年3月30日由“连线新能源”主办的《中国新能源汽车动力电池先进技术高峰论坛》第五期在上海IBP国际会议中心举行。塔菲尔的周武俊博士、烟台创为新能源科技有限公司的黄丁来总监、北京化学试剂研究所的阳光博士，普瑞塞思的朱静博士，比亚迪的戴湘豫博士和中天鸿锂的曹建华博士，以及同济大学的罗巍博士一起为大家呈现了一场精彩绝伦的知识盛宴。

塔菲尔的周博士与大家分享了塔菲尔公司在高比能方形电池方面的设计经验，首先周博士为大家介绍了塔菲尔公司的基本情况，塔菲尔公司是一家在高比能动力电池设计方面有着丰富的设计经验的公司，目前已经在国内的南京、东莞和北京进行了布局，并在美国的硅谷设立的创新中心。公司有着丰富的产品线，在高比能电池方面已经实现了Wh/kg的高比能电池的量产，并在积极布局Wh/kg高比能电池。在快充电池领域也已经量产了15min快充电池，并在推进6min快充电池的研发。值得一提的是公司为知豆D3电动汽车设计的电池系统比能量达到Wh/kg是目前所有的公告车型中体系比能量最高的成型。

年随着补贴政策的调整，对动力电池的比能量提出了更高的要求，在年时市场上的动力电池模块的系统比能量基本都在Wh/kg，但是到了17年年底，大部分产品的系统比能量都达到了-Wh/kg，部分产品一经达到了将近Wh/kg。关于高比能动力电池的设计周博士认为应该从四个方面进行着手，1）主材料的开发，也就是正、负极材料和电解液的开发；2）非主材的开发，也就是集流体、保护装置的轻量化设计；3）结构设计的优化；4）前沿工艺的工艺的开发。

在主材料的开发方面，周博士认为要着重解决高镍三元材料的复杂相变和微观应力的问题，提升材料的循环性能，对硅碳材料需要通过纳米化、表面包覆和Si-C复合的工艺来抑制Si材料的体积膨胀。电解液开发方面周博士着重强调了通过正极成膜添加剂来减少三元材料在高电压下的过渡金属元素溶出，提升高电压电解液的循环性能。

在非主材的开发方面，周博士与我们分享了在塔菲尔在超薄集流体应用方面的经验，塔菲尔通过工艺优化和创新，成功克服了6um铜箔和12um铝箔在使用中面临的断带、起褶等问题，目前已经能够实现60米／min的高速涂布。

在电池结构方面，周博士介绍了塔菲尔充分利用方形电池内部空间，并进行合理减重大幅提高方形电池的重量比能量的经验。此外，周博士还介绍了塔菲尔在前沿工艺方面上的开发进展，例如高压实密度、高涂布量电极的生产工艺研究，最后周博士还和大家分享了塔菲尔在全固态电池和Li-S电池方面的研究进展。

接下来，烟台创为新能源科技有限公司的黄丁来总监为大家分享了烟台创为在动力电池组的热失控的预警和防控技术方面的成果。烟台创为是最早通过公安部认证的电动汽车安全消防供应商之一，在动力锂离子电池组的热失控预警和防控技术方面处于国内领先水平，目前已经为宇通、上汽大通、吉利商用车、长江汽车在内的多家新能源整车企业提供了技术支持。

黄总监首先介绍了动力电池组热失控预警所面临的挑战，首先是锂离子电池热失控机理复杂，研究困难，锂离子电池燃烧迅速，不易扑灭，并且容易发生复燃。第二是没有公开的锂离子电池防火测试数据可供参考。为了建立可靠的动力电池组热失控传播模型，黄博士分析了不同的电池体系、电池间距、电池容量、工作状态和环境温度下，电池组内一只单体电池出现热失控后，热失控在电池组内的传播规律，并据此首次提出了电池系统火灾向整车蔓延的多米诺骨牌效应，首先是单体电池热失控，然后发生扩散，然后电池系统火灾最终引起车体火灾，造成严重的后果。在建立了动力电池组热失控传播模型的基础上，创为海对如何阻隔热失控在锂离子电池内的传播进行了分析，提出了三明治结构的阻隔材料方案。

创为的热失控预警技术另一个优势在于通过气体传感器、烟雾传感器、火焰传感器和温度传感器综合作用，实现了对动力电池组热失控的高可靠预警、分级预警和自动灭火处置，为动力电池组发生热失控时的人员逃生赢得了宝贵的时间。

在短暂的茶歇之后北京化学试剂研究所的阳光博士为大家分享了北化所高比能电解液开发方面的最新进展。杨博士从：1）电解液本质的认识；2）高比能电解液的研究方向；3）电解液安全性等三个方面，为大家分享了北化所在高比能电解液的研究经验。

电解液最本质的作用就是传岛Li+，但是看似简单的电解液却决定了锂离子电池的工作温度范围、存储性能、循环寿命、安全性能和倍率性能，因此电解液的开发并不是一件简单的事，需要从添加剂、溶剂和锂盐等几个方面综合考虑，并与高比能电池体系相匹配和兼容。

杨博士认为在锂离子电池中我们需要面对的挑战主要有：1）电解液会与正极材料发生复杂的反应，这有好的一面也有坏的一面；2）传统的负极成膜添加剂与高镍材料的匹配性不佳，例如常见的VC添加剂在高电压情况下性能会明显的下降；3）电解液需要提升在高电压下的稳定性；4）在电极高压实的情况下需要提升电解液的浸润性；5）提升电解液的安全性。

针对高比能电池正极材料采用高镍三元材料，杨博士认为可以采用正极成膜添加剂来抑制过度金属元素的溶出，正极成膜添加剂主要分为两类：1）吸附型添加剂，吸附型添加剂通过与正极材料中的金属元素结合吸附在正极表面，抑制正极的副反应。第二类是成膜型的添加剂，这类添加剂会在正极发生氧化，在正极表面产生一层保护膜，减少过度金属元素的溶出。

在如何选择电解液添加剂方面，杨博士为我们介绍了基于量子力学的前线轨道理论，通过分子的LUMO和HOMO能量判断分子的氧化稳定性和还原稳定性，并向大家展示了用于筛选电解液添加剂分子的星云图。星云图中以VC添加剂的LUMO和HOMO能量值为基点分成了四个区域，不同的区域代表了添加剂不同的氧化稳定性和还原稳定性，并据此分析哪种分子适合作为SEI膜成膜添加剂。

在高电压电解液的开发方面，杨博士为大家介绍了几种目前研究比较广泛的锂盐体系的优缺点，例如LiFSI稳定性好，但是在高浓度的情况下会腐蚀Al箔，总的来说LiDFOB是目前较好的一种高电压电解液锂盐。

在提高电解液的浸润性方面，杨博士介绍了不同的锂盐浓度的对于正负极和隔膜的浸润性的影响，为了保持较好的浸润性，锂盐的浓度一般要保持在1.0mol／L左右，很少会超过1.45mol／L，另外一个提升电解液浸润性的方法就是采用低粘度的溶剂，例如DMC和EA等。

在提升电解液的安全性方面，杨博士提出采用电解液阻燃剂ROB和负极处理工艺的方式改善锂离子电池的安全性，能够保证电池在针刺实验中的不起火、不爆炸。

下午来自深圳普锐赛思的朱静博士为大家分享了普锐赛思在动力电池模块安全性评估方面取得一些研究成果。首先朱博士介绍了目前比较通用的动力电池安全测试标准，例如SAEJ、SAEJ、IEC标准、GB标准等。

动力电池组主要由单体电池、电连接器、绝缘装置和控制系统、冷却系统等部分组成，是一个非常复杂的体系，这就需要我们不但具备电化学知识，还要对流体、热管理、机械等方面的知识有所涉猎。

首先朱博士为大家介绍了常见的失效模式，例如过充、过放、起火和爆炸等单体电池层级的失效，以及通讯失效，SoC估算失效，以及电池组密封失效，电连接器绝缘失效等电池组级别失效模式。

锂离子电池是一种高度依赖温度的化学储能电池，因此即便是非常微小的温度偏差都会造成电池衰降速度的不一致，进而影响锂离子电池的寿命。计算表明两个并联的单体电池，在温度相差3-5摄氏度时，电流偏差会达到25-40%。

朱博士还与我们分享了在动力电池组震动测试中的一些小技巧，例如在选择电池组的测试夹具的时候，需要保证测试夹具的共振频率不在电池组的共振频率范围内，以避免将振动量级放大，影响测试结果的准确性。

此外，朱博士很介绍了圆柱形电池模块和方形电池、软包电池模块在热失控传播过程中热量的传播形式，例如圆柱形的电池热量传导主要是用过电池之间的汇流排，而方形电池和软包电池则主要通过电池外表面进行，因此圆柱形电池组要避免热失控中热量通过汇流排传播，例如采用Al丝焊等工艺，而方形和软包电池则要通过阻热片来减少热量的传播。

朱博士还分享了电池不同的串并联对于电池组的热失控行为的分析，例如在串联电池数量过多的时候，当其中的一只电池在发生泄压保护时，由于电池组电压过高，可能发生电弧现象，从而导致电池热失控。最后，朱博士还为大家介绍了梯度温度方法测试不同的电池组热稳定性的方法。

来自比亚迪的戴湘豫博士为大家分享了陶瓷密封技术，由于磷酸铁锂电池的回收效益低，因此动力磷酸铁锂电池的回收主要是通过梯次利用来实现收益。但是传统的密封方式在长期使用中可靠性差，因此戴博士开发了一种基于Al2O3陶瓷的密封结构，其强度超过N，漏率小于10-14，加之陶瓷材料良好的稳定性，保证了电池在长期使用中不发生泄漏，保证了电池在梯次利用中的可靠性。

中天鸿锂电曹博士为大家分享了动力电池组的结构对于动力电池回收方面的影响，随着最早的一批电动汽车进入淘汰期，未来的几年将会有大量的淘汰动力电池涌入到市场中，到年将会达到一百多万吨的报废量，动力电池的回收领域具有广阔的市场。博士主要从回收的便利性角度上分析了不同的结构对于回收利用的影响，例如电池模块内的焊接结构、电池模块的设计、电池结构的布局等，例如从焊接结构上来讲，卡簧式结构最方便回收，其次是Al丝焊结构，最难拆解的结构是激光焊接。在电池模块化的设计方面，标准化设计的模块会降低拆解的难度，例如比亚迪的24V和48V模块就非常方便拆解回收。

最后来自同济大学罗巍博士和大家一起分享了关于固态锂离子电池的一些最新的进展。首先罗博士为大家介绍了Li-S电池和Li-空气的发展现状和面临的技术难题，S正极不但价格便宜，而且容量是石墨材料的5倍，是一种理想的锂离子电池正极材料，早期人们也认为Li-S电池是最有可能的下一代动力电池。但是S与Li的反应产物不导电，因此S正极就必须添加大量的导电碳，通常会达到50%以上，降低了电池的比能量。此外，S嵌锂的中间产物还会发生溶解，并迁移到负极表面，造成Li-S电池的循环性能很差。Li-空气的比能量要远远高于锂离子电池材料，也是一种非常有希望的下一代高比能电池方案，但是由于空气中存在H2O、CO2等成分，使得Li-空气电池放电产物的可逆性变差，限制了Li-空气电池的应用。而Na锂离子电池目前主要的优势在于低成本，但是目前Na离子电池主要采用硬碳作为负极材料，还缺少好的负极材料，因此比能量较低，可能会用在储能领域替代铅酸电池。

在快充技术方面，罗博士认为由于锂离子电池的限制环节在Li+，因此单纯的提高充电电流，可能会引发安全问题。谈到全固态电池的发展，罗博士介绍了目前全世界的固态电池技术发展情况，在北美地区主要是加拿大的魁北克水电研究所，以及美国的SEEO等，在欧洲有博世公司。而亚洲是全固态电池技术研究最活跃的地区，特别是日本，近年来有90%的固态电池技术专利来自日本，如丰田、本田等都有很好的技术储备。此外，韩国的三星、LG也有不错的技术储备。国内方面主要是大连化物所、中科院物理所、青岛能源所、上海硅酸盐研究所等单位。目前日本开发的Li10GeP2S12电解质具有非常高的离子电导率，已经接近液态电解液，但是该电解质存在怕水的问题，在有水的情况下会发生分解释放出H2S气体。LiPS3Br类电解质电导率也非常高，但是仍然存在怕水的问题。而目前研究比较热的LiLaZrO类电解质虽然电导率稍低，但是在有水的环境下也非常稳定。

罗博士将现有的“固态”电池分为了四类，第一类是在现有的体系下利用固态电解质将隔膜替换掉，但是还要加入电解液，这种电池基本上沿用了现有的工艺，现有电池的优点都会有，但是又能兼顾固体电池的优点。第二类是聚合物电池，这类电池需要在60-65摄氏度工作，因此也可以称做半固态电池，能够使用目前的卷绕工艺，并具有较好的电导率。第三类是固固混合电解质，将几种电解质混合起来，以提高固态电解质的性能。第四类是纯无机电解质，这类电解质界面阻抗较大，影响Li+的传导，总的来说罗博士认为第二类固态锂电池是目前最可行的方案。

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