中国储能网讯：2017年10月18日-19日，由中国化学与物理电源行业协会，中国电子科技集团公司第十八研究所共同主办，北京中涂国际会展有限公司承办，上海恩捷新材料科技股份有限公司、深圳市新嘉拓自动化技术有限公司、广州红运机械冠名的两年一届的 “第三届新型电池电解质/隔膜材料技术国际论坛”（ABESF-3）在南京举行。在“下一代锂离子电池电解质研究进展”分论坛上，来自美国万向A一二三股份公司许梦清博士做了“Development of Advanced Electrolytes for Low Voltage and High Energy Lithium-ion Batteries”的主题发言。

美国万向A一二三股份公司许梦清博士就“Development of Advanced Electrolytes for Low Voltage and High Energy Lithium-ion Batteries”进行了主题分享。

大家上午好，我叫许梦清，来自美国A123，首先非常感谢论坛主席汪继强先生、刘兴江总工及论坛组委会邀请，给我提供这样一个机会与大家一起交流学习。

昨天的报告已经讨论很多的高能量密度电池电解液的研究情况，由于A123公司在磷酸铁锂体系全球领先的技术优势，我也想借此机会探讨一下电解液在低电压体系的应用。

我的报告分为四个部分，第一个部分是简单介绍一下A123，第二个是我刚才说的低电压体系，主要介绍一下我们的两款旗舰产品，第一个是12V体系的启动电源，第二个部分就是48V的启停电源，再一个部分就是探讨一下A123在高电压、高比能量密度电池的研发情况，重点介绍一个是230Wh/kg，第二个是250—300wh/kg的报告。

A123是一个全球化的公司，在北美、欧洲、亚洲都有不同的基地，美国密歇根州的Livonia是我们的总部，主要是进行系统模块的研发、集成。密歇根另外一个地方Romulus这是我们超级磷酸铁锂粉末的技术开发团队；全球的研发中心是在美国波士顿地区的Waltham这个地方。另外一个Hopkinton我们是一个测试中心，主要是模组，大电池的测试中心；在欧洲主要有两个地方，一个是德国的斯图加特，还有一个是捷克的Ostrava，这两个地方主要服务欧洲的市场在低电压的应用。在中国有两个地方，一个是杭州，主要是软包电池的生产基地，也有一个研发中心，是辅助我们A123在美国波士顿地区的合作。另外一个在常州，主要是生产圆柱电池，客户群体主要是F1赛车用户。

大家都知道，我们为什么要做电池，主要是基于能源的考虑，还有一个环保的需求，A123在轻混、微混、EV还有PHEV都有涉足，主要是基于市场需求还有价格的考虑，我们在EV和PHEV，主要是三元材料体系，在微混和轻混主要是磷酸铁锂体系，主要是我们自己团队粉末的开发，主要是在48V，大家知道的启停电源，还有一个就是12V体系的启动电源。

对于低电压体系，我们主要的一个努力方向就是要想办法尽可能的降低电池的内阻，因为产品应用对电池功率性有非常高的要求。这就是我们的两个旗舰产品，一个是12V体系的启动电源，目前我们第三代产品价格已经接近铅酸电池，12V体系总共有12块电池是4并联3串联，48V是14块电池，是一个串联系统。这个是我们刚才说过，主要是降低内阻，从材料正级、负级、电解液以及电池的设计。第二代产品Ultraphosphate通过材料的研发，已经能够降低内阻达到50%，下一代产品（我们的第三代产品）内阻降低60%，同时价格也接近铅酸电池，这个是非常有突破的地方。

这张图给出了我们的12V体系的数据来阐明已经完全达到了甚至超过了铅酸蓄电池的性能，就是我们做能起的时候12V体系，这个是客户的要求，我们在开始阶段，我们是要50%的SOC，能够在零下28度启动发动机。在循环寿命达到80%，在EOL的时候达到90%SOC可以启动这个电池。根据我们客户反馈，我们的竞争对手从三元这个角度去解决的话，只有在BOL SOC在90%的时候才能启动这个电源。这个性能相比铅酸电池已经完全超过铅酸电池的性能，并且寿命是有10年。

这一个就是我们第一代产品电解液，因为有性能的要求，所以我们用了亚胺锂盐作为添加剂，成本非常高，为什么要用这个盐呢？其一是其能够提高电解液的热稳定性。我们知道传统的六氟磷酸锂/碳酸酯电解液，因为LiPF6的不稳定性，很容易热分解形成LiF和PF5，PF5会跟小分子的水形成三氟氧磷，以及氟化氢等等杂质。三氟化磷会催化电解液的热分解，这样一个反应机理。亚胺锂盐可以稳定五氟化磷（音），提高热稳定性。低温也有优势，我们这里举了两个例子，第一个上面的左上图是我们在48V伏启停电源里面，如果我们把亚胺锂盐全部拿掉的话，可以看到低温HPPC功率降了15%左右，同样我们在启动电源里面零下28度，也是低温性能受到影响。亚胺锂盐高温和低温都有好处，我们面临的问题就是要降低成本，想办法接近铅酸电池，所以我们就开发了第二代产品。第二代产品首先我们的目标是降40%，从电解液的角度，我们怎么样去实现，第一个肯定不能含亚胺锂盐的，FSI或者TFSI，我们的措施主要是引入低熔点的溶剂体系。第二个就是引入一些SEI膜形成添加剂，其形成的SEI膜DCR比较低。第三个我们也要导入一些热稳定性添加剂，这样可以稳定PF5，我们这个LiPF6分解的产物，因为我们不仅仅考虑低温性能，还要考虑高温性能。

经过我们长时间的研发，现在第二代产品是降了40%的成本，同时电池的性能比第一代产品要更加优越。这个举了一个例子，零下28度，上面两个图，一个是100%的SOC，一个是50%的SOC，根据客户的要求，都是满足客户的要求，并且我们可以看到第二代产品红色的是比蓝色更加优越。下面这个图是在电池寿命结束的时候，我们可以看到用100%的SOC也是可以启动发动机的，这个是第一代产品。以上我们谈论的低温性能，那么电池的高温性能怎么样，我们做了电池的45度的循环，1.5C充/10C放，可以达到将近一千次循环，室温可以达到两千次循环，同样我们也知道这个模块里面是不能膨胀的，所以这个气体的电池体积的增长，也是我们比较关注的一个因素，这个电池是在60摄氏度满电状态存储6个月，从这个电池外观可以看到，基本上是没有体积膨胀的。我们通过阿基米德体积增长大概在10%左右。这个部分讨论是我们启动电源，下面一部分我们就讨论启停电源，启停电源能不能把之前的拿过来直接用，答案显然是不行的，启停电源还有一个很重要的是高温循环以及充电（Regen）的能力。我们通过一些添加剂的引入，不同添加剂的筛选，正极、负极还有稳定剂，因为我们超级磷酸铁锂粉末的比表面积非常大，所以要考虑Fe的溶出问题。我们成功开发出了第二代和第三代产品，第二代产品基本上都可以满足性能，第三代实际上比我们第二代产品功率更高，但是产气相对有一些风险。

这个就是我们的客户需求，两条线，一个是最大的电阻，下面一个就是Normal DCR，可以看到我们的产品都是接近Normal DCR甚至更低，在零度的时候，甚至会低于这个客户的要求。高温循环怎么样，同样1.5C充10C放，可以做到两千次循环。然后电池在60度储存6个月的时间体积膨胀不超过2%，还有一个就是calendar life是10年以上，这个部分就是我要讨论低电压的。

下面我就讨论一下A123高电压、高比能量密度电池的开发情况。大家谈起A123都知道是做磷酸铁锂，由于历史的原因，我们在高能量密度电池的开发相对其他竞争对手起步会稍晚一点，这几年也是投入了很多的研发，今年万向美国集团投资将近1个亿美金加速high energy电池的开发。我们在去年是成功开发了180Wh/kg的产品，今年年底会SOP 230Wh/kg这个项目，我们目标在2020年实现300瓦时每公斤的产品开发，这一个图就是我们根据中国的政府部门的要求，还有我们竞争对手在高比能量密度电池上的开发对比情况，可以看出A123在早期，还是想建立在磷酸铁锂基础上的优势，开发NMC高比能量密度的电池相对比较滞后一些。我们目标是在2020年左右，跟主要竞争对手达到一个相当的值。到2026年目标是在400WH/KG。这边我介绍一下230Wh/kg的产品，从开始接触这个项目是要找高电压的添加剂，体系是2.75到4.4V，有一些自己合成的锂盐添加剂等等，我们筛选了很多添加剂，都是有一些高电压循环性能的提升的。我们利用整体的技术就是4.4V，到45度1C充2C放可以达到1500次循环，室温循环是两千次以上，能量密度≥230Wh/kg。

因为A123的产品，不单单只面向国内，也瞄准的欧美客户。我们知道在国内是把针刺这个部分暂时取消了，我们内部也是要求非常高，是要通过Nail Penetration的安全测试，我们措施就是通过正级材料的改善，还有一个就是电解液添加剂的引入，我们是能够成功通过Nail Penetration。大家知道单体电池的Overcharge还是比较容易的，难在哪里呢？是模块，230Wh/kg这个体系一个模块是5个电池，一个电池容量是53安时，知道从上面这个图可以看到，过了之后电池的温升最高不超过140度，如果我们这个电池温度可以达到600度左右，这个就是我介绍230的体系，我们准备在今年年底已经SOP了。

后面我们讨论一下250到300WH/kg的技术，要实现250到300甚至以上，正极唯一的选择就是往上高镍材料上走，622、811，8.5、8.7，你如果用石墨的话是没办法达到这个体系的。我们必须引入这个硅，或者是其他的合金负级材料，合金负级就是体积膨胀很严重，传统的binder是没办法满足合金负极的体积膨胀带来的问题。我们内部也是有一个团队，在进行新型的binder研发。正极往后面走的话，我们是对这个高梯度材料是比较感兴趣的，因为可以解决电池的安全性问题。到最后2025年之后，400WH唯一的选择就是固态电池，在A123也在开展相关的研究工作，也在北美投资了做固态电池的公司，同时也跟一些做锂电池金属的公司开展合作。对于实现350Wh/kg我们有三个技术方案平台，第一个就是NMC622加硅碳体系，必须在高电压体系做。第二个就是811，还有石墨，第三个就是811和硅碳，因为我们知道就是说把容量做上去就是很容易的，难在通过所有的安全测试？我们跟美国的阿贡国家实验室和Wildcat公司进行紧密的合作，通过材料的改进，共同开发，给予我们一些技术支持。这是我们第二代产品和第三代产品做的硅碳体系的。我们前年年底的时候已经达到了700次循环的寿命，今年在材料、binder加上电解液攻关，目前达到了550Wh/L，循环寿命，如果说我们把充换电的窗口缩小的话，可以做到520WH/升，达到一千次循环，同时可以显著提高能量密度。还有一个问题也是我们比较头痛的问题。我们进行电解液的开发，还有一个材料的修复，想办法降低产气的问题。

最后一个是在将近300WH/升，我们做的是811和硅碳体系，室温已经做到两千循环，通过电解液的改善，我们也可以提高这个电池的倍率性能，能量密度在260WH公斤以上。目前我们还没有做安全测试这一块，当然难度会比较大。

最后我总结一下，我们在低电压体系，A123在全球拥有领先的技术优势，230也是成功的SOP，在250-300Wh/kg这个能量密度体系上，我们也取得了显著的突破，目前解决是高温储存，高温产区问题，还有安全的问题。

以上就是我的报告，谢谢大家！

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