基於主動安全的三元電池及其系統集成技術研究

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基於主動安全的三元電池及其系統集成技術研究地球上存儲的石油天然氣等不可再生資源逐步枯竭，對於新能源的開發利用迫在眉睫。

目錄

一、課題來源與背景

由於化石燃料的燃燒帶來的環境污染日益嚴重，尋找環境友好的新能源同樣刻不容緩。在各種新能源中，鋰離子電池由於具有高比能量、高電壓、自放電率低、無記憶效應、循環壽命長以及綠色環保等優點脫穎而出，被認為是未來儲能、動力能源的首要之選。 儘管鋰離子電池有着廣闊的應用前景，近些年來新能源汽車與燃油車的比較從未停止過，其中焦點就在續航里程上。此外隨着推廣量的攀升，新能源汽車的安全事故數量也在增加。因此本項需要解決的關鍵技術問題主要包含以下兩個方面：1)動力電池的能量密度提升;2)三元電池的安全防護問題。

二、技術原理及性能指標

本項目圍繞230Wh/kg的三元電池開發目標，以「迭代升級，梯次產業化」為總體思路。材料合成與匹配技術包括了正極高鎳材料、負極石墨材料、高安全性電解液與隔膜等電池四大主材的研發、匹配工作，同時採用導電添加劑，極大地提高電池循環性能以及倍率性能。 電池設計與製造是本項目的核心工作，通過仿真分析最終確定電池設計方案，工藝方面採用先進的焊接工藝與極耳優化、電池包膜、化成工藝改進等，並採用自主研發的安全防護蓋板，有效提高動力電池的安全性能。動力電池生產線採用數字化智能製造設備，保證電池製造的一致性。 電池系統集成方面，從模組的標準化設計到電池集成的輕量化和模塊化設計出發，實現系統成組效率≥60%，並結合隔熱-預警-滅火-泄壓一體防護設計，完成高安全性高比能量三元電池的集成與應用工作。 項目逐步實現INP2714891-38Ah、43Ah、50Ah、58Ah的設計開發及產業化推廣，單體電池的能量密度大於230Wh/kg，安全性能達到國家標準;動力電池系統的成組效率＞60%。

三、技術的創造性與先進性

三元電池具有相比磷酸鐵鋰電池更高的容量和電壓，因此可以為電動汽車提供更長的續航里程，滿足日益嚴苛的市場需求，但三元電池安全性的問題一直是限制其使用的瓶頸。本項目在開發滿足乘用車要求的電池系統，重點解決三元電池的安全性問題，技術的創造性與先進性體現在以下幾個方面：

1)項目充分考慮正極材料、負極石墨、電解液、隔膜及導電劑之間的匹配：採用特殊包覆處理，提高三元正極材料界面和循環穩定性，引進整形表面包覆技術，大大改善低溫界面，提高負極石墨的循環性能，採用陶瓷+膠塗隔膜，增強隔膜抗氧化性、動力學特性，結合新型導電劑的使用，顯著提高電池循環性能。

2)採用仿真與試驗相結合的方式，通過研究電池極化及內阻特性，開展電池綜合充電實驗，建立鋰離子電池熱-電化學耦合模型，進而開發優化充電策略，在不影響電池壽命及安全的前提下，提升充電速度，降低電池充電過程產熱，縮短了產品開發時間、節約人力與實驗資源、降低開發成本。

3)為提升三元電池能量密度，項目組在電池極組空間設計上更多的挖掘，同時應用結構件輔助，從而達到電池能量密度提升以及安全保障。本項目三元電池結合最新的設備工藝製造能力，在極組設計上有着特色開發。

4)自主設計的安全蓋板結構，在電池內部產氣達到一定氣壓的狀況下切斷充放電電路；同時針對性的開發出隔熱-預警-滅火-泄壓一體的安全防護技術，顯著提升電池系統的安全性能。

四、技術的成熟程度，適用範圍和安全性

本項目技術成熟，產品通過第三方權威機構檢測並實現產業化應用。項目執行期內已建成年產1.0億Ah 的鋰離子動力電池及配套PACK生產線，根據公司在磷酸鐵鋰電池產線建設的豐富經驗，本項目生產線引進包含韓國進口的塗布機、輥壓分切一體及等自動化生產設備，產線的智能水平顯著提升。同時，自主設計的電池安全蓋板及隔熱-預警-滅火-泄壓一體防護系統可顯著提升三元動力電池的安全性能，實現三元電池在乘用車市場的規模推廣應用。

五、應用情況及存在的問題

本項目首次實現了合肥國軒在三元電池系統的市場推廣，有效推動了公司產品的多元化發展，鞏固了與上汽大通的深度合作，同時開發了與北汽、吉利、眾泰等新一批知名整車企業的合作，在項目執行期內確認項目銷售收入26882.05萬元，上繳稅金2150.56萬元，在新能源汽車特別是乘用車領域具有良好的應用前景。 項目成果實現了產業化，實現了良好的經濟效益。在下一步規劃中，公司主要從兩個方向來繼續深化項目成果：

1)進一步提升三元動力電池的能量密度和安全性，通過電池的設計改進，實現經濟效益的擴大化；

2)發展其他家新能源汽車整車企業，實現新能源汽車特別是純電動乘用車的推廣。