萬向一二三在高功率以及高比能電池電解液的研究進展

2019年9月24-25日，萬向一二三基礎研發高級總監許夢清博士，參加了第四屆新型電池電解質/隔膜材料技術國際論壇(ABES-4)，并在會議上，分享了“萬向一二三在高功率以及高比能電池電解液的研究進展”的主題報告。來自中國、美國、加拿大、英國、德國、法國、日本、韓國等國家與地區的電池范疇的300家企業、大專院校和科研院所的代表，500多位同仁出席了此次國際論壇。

會議現場照片

許博士首先解析了公司的發展歷程。A123成立于2001年，發展基于磷酸鐵鋰動力電池，是一家專業的鋰離子動力電池制造企業。公司于2009年在美國上市，于2013年被萬向集團全資收購。

萬向一二三是一家全球化的公司，主要布局在中國、美國和歐洲。總部位于杭州，擁有規模最為龐大的全球加工制造中心，并設有材料研發、電芯開發、探測驗證中心以及系統工程研發等技術研發部門。

公司在美國密歇根州的Livonia，設有歐美地區的銷售中心和低壓電池系統技術的研發中心。位于波士頓郊區的Waltham和Hopkinton，公司分別設有材料及電芯研發中心和探測中心。A123在德國斯圖加特，設有面向歐洲客戶的銷售中心以及工程研發團隊。2016年，公司在捷克建立了高功率模組組裝工廠。去年年底，公司在英國建立了固態電池研發中心，與英國的科研院所以及汽車OEM一起開展固態電池的研發與使用。

萬向一二三股份公司基礎研發高級總監許夢清博士

2015年磷酸鐵鋰粉末團隊成功研發出第二代材料——超級磷酸鐵鋰粉末材料。基于這個材料，A123研發出兩款高功率的電池，第一個是12V的啟動電源，第二個是48V的啟停電源。A123的48V體系技術比較先進，占據的市場份額也比較大。充電功率密度可達16千瓦時，放電功率密度可達15千瓦時。

此外，電池的工作溫度范圍也很寬，涵蓋-30到65℃溫度范圍。針對下一代產品，A123基于電池在高溫存儲過程中容量恢復率以及高溫循環性能建立了與日歷壽命的構效關系。優化配方，滿足不斷提升的認定壽命需求，可達十年以上。同時關注電池的低溫阻抗，性能超越客戶期待。

A123在高比能電池電解液的研發進展情況，主要基于兩個化學體系，一個是高鎳811和石墨體系；第二個是高鎳811和硅碳體系。對于高比能量電池大家都想到的是提高電池能量密度，使它的單次充電行駛距離達到400公里以上。當然除了對行駛距離有要求之外，市場和客戶還對電池其他的性能提出了更高的要求，如安全性能、快速充電能力等。電解液的研發工作對于電池正負極界面、安全性能以及快充性能等都具有緊要的影響。

A123從以下三個方面去改善正極/電解液界面：第一是形成更加穩定的正極界面膜，第二是抑制金屬的溶解，第三是鋰鹽的穩定。

基于以上機理的分解，解析了811/石墨化學體系使用效果，目前電池高溫45℃1C/1C循環了500圈（預期可以循環1600次循環達到80%容量保持率），DCR約莫增長了13.5%。依據目前的數據，預測該電池性能優于客戶的要求。在零下十度以1/5C充電，1/3C放電的倍率充放電的循環，電壓范圍是3.0到4.25V，循環了150圈后容量衰減約莫在4%到5%。同樣也進行了快充的循環，該電池在循環200圈后容量衰減3.9%，DCR增長4.4%，超過客戶的要求。另外，該款電池還滿足客戶在充放電過程中電池溫度不超過31.5°C的要求。除此之外，電池全部通過了全針刺、高溫過充電、熱箱、擠壓等安全探測，并且都在EUCAR3或者以下。

今年，A123北美研發團隊與美國IonicMaterials公司聯合在固態電池的研發中取得了一個比較重大的沖破。

簡單解析一下固態電池的研究進展情況，目前采用的化學體系是NCM811加上石墨，只是用固態電解質把傳統的液態電解液取代掉。第二階段的目標是把負極換成硅碳體系，能量密度約莫在300到350Wh/kg；第三階段的目標是把負極換成金屬鋰，能量密度可以達到400Wh/kg左右；到第四代產品就會采用新型的正極材料，再加上金屬鋰，能量密度可以達到400Wh/kg以上。

這項技術沖破使得全固態電池有望在2024年大批量推向市場，固態電池在將來4-5年內將具有巨大潛力。

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