解密高比能电芯！欣旺达电动汽车电池梁世硕：坚持混动和纯电发展策略

宏工科技总冠名

CBIS2022 

第七届动力电池应用国际峰会（CBIS2022）

绿色低碳：构建锂电发展新生态

主办单位：中国化学与物理电源行业协会

　　　　　电池中国网

联合主办：江西明冠锂膜技术有限公司

承办单位：动力电池应用分会

　　　　　壹能（北京）网络科技有限公司

联合承办：无锡先导智能装备股份有限公司

会议时间：2022年11月28-12月1日

会议地点：中国·上海

撰稿丨电池中国

编辑丨麦 子

美编丨CBEA独耀

数据显示，2022年 1-9月，HEV电池装机量欣旺达排名国内第一位，BEV动力电池装机量排名国内第五位、全球第九位，站稳全球动力电池头部阵营。

随着下游市场对高比能电芯需求日益追捧，越来越多的企业在此赛道展开较量。近日，欣旺达电动汽车电池有限公司中央研究院副总经理梁世硕博士向电池中国网，介绍了高比能动力电芯面临的挑战，并解密欣旺达开发策略。

中国新能源汽车产销量已连续七年领跑全球，过去几年里，新能源汽车应用场景中涌现出众多品牌的动力电池，优势各异、鏖战尤酣。据介绍，成立于2014年的欣旺达电动汽车电池有限公司，面对激烈的市场竞争，选择了“左手混动，右手纯电”的发展策略，全面布局交通运输、新能源等领域，并通过技术创新、精细化运营，提供有竞争力、情景化的动力电池解决方案。

全球化布局方面，梁世硕表示，“欣旺达被评为全球动力电池TIER 1生产商［有资格供应超过1家跨国OEM/EV生厂商（海外市场），且年累积产能＞5GWh］，是全球9家获此殊荣的行业企业之一。”

如今的欣旺达不仅研发能力强劲，授权专利数超1200项，研发设备超3000套，研发人员超1500人，其中博士超100人；而且现已建成及在建动力电池生产基地8个，分别是广东惠州、江苏南京、江西南昌、山东枣庄、四川德阳、浙江义乌、湖北宜昌和海外基地，规划产能超500GWh。

欣旺达并不满足于现状，积极进军高比能动力电池市场。对此，梁世硕分析了高比能动力电芯市场的机遇和挑战，并分享了含金量十足的欣旺达开发策略和进展。

当前，电动汽车市场的主要焦虑包括里程、充电、保值、安全隐患四个方面。

梁世硕指出，“为缓解里程焦虑，电动汽车装电量及续航里程呈逐年增长的趋势，预计后续标杆车型装电量将达150KWh，续航超过1000km。高装电量的同时，为保持宽敞的车内空间并减少车辆总重量，高比能（高体积能量密度及高重量能量密度）电芯成为首选。”

据介绍，“在高比能电芯规划方面，欣旺达动力电池兼备高能量密度和快充性能，能量密度覆盖280Wh/kg-350Wh/kg，实现15/20/30分钟快充，系列产品都将陆续推向市场。”

梁世硕认为，“目前市场上广泛应用的是镍三元和石墨体系，要达到高比能，高镍三元和硅基是必经之路。而这两种材料在电芯循环、膨胀及安全方面带来了很大的挑战。”他从三个方面做出详细分析。

高镍正极材料的挑战：

一是Ni含量升高，结构稳定性下降，更易发生不可逆相转变，伴随晶格失氧，导致循环和安全性能恶化。二是Ni4+氧化性强，高镍材料失氧温度更低，失氧量更大，导致循环产气，安全性能恶化。三是高镍材料充放电过程中c参数变化更为剧烈，颗粒破碎加剧，导致循环和产气恶化。

硅基负极的挑战：

嵌锂过程伴随剧烈膨胀，脱锂后材料收缩，体积反复变化导致材料粉化或从集流体上脱落；同时造成界面暴露在电解液中，不断形成SEI膜，导致内阻增加，同时恶化存储和产气；脱嵌锂体积变化和体相电阻高的特性，容易造成循环过程中脱离电接触，加快容量衰减。

硅基电解液的挑战：

硅负极的膨胀使电解液很难形成稳定SEI膜；高含量FEC与锂盐相互促进分解，生成HF，破坏正负极界面、腐蚀活性材料颗粒；匹配高电压三元正极或高镍正极时，界面氧化性强催化电解液分解；应用方面，常规电解液添加剂一般会使电池的DCR增长，从而不利于快充性能。

针对以上挑战，欣旺达提出他们的开发策略。

高镍材料开发上：梁世硕表示，“一方面，由团队自主开发的机器学习力场势函数，实现材料精确计算，针对高镍体系，计算了近30种掺杂元素的影响，结合Li/Ni交换能等多纬度计算结果，优选出了提升材料循环寿命和安全性能的最优掺杂元素。”

另一方面，体相均匀掺杂工艺和晶面取向调控也是高镍材料开发的重点和难点。“提升制作工艺，调控前驱体晶须形貌和烧结，减少失氧，缓解颗粒开裂，进而提升循环性能和安全性能。”

氧化硅材料探索上：梁世硕表示，通过仿真计算，调控氧含量材料体积膨胀可降低一半。此外，通过调控硅酸盐相、掺杂技术，使快充性能明显提升。

电解液改善策略上：调配并使用的硅负极成膜添加剂、除酸添加剂、耐氧化溶剂、新型成膜添加剂成功解决SEI膜、HF腐蚀、改善产气、耐压性、相容性等问题。提高了电解液循环能力和存储能力。

以欣旺达300Wh/kg高比能电芯为例，已具备长寿命、低循环膨胀率、高安全可靠性、模组无热扩散等优势。梁世硕介绍道，“在三亚市实际运行工况下，欣旺达高比能电芯服务寿命可达8年且16万公里质保寿命SOH_均值为：82.33%，满足80%的能量保值率要求。同时，电芯EOL满电膨胀率及满电膨胀力值均显著低于客户要求，实现低循环膨胀率。在60 ℃ 极端自然环境下对电芯进行外短路、过充、雨淋、电击测试：不起火、不冒烟、不漏液；浅表针刺和暴力撞击测试：只漏液，不起火、不冒烟。说明该电池具有极高的安全可靠性！”

欣旺达高比能电芯电池模组是当前市场上最安全的电池模组之一。通过先进的热阻断材料、液冷工艺和模组设计，欣旺达高比能电芯成功实现电芯之间热阻隔，减少电芯间异常反应对临近电芯的影响，有效提高电池模组维修和使用的经济性。

同时，通过优异的模组设计，提高电芯冷却性能和阻隔电芯间的异常热量传导，实现电芯不起火、不传烧，从而实现经济实惠、安全耐用的产品开发目标。

产业布局方面，梁世硕表示，“欣旺达将坚持混合动力和纯电动力电池并重的发展策略，助力交通运输领域等双碳目标的达成。”

产品矩阵中，据梁世硕介绍，“欣旺达HEV电池产品，已具备最高100C高倍率放电能力，50000次循环寿命，以及高安全可靠性，目前已向雷诺、日产批量供货，与85%国内主流车企形成合作，海外定点企业也达11家，包括德国大众集团。”

超级快充电池产品，已实现充电五分钟续航200km的能力，目前小批量量产，合作车企有9家，批量化市场应用行业领先。

此外，欣旺达ESS 磷酸铁锂电芯实现6000-16000次循环寿命，已向国内外顶级储能客户批量化交付。高比能BEV三元电芯，正在开发280Wh/kg-350Wh/kg电芯，将满足国内外客户长续航高端车型需求。

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