高比能动力电池及模块产品研究——230Wh/kg高比能动力电池技术

一、成果简介

高比能动力电池及模块产品研究：研制比能量230Wh/kg动力电池单体，以及180Wh/kg能量型电池模块，并开展装车试验运行验证。

通过关键材料和关键技术的创新和批量化应用，产品技术经济指标达到国际先进水平，电池比能量≥230Wh/kg（模块能量密度≥180Wh/kg），常温循环寿命2800次容量保持率达到80%，高温循环寿命1500次容量保持率达到80%。

解决了230Wh/kg高能量密度的安全问题，达到了国家GBT 31485-2015的要求。

1、单体电池技术参数如下表所示

2、电池及模块产品开发技术创新

1）电池产品开发技术创新

核心原材料优化。与关键原材料企业合作，进一步优化并开发出能量密度高、杂质含量少、循环性能优越、能够批量供货的高镍三元正极材料，高容量、长寿命、低温性能出色、批量化的改性包覆石墨材料，长寿命、宽使用温度范围的新型电解液配方以及高安全涂层隔膜产品。

材料体系组合研究。以上述优化原材料体系为基础，采用正交试验设计法，以高安全、高比能量、低成本、长寿命为目标优化筛选230Wh/kg电池材料体系。

电池结构技术路线。应用仿真技术，优化材料结构、电极结构、电池结构的设计。

电池工艺技术路线。基于优化电极及电池配方，研究高效浆料分散工艺、薄层高速精密涂覆设计、自动组装、高效节能化成工艺。

电池长寿命开发技术路线。分析电池寿命影响因素，开展实验研究，建立电池寿命预测与分析模型，优化电池设计与工艺，提高电池寿命。

电池安全设计技术路线。以分析热行为为基础，建立电池安全仿真分析模型，利用高安全电池材料、严格控制工艺过程，提升电池的安全性能，研究保证电池安全性的新技术（如温度钳制或电位钳制）。

图1电池安全提升技术路线

成本控制。通过原材料国产化和规模化、电池制造大规模产业技术提升、电池设计合理化降低成本。

2）电池模块设计开发技术创新

A、轻量化技术

中间通过轻量化的铝片、泡棉对电池进行分单元的组合，两端通过轻量化的塑料材质端面板通过钢带紧固，实现电池到电源模块的成组。

图2轻量化模块

B、激光焊接技术

采用铜镀镍导电铜排进行导电连接，通过独特的铜排支架限位机构保障铜排与极耳的有效接触，采用激光焊接的方式进行电池及铜排之间的连接，具有连接电阻小一致性高的优点。

C、模块热管理技术

采用导热铝片作为热传导基材，与电池进行充分的热交换并传输至模块外部；根据不同车辆及电源系统的设计，通过风冷或液冷等方式进行有效的热交换，实现模块的热管理。

通过对电源模块热特性的分析及测试，建立了电源模块的热分析模型，并通过测试验证对模型进行了修正优化，建立了精确的热分析能力。

图3热管理测试数据示例

二、国际水平对比分析

A、电池能量密度越高，电池安全性能会相应降低，目前全球主要汽车用电池企业均较为谨慎，已经量产能量型动力电池产品能量密度200Wh/kg。

B、能量型电池包装方式目前主要以铝塑膜包装和方型铝壳（钢壳）为主，圆柱（铝壳、钢壳）较少。

C、从正极材料来看，主要以三元（NCA、NCM）或三元与LMO的混合为主。

D、安全性能的提升是目前高能量密度电池重点研究领域。

三、成果应用情况

产品主要客户为奇瑞新能源、广汽等。预计到2020年该项目可以实现年产值20亿元左右，对促进经济发展、带动相关产业链具有可观的作用。

四、成果的产能建设情况

已建成年产8万套高能量密度电池系统的产能。

节能与新能源汽车年鉴_供稿：万向一二三股份