■來(lái)源：電池中國
數據顯示，2022年1-9月，HEV電池裝機量欣旺達排名國內第一位，BEV動(dòng)力電池裝機量排名國內第五位、全球第九位，站穩全球動(dòng)力電池頭部陣營(yíng)。
隨著(zhù)下游市場(chǎng)對高比能電芯需求日益追捧，越來(lái)越多的企業(yè)在此賽道展開(kāi)較量。近日，欣旺達電動(dòng)汽車(chē)電池有限公司中央研究院副總經(jīng)理梁世碩博士向電池中國網(wǎng)，介紹了高比能動(dòng)力電芯面臨的挑戰，并解密欣旺達開(kāi)發(fā)策略。
中國新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量已連續七年領(lǐng)跑全球，過(guò)去幾年里，新能源汽車(chē)應用場(chǎng)景中涌現出眾多品牌的動(dòng)力電池，優(yōu)勢各異、鏖戰尤酣。據介紹，成立于2014年的欣旺達電動(dòng)汽車(chē)電池有限公司，面對激烈的市場(chǎng)競爭，選擇了“左手混動(dòng)，右手純電”的發(fā)展策略，全面布局交通運輸、新能源等領(lǐng)域，并通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新、精細化運營(yíng)，提供有競爭力、情景化的動(dòng)力電池解決方案。
全球化布局方面，梁世碩表示，“欣旺達被評為全球動(dòng)力電池TIER 1生產(chǎn)商［有資格供應超過(guò)1家跨國OEM/EV生廠(chǎng)商（海外市場(chǎng)），且年累積產(chǎn)能＞5GWh］，是全球9家獲此殊榮的行業(yè)企業(yè)之一?！?
如今的欣旺達不僅研發(fā)能力強勁，授權專(zhuān)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；而且現已建成及在建動(dòng)力電池生產(chǎn)基地8個(gè)，分別是廣東惠州、江蘇南京、江西南昌、山東棗莊、四川德陽(yáng)、浙江義烏、湖北宜昌和海外基地，規劃產(chǎn)能超500GWh。
欣旺達并不滿(mǎn)足于現狀，積極進(jìn)軍高比能動(dòng)力電池市場(chǎng)。對此，梁世碩分析了高比能動(dòng)力電芯市場(chǎng)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(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的主要焦慮包括里程、充電、保值、安全隱患四個(gè)方面。
梁世碩指出，“為緩解里程焦慮，電動(dòng)汽車(chē)裝電量及續航里程呈逐年增長(cháng)的趨勢，預計后續標桿車(chē)型裝電量將達150KWh，續航超過(guò)1000km。高裝電量的同時(shí)，為保持寬敞的車(chē)內空間并減少車(chē)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(dòng)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(shí)現15/20/30分鐘快充，系列產(chǎn)品都將陸續推向市場(chǎng)?！?
梁世碩認為，“目前市場(chǎng)上廣泛應用的是鎳三元和石墨體系，要達到高比能，高鎳三元和硅基是必經(jīng)之路。而這兩種材料在電芯循環(huán)、膨脹及安全方面帶來(lái)了很大的挑戰?！彼麖娜齻€(gè)方面做出詳細分析。
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，伴隨晶格失氧，導致循環(huán)和安全性能惡化。二是Ni4+氧化性強，高鎳材料失氧溫度更低，失氧量更大，導致循環(huán)產(chǎn)氣，安全性能惡化。三是高鎳材料充放電過(guò)程中c參數變化更為劇烈，顆粒破碎加劇，導致循環(huán)和產(chǎn)氣惡化。
硅基負極的挑戰：
嵌鋰過(guò)程伴隨劇烈膨脹，脫鋰后材料收縮，體積反復變化導致材料粉化或從集流體上脫落；同時(shí)造成界面暴露在電解液中，不斷形成SEI膜，導致內阻增加，同時(shí)惡化存儲和產(chǎn)氣；脫嵌鋰體積變化和體相電阻高的特性，容易造成循環(huán)過(guò)程中脫離電接觸，加快容量衰減。
硅基電解液的挑戰：
硅負極的膨脹使電解液很難形成穩定SEI膜；高含量FEC與鋰鹽相互促進(jìn)分解，生成HF，破壞正負極界面、腐蝕活性材料顆粒；匹配高電壓三元正極或高鎳正極時(shí)，界面氧化性強催化電解液分解；應用方面，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。
針對以上挑戰，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，由團隊自主開(kāi)發(fā)的機器學(xué)習力場(chǎng)勢函數，實(shí)現材料精確計算，針對高鎳體系，計算了近30種摻雜元素的影響，結合Li/Ni交換能等多緯度計算結果，優(yōu)選出了提升材料循環(huán)壽命和安全性能的最優(yōu)摻雜元素?！绷硪环矫?，體相均勻摻雜工藝和晶面取向調控也是高鎳材料開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)?！疤嵘谱鞴に?，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(huán)性能和安全性能?！?/span>
氧化硅材料探索上：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)調控硅酸鹽相、摻雜技術(shù)，使快充性能明顯提升。
電解液改善策略上：調配并使用的硅負極成膜添加劑、除酸添加劑、耐氧化溶劑、新型成膜添加劑成功解決SEI膜、HF腐蝕、改善產(chǎn)氣、耐壓性、相容性等問(wèn)題。提高了電解液循環(huán)能力和存儲能力。
以欣旺達300Wh/kg高比能電芯為例，已具備長(cháng)壽命、低循環(huán)膨脹率、高安全可靠性、模組無(wú)熱擴散等優(yōu)勢。梁世碩介紹道，“在三亞市實(shí)際運行工況下，欣旺達高比能電芯服務(wù)壽命可達8年且16萬(wàn)公里質(zhì)保壽命SOH_均值為：82.33%，滿(mǎn)足80%的能量保值率要求。同時(shí)，電芯EOL滿(mǎn)電膨脹率及滿(mǎn)電膨脹力值均顯著(zhù)低于客戶(hù)要求，實(shí)現低循環(huán)膨脹率。在60?℃ 極端自然環(huán)境下對電芯進(jìn)行外短路、過(guò)充、雨淋、電擊測試：不起火、不冒煙、不漏液；淺表針刺和暴力撞擊測試：只漏液，不起火、不冒煙。說(shuō)明該電池具有極高的安全可靠性！”
欣旺達高比能電芯電池模組是當前市場(chǎng)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，欣旺達高比能電芯成功實(shí)現電芯之間熱阻隔，減少電芯間異常反應對臨近電芯的影響，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(yōu)異的模組設計，提高電芯冷卻性能和阻隔電芯間的異常熱量傳導，實(shí)現電芯不起火、不傳燒，從而實(shí)現經(jīng)濟實(shí)惠、安全耐用的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標。
產(chǎn)業(yè)布局方面，梁世碩表示，“欣旺達將堅持混合動(dòng)力和純電動(dòng)力電池并重的發(fā)展策略，助力交通運輸領(lǐng)域等雙碳目標的達成?！?/span>
產(chǎn)品矩陣中，據梁世碩介紹，“欣旺達HEV電池產(chǎn)品，已具備最高100C高倍率放電能力，50000次循環(huán)壽命，以及高安全可靠性，目前已向雷諾、日產(chǎn)批量供貨，與85%國內主流車(chē)企形成合作，海外定點(diǎn)企業(yè)也達11家，包括德國大眾集團?！?/span>
超級快充電池產(chǎn)品，已實(shí)現充電五分鐘續航200km的能力，目前小批量量產(chǎn)，合作車(chē)企有9家，批量化市場(chǎng)應用行業(yè)領(lǐng)先。
此外，欣旺達ESS磷酸鐵鋰電芯實(shí)現6000-16000次循環(huán)壽命，已向國內外頂級儲能客戶(hù)批量化交付。高比能BEV三元電芯，正在開(kāi)發(fā)280Wh/kg-350Wh/kg電芯，將滿(mǎn)足國內外客戶(hù)長(cháng)續航高端車(chē)型需求。
