)品包括正極材料、鋰電池和PACK組合整個產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品。首先在材料方面的工作，一是關(guān)于提高能量密度方面做的提高材料的壓實密度，這是我們根據(jù)密堆積的理論，控制材料的一次顆粒和二次顆粒的粒徑大小和分布，來提高堆積密度。前驅(qū)體漿料的粒度的分布，對最終產(chǎn)品的粒度分布，有非常大的影響的。所以我們現(xiàn)在控制在前驅(qū)體，我們現(xiàn)在用的是磷酸鐵體系，采用砂磨工藝，對漿料顆粒的分布區(qū)間控制在工藝要求的范圍內(nèi)。通過我們的工作，我們現(xiàn)在可以做到材料的壓實密度2.7g/cm3，通過計算體積比能量密度可以提高13%左右。
當(dāng)然我們在做這些工作的時候，也做了電芯的分析和檢測，不同壓實密度，雖然我們對顆粒做了調(diào)整，但是顆粒的潔凈度沒有受到影響，都是純相的磷酸鐵鋰。我們通過電鏡也可以看到不同壓實密度的材料，它的特征就是一次顆粒的尺寸有著非常明顯的差異。
考慮到粒徑的變化，尤其是壓實密度的提高，對極片表面致密度的影響，會影響整個極片的電阻值，所以我們對電池的阻抗也做了檢測發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)我們雖然提高了壓實密度，但是顆粒之間的孔隙率還是比較高的，對電解液的浸潤性比較好。所以我們做出來的材料，是在不影響最終電池性能的前提下，可以把能量密度做高。
根據(jù)我們的設(shè)計，我們主要生產(chǎn)的兩種類型產(chǎn)品，一個是18650和26650，這兩種電池的容量，18650可以做到2200mAh，26650的可以做到4500mAh。
第二個方面是我們對長循環(huán)上的設(shè)計，剛才提到全生命周期成本的控制，我們現(xiàn)在用了一種合成方法是碳?xì)饽z，碳的類型有單一的也有復(fù)合的，通過實驗數(shù)可以看出來，用復(fù)合的碳做出來的電池極化是最小的，而且阻抗也是最小的。磷酸鐵鋰主要的提高電導(dǎo)率的方式就是碳包覆，我們在做碳包覆的時候，通過采用這種復(fù)合的碳源做出來的碳包覆層是均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包覆在材料的表面，沒有多余的不定形碳。可能對后面電池的容量發(fā)揮，以及壓實性能的提高，都有一些不利的影響。而且通過拉曼曲線可以看到這種碳源合成出來的材料石墨化程度是最高的，包覆均勻性是最好的。
同時因為我們自己也做電芯，在電芯的制漿以及電芯的整個極片的設(shè)計上也做了大量的工作。典型的是我們在電池制漿的過程中采用了超聲輔助熱的干燥工藝，可以使我們濕法涂附的極片均勻性會顯著提高，這樣控制面密度不會在整個極片或者是電池內(nèi)部由于面密度差異造成循環(huán)性能的不穩(wěn)定，而提高最終產(chǎn)品的電池一致性。
另外，我們現(xiàn)在采用一種卷繞的技術(shù)，產(chǎn)品卷芯是圓形的結(jié)構(gòu)，這樣會存在一種現(xiàn)象，越往外層的極片包的弧度不同，會造成正負(fù)極的N/P比，會造成整個電芯的設(shè)計不均勻性，所以我們也做出來一種分布式涂布的極片，來保證整個電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性。
這是我們實測的數(shù)據(jù)，通過對這些材料以及電池工藝的優(yōu)化和改善，我們現(xiàn)在10C充放循環(huán)800周可以保證容量保持率大于80%，1C充放4000周可以保證大于80%。
另外是從高低溫適應(yīng)性來講，剛才講到全氣候使用的條件，不分春夏秋冬，不分地域，不會因溫度差異和工況不同而受局限性，所以我們設(shè)計了寬溫適用性的電芯。
高低溫性能方面的開發(fā)和設(shè)計，除了是硬性的技術(shù)要求之外，最重要的是影響安全性，比如低溫0℃以下的充電，高溫的循環(huán)使用工況，會對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能有非常大的影響。
所以我們在這方面做了大量的工作，一個是在提高低溫放電能力方面，首先是把碳包覆的含量提高，這樣會提高材料的電導(dǎo)率，我們對比數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，碳包覆量的不同，會對低溫放電的平臺和容量有顯著差異。低溫型的電芯材料碳含量要在1.8%左右，正常容量型的碳含量在1.2-1.4%之間。
同時我們做了其他的研究工作，這是我們對材料顆粒尺寸的監(jiān)控，用了一種算法，我們做出來材料的一次粒徑做了測量，通過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析發(fā)現(xiàn)粒徑控制，一次顆粒的粒徑相差100nm，克容量發(fā)揮可能會在3mAh/g。
通過以上我們做的技術(shù)創(chuàng)新，對材料和微量調(diào)整電解液制造出來的產(chǎn)品，一次粒徑在200nm左右，-20度低溫放電大于70%，-40度低溫放電可以達到40%左右。
另一個方面是在高溫方面做出來的工作，因為現(xiàn)在很多應(yīng)用領(lǐng)域，包括應(yīng)急燈和戶外電源等應(yīng)用的要求，對溫度窗口的監(jiān)控，也是現(xiàn)在需要攻克的技術(shù)。我們現(xiàn)在做高溫優(yōu)化，主要還是通過電解液方面的調(diào)控，它的理論基礎(chǔ)是調(diào)控HOMO和LUMO的能級，使電化學(xué)穩(wěn)定性在一個比較寬的溫域內(nèi)工作。
我們通過和供應(yīng)商聯(lián)合開發(fā)電解液，做出了高溫型的電芯適用的電解液，檢測在55℃浮充循環(huán)一年容量保持在90%以上；25℃、50℃和70℃不同溫度的數(shù)據(jù)對比，電芯性能一致性依然比較高。
同樣檢測在60℃循環(huán)，也能達到2000次以上保持80%以上的容量保持率。通過檢測自放電，主要考慮到在實際使用過程中，很多電池應(yīng)用像應(yīng)急燈之類的，會有大量的放置和靜置的時間，不放電的情況。我們做了一個自放電的曲線，85℃的情況下擱置180天，容量可以保持在80%以上。
以上是我們做的關(guān)于提高能量密度，以及在全氣候使用的電芯技術(shù)方面的創(chuàng)新，精工現(xiàn)在主要是做圓柱，圓柱已經(jīng)做了十幾年，現(xiàn)在整個技術(shù)團隊在這方面做的創(chuàng)新工作也非常多，授權(quán)專利有632項。
最后再給大家簡要介紹一下精工，我們精工成立于2008年，現(xiàn)在是在山東棗莊，整個工廠占地面積大概300畝，現(xiàn)在產(chǎn)量是每天85萬支的產(chǎn)量，授權(quán)專利是632項，同時我們也參與了國際、國家省市的標(biāo)準(zhǔn)制定。
這是我們主要的產(chǎn)品情況，具體來講，這是我們生產(chǎn)的磷酸鐵鋰材料，擁有自主的專利技術(shù)，在歐美七個國家都有授權(quán)。應(yīng)用端我們做得也比較多，首先是儲能方面的，我們做的儲能有家用的和工業(yè)用的，以及便攜式電源。智能制造類如機器人、AGV等產(chǎn)品。還有微動力的，輕型動力方面，比如高爾夫球包車、電動叉車，小型動力電池我們也在做很多成熟的方案。醫(yī)療器械類有疫情剛出現(xiàn)的時候，給火神山醫(yī)院做的一些項目。
這是我們公司的聯(lián)系方式，公司總部在山東棗莊，有這方面業(yè)務(wù)需求的，可以及時關(guān)注一下精工公眾號。
我的報告就到這里，謝謝大家！
