■來(lái)源：高工鋰電
為緩解里程焦慮，電動(dòng)汽車裝電量及續(xù)航里程呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。在高裝電量的同時(shí)，為減少車輛總重量，高比能（高體積能量密度及高重量能量密度）電芯成為主流主機(jī)廠開發(fā)高端車型的首選。
但高比能電芯“高鎳加硅”的材料設(shè)計(jì)路徑，在電池循環(huán)壽命、膨脹、安全三方面帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
11月14-16日，2022高工鋰電年會(huì)在深圳前海華僑城JW萬(wàn)豪酒店重磅啟幕，此次年會(huì)主題為“千軍萬(wàn)馬新動(dòng)力 中國(guó)引領(lǐng)全世界”。
動(dòng)力電池專場(chǎng)一上，欣旺達(dá)電動(dòng)汽車電池中央研究院梁世碩博士發(fā)表了“高比能動(dòng)力電芯的挑戰(zhàn)和開發(fā)策略”的主題演講。
高比能電芯的痛點(diǎn)與挑戰(zhàn)
梁世碩博士從高鎳正極、硅基負(fù)極、硅體系電解液三方面分析了高比能電芯在材料體系上面臨的痛點(diǎn)。
高鎳環(huán)境中，電芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，更易發(fā)生不可逆相轉(zhuǎn)變，伴隨晶格失氧，導(dǎo)致循環(huán)和安全性能惡化。而且高鎳失氧溫度更低，失氧量更大，疊加高鎳充放電過(guò)程中的顆粒破碎，導(dǎo)致循環(huán)和產(chǎn)氣惡化進(jìn)一步加劇。
硅基負(fù)極材料也存在著較為明顯的挑戰(zhàn)，主要有以下兩方面：其一是硅顆粒在脫嵌鋰時(shí)伴隨著體積膨脹和收縮而導(dǎo)致顆粒粉化、脫落，造成結(jié)構(gòu)坍塌，最終導(dǎo)致電極活性物質(zhì)與集流體脫離；其二是硅顆粒表面固體電解質(zhì)層(SEI)的持續(xù)生長(zhǎng)對(duì)電解液以及來(lái)自正極的鋰源的不可逆消耗，加快容量衰減。
目前硅基體系電解液大多采用高含量的FEC來(lái)穩(wěn)定硅碳負(fù)極的SEI，但高含量的FEC容易被高鎳正極或高電壓正極所催化分解，從而劣化電池的高溫存儲(chǔ)性能和高溫循環(huán)性能，與高比能電芯原本希望實(shí)現(xiàn)的快充性能相斥。
欣旺達(dá)的高比能電芯開發(fā)策略
梁世碩博士分享到，欣旺達(dá)提出了針對(duì)性的開發(fā)策略，逐一解決以上痛點(diǎn)。
對(duì)于高鎳材料開發(fā)，欣旺達(dá)研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了機(jī)器學(xué)習(xí)力場(chǎng)勢(shì)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)材料準(zhǔn)確計(jì)算。針對(duì)高鎳體系，計(jì)算了29種摻雜元素對(duì)三元材料本征性能影響，綜合Li/Ni交換能、TM-O鍵能、氧平均凈電荷、氧空位形成能、c參數(shù)變化率等5個(gè)維度計(jì)算結(jié)果，優(yōu)選了可以提升材料循環(huán)壽命和安全性能的最優(yōu)摻雜元素。
同時(shí)，欣旺達(dá)還通過(guò)體相均勻摻雜工藝和晶面取向調(diào)控，有效緩解了顆粒破碎，改善循環(huán)和產(chǎn)氣。
氧化硅材料開發(fā)上，欣旺達(dá)通過(guò)仿真計(jì)算，調(diào)控氧含量，使材料體積膨脹降低一半；并通過(guò)調(diào)控硅酸鹽相、均質(zhì)摻雜技術(shù)，大大提升快充性能。
電解液開發(fā)策略上，欣旺達(dá)使用硅負(fù)極成膜添加劑、除酸添加劑、耐氧化溶劑、新型成膜添加劑等，成功解決SEI膜、HF腐蝕、改善產(chǎn)氣、耐壓性、相容性等問(wèn)題。
以上述開發(fā)策略為基石，欣旺達(dá)推出的300Wh/kg電芯產(chǎn)品，具備長(zhǎng)壽命、低循環(huán)膨脹率、高安全可靠性、模組無(wú)熱擴(kuò)散等優(yōu)勢(shì)。
以三亞市的實(shí)際運(yùn)行工況為例，該高比能電芯服務(wù)壽命8年且16萬(wàn)公里質(zhì)保壽命SOH_均值為：82.33%，滿足80%的需求；滿電膨脹率及滿電膨脹力值均顯著低于整機(jī)廠客戶要求，實(shí)現(xiàn)低循環(huán)膨脹率；在60 ℃ 環(huán)境下安全通過(guò)外短路和過(guò)充測(cè)試。
全球化步伐進(jìn)一步加速
面對(duì)用戶焦慮和產(chǎn)品痛點(diǎn)，欣旺達(dá)針對(duì)電動(dòng)汽車的細(xì)分使用場(chǎng)景需求，完成超級(jí)快充，長(zhǎng)續(xù)航，長(zhǎng)壽命和經(jīng)濟(jì)型動(dòng)力電池的產(chǎn)品布局，全面覆蓋乘用車使用場(chǎng)景。
截至目前，欣旺達(dá)已進(jìn)入包括雷諾、日產(chǎn)、易捷特、吉利、東風(fēng)、廣汽、上汽通用五菱、上汽集團(tuán)、小鵬汽車、大眾汽車等主機(jī)廠的供應(yīng)體系。其產(chǎn)品成熟度和穩(wěn)定性進(jìn)一步得到市場(chǎng)批量應(yīng)用驗(yàn)證。
據(jù)GGII數(shù)據(jù)，欣旺達(dá)位列2022年前三季度全球動(dòng)力電池裝機(jī)量前十，且增速亮眼。
全球化布局方面，梁世碩博士表示，欣旺達(dá)被評(píng)為全球動(dòng)力電池TIER 1生產(chǎn)商［有資格供應(yīng)超過(guò)1家跨國(guó)OEM/EV生廠商（海外市場(chǎng)），且年累積產(chǎn)能＞5GWh］，是全球獲此認(rèn)證的9家企業(yè)之一。
11月6日，欣旺達(dá)宣布拿到德國(guó)大眾HEV項(xiàng)目電池包系統(tǒng)定點(diǎn)。欣旺達(dá)將作為德國(guó)大眾的量產(chǎn)供應(yīng)商，為德國(guó)大眾HEV項(xiàng)目供應(yīng)動(dòng)力電池包系統(tǒng)。
11月14日，欣旺達(dá)GDR正式在瑞士證券交易所上市交易，成為登陸瑞士交易所的第七家中國(guó)企業(yè)，及第五家鋰電行業(yè)企業(yè)。發(fā)行GDR將幫助欣旺達(dá)進(jìn)一步拓寬海外融資渠道，為開拓國(guó)際客戶提供有力支撐，大大加快其國(guó)際化戰(zhàn)略步伐。
