基于主动安全的三元电池及其系统集成技术研究

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基于主动安全的三元电池及其系统集成技术研究地球上存储的石油天然气等不可再生资源逐步枯竭，对于新能源的开发利用迫在眉睫。

目录

一、课题来源与背景

由于化石燃料的燃烧带来的环境污染日益严重，寻找环境友好的新能源同样刻不容缓。在各种新能源中，锂离子电池由于具有高比能量、高电压、自放电率低、无记忆效应、循环寿命长以及绿色环保等优点脱颖而出，被认为是未来储能、动力能源的首要之选。 尽管锂离子电池有着广阔的应用前景，近些年来新能源汽车与燃油车的比较从未停止过，其中焦点就在续航里程上。此外随着推广量的攀升，新能源汽车的安全事故数量也在增加。因此本项需要解决的关键技术问题主要包含以下两个方面：1)动力电池的能量密度提升;2)三元电池的安全防护问题。

二、技术原理及性能指标

本项目围绕230Wh/kg的三元电池开发目标，以“迭代升级，梯次产业化”为总体思路。材料合成与匹配技术包括了正极高镍材料、负极石墨材料、高安全性电解液与隔膜等电池四大主材的研发、匹配工作，同时采用导电添加剂，极大地提高电池循环性能以及倍率性能。 电池设计与制造是本项目的核心工作，通过仿真分析最终确定电池设计方案，工艺方面采用先进的焊接工艺与极耳优化、电池包膜、化成工艺改进等，并采用自主研发的安全防护盖板，有效提高动力电池的安全性能。动力电池生产线采用数字化智能制造设备，保证电池制造的一致性。 电池系统集成方面，从模组的标准化设计到电池集成的轻量化和模块化设计出发，实现系统成组效率≥60%，并结合隔热-预警-灭火-泄压一体防护设计，完成高安全性高比能量三元电池的集成与应用工作。 项目逐步实现INP2714891-38Ah、43Ah、50Ah、58Ah的设计开发及产业化推广，单体电池的能量密度大于230Wh/kg，安全性能达到国家标准;动力电池系统的成组效率＞60%。

三、技术的创造性与先进性

三元电池具有相比磷酸铁锂电池更高的容量和电压，因此可以为电动汽车提供更长的续航里程，满足日益严苛的市场需求，但三元电池安全性的问题一直是限制其使用的瓶颈。本项目在开发满足乘用车要求的电池系统，重点解决三元电池的安全性问题，技术的创造性与先进性体现在以下几个方面：

1)项目充分考虑正极材料、负极石墨、电解液、隔膜及导电剂之间的匹配：采用特殊包覆处理，提高三元正极材料界面和循环稳定性，引进整形表面包覆技术，大大改善低温界面，提高负极石墨的循环性能，采用陶瓷+胶涂隔膜，增强隔膜抗氧化性、动力学特性，结合新型导电剂的使用，显著提高电池循环性能。

2)采用仿真与试验相结合的方式，通过研究电池极化及内阻特性，开展电池综合充电实验，建立锂离子电池热-电化学耦合模型，进而开发优化充电策略，在不影响电池寿命及安全的前提下，提升充电速度，降低电池充电过程产热，缩短了产品开发时间、节约人力与实验资源、降低开发成本。

3)为提升三元电池能量密度，项目组在电池极组空间设计上更多的挖掘，同时应用结构件辅助，从而达到电池能量密度提升以及安全保障。本项目三元电池结合最新的设备工艺制造能力，在极组设计上有着特色开发。

4)自主设计的安全盖板结构，在电池内部产气达到一定气压的状况下切断充放电电路；同时针对性的开发出隔热-预警-灭火-泄压一体的安全防护技术，显著提升电池系统的安全性能。

四、技术的成熟程度，适用范围和安全性

本项目技术成熟，产品通过第三方权威机构检测并实现产业化应用。项目执行期内已建成年产1.0亿Ah 的锂离子动力电池及配套PACK生产线，根据公司在磷酸铁锂电池产线建设的丰富经验，本项目生产线引进包含韩国进口的涂布机、辊压分切一体及等自动化生产设备，产线的智能水平显著提升。同时，自主设计的电池安全盖板及隔热-预警-灭火-泄压一体防护系统可显著提升三元动力电池的安全性能，实现三元电池在乘用车市场的规模推广应用。

五、应用情况及存在的问题

本项目首次实现了合肥国轩在三元电池系统的市场推广，有效推动了公司产品的多元化发展，巩固了与上汽大通的深度合作，同时开发了与北汽、吉利、众泰等新一批知名整车企业的合作，在项目执行期内确认项目销售收入26882.05万元，上缴税金2150.56万元，在新能源汽车特别是乘用车领域具有良好的应用前景。 项目成果实现了产业化，实现了良好的经济效益。在下一步规划中，公司主要从两个方向来继续深化项目成果：

1)进一步提升三元动力电池的能量密度和安全性，通过电池的设计改进，实现经济效益的扩大化；

2)发展其他家新能源汽车整车企业，实现新能源汽车特别是纯电动乘用车的推广。