【金砖锂电论坛】联动天翼-吴军：《动力用电池的技术与趋势》
作者： 第一锂电网
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7月7日，2021中国国际锂电产业大会（简称金砖锂电论坛）在上海汽车会展中心顺利召开。本届金砖锂电会议为期两天，主题为以“新技术、新应用、新发展”为主题，采用“会议论坛+展览展示+体验营销”三位一体的创新模式，多项重点活动同期同地举办，充分协同联动，品牌效应和影响力大幅提升。
联动天翼新能源有限公司研发总监吴军出席论坛并发表主题演讲——《动力用电池的技术与趋势》。
以下为演讲实录：
各位嘉宾：大家下午好！
我是来自联动天翼的吴军，首先，非常感谢组委会给我这个机会，给大家分享一下关于动力电池技术与趋势的理解。
一、背景介绍
大家都知道，锂电行业目前很火，我跟大家分享一下我的切身经历。十几年前我刚进学校的时候，我老师跟我说了一句话：“庆幸你们选择了锂电行业，未来你有生之年不会失业”。十几年前我根本不了解电池是什么，在现在来看，电池行业发展的越来越广。
从小动力到EV、储能，现在每个领域对电池的需求越来越多，但是对电池的需求是一致的吗？他们对电池的要求是什么？
我简单整理了一下这些板块对电池的要求，从带电量来说，会越来越大。但是工况是不一样的，对于使用时间和成本也是不尽相同的。针对不同的工况，我们应该怎么样对电池进行分析？
总结为四方面：
1.安全。
2.续航。
3.寿命。
4.经济。
每一个板块我们都会讲很多很多，但是我这边重点讲一下寿命。（如图）从右边的图来说，市场对电池提了很高的要求，换车不换电池。如果一个电池能服务三辆车、四辆车，它的成本会大幅下降。所以针对电池的寿命，我后面会讲一下我们怎么针对寿命去提高。
二、技术创新
首先，对电池寿命进行分解。整个电池组的寿命一般分解为几块。
1.电池本体寿命，解决单一对象的问题。
2.成组寿命。
3.使用工况。
解决单一寿命，关于负极析锂也好、负极SEI膜修复也好，都是解决单体寿命，把500圈变成1000圈、10000圈，怎么解决这个问题。
成组寿命是解决多个对象的组合管理问题，这是在系统层解决的。
最后一个，即使电池寿命都很好，但是使用不好，同样不能很好的把电池应用好。所以在使用工况上，两轮车的应用场景比EV更严苛，怎么样管控温度。第二个是SOC控制，然后是充电电流控制。
首先，对循环寿命的问题，这是最新的循环寿命特征。分为三个阶段：
1.整个循环线性下降。
2.整个循环迅速下降。
3.整个循环跳水。
在这三个阶段下，分别的趋势代表什么化学含义，我们怎么把循环提升，怎么样不跳水。同时，我们发现循环下降的时候，阻抗是逐步增加的。针对这几个现象，我们做了一些研究。
不同循环次数下，极化会越来越大。从中间的图来看，阻抗是逐步增高的。从材料本征来说，我们对于电池的初期和末期进行了分解，初期整个正极是比较好的，后期负极材料的副反应逐步增多，SEI膜会逐步增厚。同时，电池的最终形态来说，产气大、对于电池阻抗都会逐步增大，都会影响到电池性能。所以我们对整个循环进行了一些分级。
第一阶段，循环占整个寿命的80%-90%，所以我们重点解决第一和第二的问题。针对循环，我们进行了机理分析。每一段发生了什么样的反应，比如说第一段，发生了负极膨胀、SEI膜修复、消耗电解液。到第二阶段发生了什么，针对第一阶段和第二阶段，因为容量筛选是很复杂的环节，会涉及到物理反应、气解和溶解的反应。总结下来，主要来源于材料劣化，怎么把正极的设计不影响正极材料的破坏以及负极材料的SEI膜破坏。
正极材料的劣化来源于什么？这边也说了关于材料相变结构的变化。怎么样让正极材料在循环过程中材料颗粒破碎，这是我们重点要解决的。第二，怎么让正极和电解液的反应在使用过程中不增加阻抗，在表面形成一些动画层。所以我们采用了不同方式，发挥单晶、多晶的优势，不降低能量密度的前提下，提升电芯高温循环能力。采用多元素掺杂，采用复合包覆技术，减少表面层不可逆相变和副反应发生。
怎么样让负极材料在膨胀过程中不导致颗粒的破碎，以及在负极和电解液反应的时候，怎么样不增加电池的阻抗，最后是不析锂。在负极上，我们会做原材料选型以及工艺升级，降低负极的膨胀。因为负极膨胀降低之后，它的SEI膜破碎的会少，不会产生一些跳水。
关于电解液，这是非常关键的。从中间的图来看，电解液不添加任何添加剂的情况下，它的正极表面如王院长说的，整个表面就会钝化，加了一些添加剂之后，会保护整个正极的表面，医治正极结构的破坏。
负极也是一样的，怎么通过一些添加剂保护SEI膜，让它不破碎。针对这块，我们做了不同添加剂。针对不同添加剂，对循环性能的识别，以及通过配方的优化，其实配方是一个综合剂，怎么综合正极和负极，实现循环性能和经济性的平衡。
前面讲了这么多，都讲了怎么去解决单电性的循环问题。下一个板块是怎么去使用它。
我提了一个问题，我们测试 特斯拉18650，发现它在1C下循环只能达到800次。20万公里之后，单电性依然维持95%。1C/1C循环并不能真实评估电池性能，所以我们对18650进行了分解。从左边的图来说，我们对每10%SOC做循环，如果0-10%做循环的话，可以获得10000周以上。随着趋势来看，SOC越高的时候，循环越大。控制上限SOC，调下限SOC，下限SOC越低，寿命也是越差的。电池其实是可以找到比较适合的窗口，怎么去使用这个电池，以及让它的寿命更大。
特斯拉这个电池，0-100%可能也就1000多左右，但是使用的时候可以到3000-5000周，有些因子我们要识别。
我们对电池的使用一般分为两个模型，一个是存储模型，另外一个是循环模型。今天我不会讲存储，主要讲循环。因为我们的车大部分在存储，而不是在充电。到底是100%电量的存储还是50%电量的存储，以及温度，存在25度下还是45度、55度。除了这两个影响因子之外，还会加充电倍率的问题。所以我们针对这些因子，我们做了一些实验，以便找出一些显著因子去充分使用电池以及对电池的后续梯次利用提高价值。
可能不能通用到所有的产品，只是给大家简单看一下。我们对不同的倍率进行分享，第二个是对不同温度，25度、35度45度、55度对循环有什么样的影响。后面有不同SOC的，100%、95%、90%、80%，下限从0%、10%、15%、23%。这只是数据，怎么把它应用起来，这是我们第二步要做的。针对这个数据，我们希望把它变成一个模型。基于这些数据，我们把它变成模型以后，我们针对模型以及应用工况，可以设计出整个电池的寿命。
我们充放电的深度是5%-95%，倍率是0.5%，温度是25度，可以算出来电池到80%还有多少循环，电池到70%还有多少循环。第二，我们的用户业务场景是45%度，那会衰减多少？因为很多用户放电基本上不会放空的。从这个模型中可以看出，同样的电池在不同的工况下，可以做出不同的循环。最终一个是通过我们数据的模型以及不同工况下我们可以预测出80%的寿命，以及梯次下70%还剩下多少。70%、80%还有好几千周。
我们有寿命模型，包括电池的设计，以及运营平台，我们可以把整个电池的寿命模型做一个组合，这样我们在下一个阶段，两轮车也好，四轮车也好，我们可以完全监控到它的寿命。
在这之后，我们做下一步的梯次利用。其实有很多我们的运营商拿到一些梯次电池给我们，我们不敢用，因为我们对它的数据模型不清楚，对它的运营情况不清楚，没办法做梯次利用。只有有数据模型，我才能知道它还能用多少周。现在看好的，有可能拿到一个不知道什么模型的时候，10周之后就跳水了。
最后一步是材料回收，如果前期没有积累的情况，很多电池无法梯次利用，也不敢梯次利用，就直接从第一步跳到最后一步了。
三、未来展望
联动天翼集团公司在北京和 松下进行合作的，全资子公司是联动天翼 新能源有限公司，我们做电芯、PACK以及系统，以及我们会有各个板块都有合作关系。
这是我们目前在江阴的工厂，我们会有4GWh的一期产线和12GWh的二期产线，应用端会用在EV、储能以及两轮车。
谢谢大家！
