本文为NE时代和同科芯能于10月16-17日联合主办的2019中日韩下一代新能源汽车电池技术大会演讲嘉宾的现场实录。

　　各位同仁，各位嘉宾大家下午好。我叫陈旸，来自万向一二三。感谢组委会给我这个机会讨论一下高镍电池安全方面的问题，以及我们对这个问题的思考和在这方面的研究取得的一些进展。

　　我今天汇报的内容包括这么几大部分，第一部分简单的介绍一下万向一二仨的全球布局，二是在高镍电池安全方面做的工作，我们的一些思路，还有我们取得的进展和未来的规划。大家都知道万向一二仨的前身是美国A123和万向电池两部分，美国A123是2001年在波士顿成立的，所以我们在波士顿有一个研发中心，主要是从事基础材料方面的研究和电芯开发方面的工作。2008年的时候我们在底特律建立了动力电池事业部，并建立了工程研发中心，主要聚焦在做电池系统技术方面的研发工作，现在主要集中精力做12V起停电池和48V产品的研发。2009年随着欧洲客户的逐渐增加，欧洲客户对技术支持的需求越来越大，我们在斯图加特建立了斯图加特的工程中心，主要用于服务欧洲的客户。

　　万向自己有电池企业，1999年开始，在杭州这边我们有基础研发，电芯开发和系统工程三大块，涵盖波士顿和底特律这两部分。我们的全球研发团队有具体的分工，高比能电池的开发更多的是在杭州这边，系统方面高压的开发也在杭州，基础研发是全球团队，但中美团队有不同的侧重点。最近一个变化在去年我们拿到英国政府支持的固态电池的研发项目，所以我们在英国的考文垂建立了一个小的研发中心支持这个项目。电芯和系统的生产主要在杭州，我们在捷克的奥斯特拉法有一个电池系统生产基地，为欧洲客户提供48V和12V的电池系统。这样一个全球的布局对吸收全球的人才和研发资源提高我们研发的能力是很重要的，同时也可以高效地为我们的全球客户提供技术服务。

　　谈及A123大家都知道我们原来在纳米磷酸铁锂材料研发，以及在超级纳米磷酸铁锂材料研发上取得了很大的成绩。这个成绩是得益于在材料本身的研发的投入。通过对纳米磷酸铁锂材料的优化得到的超级纳米磷酸铁锂这个材料有非常优异的低温性能寿命和功率特性，这个材料使得我们48V的产品占据了全球超过半数以上的市场份额。

　　基于在低压研发取得的经验，我们在高镍三元电池开发方面也采用同样的方式，从材料本身的研究入手。刚刚各位专家都已经进过了，我们有很多在下游的围堵的措施，热失控之后怎么防止热失控的蔓延，系统上怎么做早期预报工作等。这些都是下游很重要的工作。但是更重要的一个工作或者说还有一部分很重要的工作是在上游在源头，如何来提高材料的稳定性，避免这种热失控的发生，这样可能更从根本上解决问题。两方面都是需要的，无论上游工作怎么样来做，发生热失控的可能性还是有，一旦发生了之后如何去堵，但是如果更多的精力放在如何避免发生，这样对行业的发展会有更重要的意义。

　　我们的思路就想提高材料的热稳定性。大家都知道，材料表面包覆和掺杂是提高高镍三元正极材料热稳定性的根本方法。我们是根据做磷酸铁锂吸收来的经验来做高安全的高镍三元材料开发。要做这些材料的研发首先要做很多基础性的工作，我们要知道提高三元材料热稳定性的机理是什么？三元材料为什么产生了热的不稳定问题？我们美国团队和美国阿贡国家实验室用先进的XRD设备去分析从811发生热失控的过程当中材料结构发生了什么样的变化。从图中可以看出，811材料随着温度的提高从层状结构变为尖晶石结构最后形成岩盐并释放出氧气的过程。岩盐的生长和氧气的释放是产生热失控的根本问题。针对这样一个根本的原因我们可以通过包覆和掺杂来延缓时岩盐的产生，就可以提高材料的热稳定性。通过这种先进仪器，先进的方法可以清楚的看出，我们可以对掺杂和表面包覆对材料热稳定性的影响做定量分析。图中红线和黄线显示这两种包覆材料可以使岩盐生成的温度有明显的提高。用这样一套技术就可以明显的来提高这个材料本身的热稳定性。降低发生热失控的概率，或者说让它在针刺滥用的条件下热稳定性更好一点，提高整个电芯的热稳定。

　　我们还做了一些添加剂的工作，在811里混合这种添加剂，对三元材料的安全性有了很大的提升，但是并没有产生寿命容量方面的负作用。当然最开始的时候是有这个问题，还有通过一些其他的方法解决这个负作用，提高它的安全性。这是典型的实例，这是我们做的一个46Ah的电芯，通过两种材料表面的包覆，蓝线是基准材料的寿命，红线和黄线是涂布以后的寿命。这个电芯可以通过100%的针刺，寿命并没有衰减甚至还提升了一点点，这样就可以保证在同样性能的情况下提高电芯的安全性能。

　　现在270-280Wh/kg能量密度大尺寸的电芯，也采用了这样一种技术。这个电芯可以通过针刺、过充、热箱、短路等滥用实验，这是从根本上来解决电芯的一个安全问题。这页的东西是讲300Wh/kg的电芯，正极采用了包覆后的NMC811加安全添加剂，负极是硅碳，电芯能量密度达到了302Wh/kg，这个电芯容量是83.5Ah，采用这样的技术也可以通过针刺,结果是EUCAR3，现在正在做寿命的评估。

　　前面我讲的这个例子常规的高镍三元正极，石墨或硅碳负极，液态电解液电芯的安全问题。这些电芯的能量密度在280Wh/kg到300Wh/kg范围内。那么在300到350Wh/kg这个时候采用什么样的技术解决电池的安全问题呢？一种思路固态电池。大家知道固态电池在能量密度和安全方面有明显的优势，但固态电池也面临很多挑战。今天上午在另一个会场大家都在讨论这个问题。

　　固态电池的主要问题就是离子导电能力，界面的问题，电化学的稳定性和可制造性问题。我们现在万向一二三做的这个方式，在这一页里面可以给大家简单的展示一下。万向一二仨成立一个全球的研发团队，以美国的研发团队为主，与当地的一家固态电解质的公司合作从事固态电池的研究工作。去年我们拿到了英国政府的资助，与包括主机厂，大学和研究机构在内的多家合作伙伴一起形成一个全球的研发团队。A123擅长电芯的研发，所以我们更多的是做电芯方面的工作，擅长材料的做材料方面的工作。我们采用分步式的研究方式，不是一步登顶。第一步是采用811石墨体系及固态电解质去验证这个技术的可行性，第二部通过硅碳负极的应用将电池能量密度提高到350Wh/kg，第三部是采用高镍三元与锂金属负极将电芯的能量密度提升到400Wh/kg的水平，最后通过采用下一代的正极材料技术和锂金属负极实现超过400Wh/kg的目标。我们在这方面也取得了一些初步的成绩，在这里面简单的跟大家汇报一下。

　　这是一个年初的时候我们做的10Ah的电芯，这个电芯的正极811，负极石墨，能量密度当时只有在140 Wh/kg左右，常温下循环到80%的时候可以做到450个循环。今年年中的时候把能量密度提高到220Wh/kg，容量做到38个安时左右，在能量密度提升的情况下循环的水平保持在类似的一个水平。还有很重要的一点，大家都有一个疑问固态电池通常要作很高的温度下工作，我们研发的这种固态电解质的电池DCR的情况是什么样的？这张图可以给大家看，在室温的情况下和同样的811加石墨的电芯相比，DCR是811加石墨的两倍，45度的时候DCR基本上相当，低温零度的时候也是比同样的811加石墨的要高。在这方面还有很多的技术挑战，但是至少我们看出来这个差距在逐渐的拉小，通过这些工作也让我们知道自己还要在哪些方面要做工作。

　　因为这个电芯最终的应用要在某些特殊的场合上应用，我们做了一些在赛车场合的Driving cycle的测试，连续跑了十次这个温度都没有超过上限的温度，或者放电的时候都没有超过下限的电压。还有很重要的一点，我们是利用现有的生产设备制备这些样件的，这个对固态电池的研发是很重要的。固态电池研发当中一个很重要的问题可制造性，我们现在做的电芯都是用的常规生产811加石墨的设备生产出来的电池，这是我们的研究方法里另一个比较特殊的地方，因为我们要在不增加成本，尽量能够使用现有生产设备的条件下制造出这种安全性能得到了大幅度提高的高比能电芯来。

　　这是做针刺实验时候的一个video，这个是NMC811/石墨的电芯能量密度在250 Wh/kg左右， 容量为38Ah。图中红线代表这个针刺过程中电芯的温度。大家可以看到温度瞬间很短的时间内升高到40度，电压基本上没有什么变化。这个实验结果给与了我们在这一方向继续研发的信心。一是不去提高生产制造成本，至少不把现在的生产线全部打乱，第二安全性确实有很大的提高，能量密度提升的空间也有。但是这不是我们终极的目标，即便是实现这样的目标也有还有很多技术的难题需要解决，我们还在研发阶段。今年开始我们扩大我们的能力，小批量到中试水平。

　　这是万向一二三高比能电池的技术路线年到300 Wh/kg，这个时候固态电解质的电池要进入小批量的量产。计划到2025年开始进行给OEM批量的生产（300-350）Wh/kg的固态电池。380到400 Wh/kg的全固态电池将与到2027年以逐步投放到市场。

　　万向集团在电池的发展方面有很宏伟的计划。这是我们现在在钱塘江边规划的的万向创新聚能城，2.3平方公里做电池用的。规划产能是80GWh，江边有0.6个平方公里的土地用于建设万向国际电池创新中心，开放实验室为社会各界提供服务，大家共同创业为电池的事业发展共同贡献力量。

　　简单的总结一下，电池的安全，尤其是高比能电池的安全这是行业面临非常大的问题，万向一二三在这方面做了一些工作，我们认为通过基础的研发从根本上提升电池材料本身的安全性是解决这个问题的有效途径。我们在这方面做了很多的利用我们自己特有的表面涂敷和添加的技术做了很多工作也取得了一些成绩，同时在固态电池的研发方面也取得了一些进展。我们还有很多艰苦的工作需要做，我们会沿着这个方向继续能力，为行业的发展贡献我们的力量。