華宇新能源科技有限公司研究院院長(zhǎng)陳建：鈉離子電池在快充技術(shù)方面的研究與應(yīng)用
圖為華宇新能源科技有限公司研究院院長(zhǎng)陳建作主題演講
陳建：各位專家、各位嘉賓，大家下午好，我來自華宇新能源研究院，接下來我給大家分享一下關(guān)于鈉離子電池方面的快充技術(shù)研究成果和應(yīng)用方面的情況，分三個(gè)方面：
一是關(guān)于鈉離子電池目前的現(xiàn)狀，第二是關(guān)于快充的研究，第三是關(guān)于快充的技術(shù)應(yīng)用。
華宇新能源是雅迪電動(dòng)車全資控股，以小動(dòng)力電池為主的產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，我們通過并購(gòu)南都電源的動(dòng)力電池板塊，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)全資控股，去年有40多億的產(chǎn)值，主要生產(chǎn)兩輪車的動(dòng)力電池，今年我們也單獨(dú)成立了鈉電公司，3月份發(fā)布了極鈉1號(hào)的產(chǎn)品。
電動(dòng)兩輪車是新能源行業(yè)重要的組成部分，目前兩輪車保有量在3.5億輛左右，是短途出行首選的出行方式，且每年都還在以非常快的速度增長(zhǎng)，不光在電動(dòng)兩輪車方面，國(guó)外電摩的增長(zhǎng)量也非常快。雅迪去年實(shí)現(xiàn)1400萬(wàn)輛的銷量，在整個(gè)行業(yè)當(dāng)中也是處于龍頭的地位，目前也在積極開拓國(guó)外新能源，特別是東南亞電摩市場(chǎng)，未來整個(gè)增長(zhǎng)量還是非常樂觀的，預(yù)估每年會(huì)有20%甚至30%的比例增長(zhǎng)。
對(duì)于兩輪電動(dòng)車或者四輪電動(dòng)車，大家共同面臨一些行業(yè)的痛點(diǎn)，在兩輪電動(dòng)車?yán)锩妫貏e是新國(guó)標(biāo)下，基于對(duì)電池成本、重量和性能的選擇，這幾年鋰電占了很大的優(yōu)勢(shì)。但是鋰電在安全性和成本方面還都有比較大的挑戰(zhàn)。
另外就是關(guān)于續(xù)航或者是低溫環(huán)境下的續(xù)航里程短，以及充電難的問題，這仍然是行業(yè)比較大的痛點(diǎn)。
快充是解決現(xiàn)有里程焦慮和充電難的重要技術(shù)手段之一。前面幾位嘉賓也講到了快充和換電，這確實(shí)是解決里程焦慮和充電難等問題非常有效的手段。
在兩輪車換電方面，前些年大家才剛剛開始為集配行業(yè)提供換電業(yè)，現(xiàn)在這個(gè)行業(yè)已經(jīng)非常成熟。但是換電對(duì)于C端來說還是一個(gè)非常難以推動(dòng)的領(lǐng)域，所以我們覺得快充會(huì)是未來非常值得期待的方向。
鈉離子電池的特點(diǎn)，除了原材料價(jià)格便宜，還有很多其它有點(diǎn)，比如說低溫特性，在零下20度的情況下它還可以有90%的放電，這是非常有優(yōu)勢(shì)的地方，還有就是它的安全性。鈉電現(xiàn)在用的是層狀氧化物，和鋰電的三元完全不是一回事情，它的安全性不亞于鐵鋰，甚至比鐵鋰更高，我們也做過極熱環(huán)境下的安全性實(shí)驗(yàn)，很多參數(shù)都要優(yōu)于鋰電;再一個(gè)是它的倍率性能，因?yàn)殁c電的負(fù)極用的是硬碳，再加上去溶劑化相對(duì)比較容易，所以這一塊有它比較優(yōu)勢(shì)的地方。所以我們覺得鈉電池確實(shí)是有它自身很多的特點(diǎn)。
前一陣因?yàn)殇囯娫牧系膬r(jià)格回落，很多人也問我，我們推鈉電是不是還具有優(yōu)勢(shì)?我們的看法是，鈉電在成本上還是有優(yōu)勢(shì)，但是鈉電本身還有它自身的特點(diǎn)。
鈉電除了安全性以及在倍率性能上的優(yōu)勢(shì)，我們要把鈉電自身的特點(diǎn)能夠發(fā)揮好。就電動(dòng)車來說，解決里程和充電焦慮，快充確實(shí)是非常好的一個(gè)手段，這個(gè)問題剛才巨灣的毛博士也闡述得非常清楚。但是鋰電池要發(fā)展超級(jí)塊充，在安全性、析鋰方面的問題還是很難解決的。鈉電本身具有很好的優(yōu)勢(shì)，鋰電里面要不是用快充石墨解決負(fù)極的問題，或者是添加一部分的硬碳，但是鈉電池本身就是用的硬碳，它的負(fù)極是吸附和插層兩種基底，這和在負(fù)極鋰電石墨的插層還是有一定的區(qū)別，這一塊能夠確保鈉離子能夠快速嵌入，并且因?yàn)橛蔡嫉呐蛎浡时容^低，它的骨架比較穩(wěn)定，到壽命結(jié)束的時(shí)候，它的膨脹率一般在5%左右，差不多是鋰電的一半，所以它確實(shí)具備很好的基礎(chǔ)。第二，鈉電的斯托克斯半徑比較小，去溶劑化比較容易，溶劑拖嵌相對(duì)容易得多。離子從遷移到負(fù)極的嵌入，脫溶劑就很容易，比鋰電就有很好的優(yōu)勢(shì)。第三，鈉電正極材料的分解溫度等等方面都比較有優(yōu)勢(shì)，所以我覺得鈉電具備非常好的快充特性。
但是如何實(shí)現(xiàn)在快充的同時(shí)保證安全、長(zhǎng)壽命?這又是一個(gè)需要進(jìn)一步解決的問題。在這一起我們也做了很多的工作，怎么樣能夠安全、長(zhǎng)壽命地實(shí)現(xiàn)快充?這里需要解決一個(gè)界面的問題。從電解液到負(fù)極SCI膜，怎么樣降低它的界面電阻，鋰電有析鋰，鈉電也容易產(chǎn)生析鈉，怎么減少析鈉和鈉的枝晶，這是非常重要的問題，這個(gè)問題對(duì)于在快充條件下怎么樣提高它的安全性、延長(zhǎng)壽命非常關(guān)鍵。
我們從幾個(gè)方面來考慮。第一是正極，它當(dāng)然是很重要的一個(gè)方向，所以要選擇更加適合快充的正極材料，這是一個(gè)方面。第二是負(fù)極，負(fù)極尤其重要，負(fù)極現(xiàn)在有做硬碳的，也有做軟碳的，我們選擇的是軟碳+硬碳的復(fù)合技術(shù)，這個(gè)技術(shù)有助于解決負(fù)極快充的問題。第三是成膜方面，怎么樣改善SEI膜這個(gè)界面的問題，主要是考慮這三個(gè)方面。
從正極方面，現(xiàn)在的層狀氧化物有多晶和單晶，單晶的電壓平臺(tái)會(huì)略高一點(diǎn)，但是在快充的情況下，多晶的倍率性能會(huì)更好一些。當(dāng)然現(xiàn)在的多晶都是用的液相的方法，還是非常不錯(cuò)的，我們覺得正極相對(duì)比較成熟。
從負(fù)極的角度，現(xiàn)在有很多的路徑，這些路徑包括用殼類的生物質(zhì)硬碳、多糖類、樹脂、石油焦的。從負(fù)極的角度，我們發(fā)現(xiàn)殼類的生物質(zhì)硬碳，它的層間距相對(duì)較大一點(diǎn)，斜坡區(qū)也更強(qiáng)，體現(xiàn)在充放電的倍率性能更優(yōu)。
在這個(gè)基礎(chǔ)上，如果說能做一些包覆，進(jìn)行軟碳和硬碳的結(jié)合，因?yàn)樯镔|(zhì)的硬碳材料有很多缺陷，這些缺陷會(huì)得到很好的彌補(bǔ)，這樣做了包覆以后，整體的導(dǎo)電性能也會(huì)有比較顯著的提升，倍率性能經(jīng)過測(cè)試，它還是有比較好的表現(xiàn)。
在材料的選擇上，正極和負(fù)極還是有它的一些比較關(guān)鍵的點(diǎn)。
再有一點(diǎn)就是快離子導(dǎo)體原位成膜技術(shù)，這是非常關(guān)鍵的一點(diǎn)，對(duì)于怎么樣減少析鈉，提高安全性，以及提升它的倍率性能都是非常關(guān)鍵的地方。
通過這樣的技術(shù)改性和組合，我們把它的電化學(xué)內(nèi)阻和鐵鋰做了一個(gè)對(duì)比，我們的正負(fù)極都是用的鋁箔，所以它的R1歐姆內(nèi)阻不見得有太大的優(yōu)勢(shì)，但是電化學(xué)內(nèi)阻就有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，而通過電化學(xué)阻抗的測(cè)試對(duì)比是非常清楚的，鈉電的內(nèi)阻更小。另外我們也進(jìn)行了倍率的充電，也可以非常容易實(shí)現(xiàn)10分鐘80%左右的電量的充入，它的恒電流的比例表現(xiàn)也是非常不錯(cuò)的。
我們和同容量的鐵鋁進(jìn)行了溫升的對(duì)比，在4C的時(shí)候，它的溫升比鐵鋰要低10度，在6C的時(shí)候也要明顯低于鐵鋰的溫升。鐵鋰本身的導(dǎo)電性相對(duì)也是比較差的，但是鐵鋰的安全性相對(duì)比較好，所以鐵鋰采用快充，也是很多選擇的路徑。
在倍率放電方面，充電特性好，倍率特性也是有同比例的提升。
循環(huán)方面，目前層狀氧化物這個(gè)體系已經(jīng)做到3000次以上。高倍率充、低倍率放我們也在持續(xù)做。
再看一下安全特性。我們現(xiàn)在做下來，安全特性整體確實(shí)是不錯(cuò)的，包括針刺等等。對(duì)于循環(huán)以后的鈉電電芯，它還是負(fù)極會(huì)有一定的析鈉，這種電芯到底是否安全，我們同樣做了針刺和過充，發(fā)現(xiàn)循環(huán)結(jié)束的電芯還是可以非常安全地通過針刺、過充等等測(cè)試。
所以我們覺得鈉電在快充上面，能夠把它自身的特性，通過一些技術(shù)上的改進(jìn)，可以把它自身的特點(diǎn)發(fā)揮到極致。我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在電芯這一塊10分鐘、80%快充的特性，在應(yīng)用層面，首先我們?cè)趦奢喩厦婺軌蚺渲迷跇?biāo)準(zhǔn)電池上達(dá)到30分鐘的快充，這個(gè)快充特性基本上可直接在現(xiàn)在的技術(shù)上應(yīng)用，包括配備充電器相對(duì)比較容易，1.5千瓦到1.8千瓦的充電器就可以實(shí)現(xiàn)，另外是在B端兩輪車的應(yīng)用，可以配置5到7千瓦的快充網(wǎng)絡(luò)。最后在短途的四輪車，配二三十度電，現(xiàn)在的快充樁也非常普及了，可以實(shí)現(xiàn)5到6C，10分鐘充電的性能，這些技術(shù)在下半年我們批量上市的產(chǎn)品里面就會(huì)得到應(yīng)用。
雅迪目前有4到6萬(wàn)家門店，我們未來可以在這些門店快速布設(shè)這樣一個(gè)快充網(wǎng)絡(luò)，再下一步，鈉電在比能量上很難跟鋰電對(duì)比，但是快充特性未來可能會(huì)成為鈉電非常有優(yōu)勢(shì)的一個(gè)點(diǎn)。
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