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  • 解密高比能电芯!欣旺达突破高镍加硅技术难关

    欣旺达推出的300Wh/kg电芯产品,具有寿命长、循环膨胀率低、安全可靠性高、模组无热扩散等优点。

    为了缓解里程焦虑,电动汽车的装电量和续航里程呈现逐年增加趋势。在高装电量的同时,为了减轻整车重量,高比能量的电芯成为主流机厂开发高端车型的首选。

    然而,高比能电芯“高镍加硅”的材料设计路径,给电池的循环寿命、膨胀和安全性带来了严峻的挑战。

    高比能电芯的痛点与挑战

    梁世硕博士从高镍正极、硅基负极、硅体系电解液三个方面分析了高比能电芯在材料体系上的痛点。

    高镍环境下,电芯结构稳定性下降,更容易发生不可逆相转变,并伴有晶格失氧,导致循环和安全性能恶化。而且高镍的失氧温度更低,失氧量更大,叠加高镍充放电过程中的颗粒破碎,导致循环和产气恶化。

    硅基负极材料也存在明显的挑战,主要表现在以下两个方面:一是硅颗粒在脱嵌锂时伴随着体积膨胀和收缩而导致颗粒粉化、脱落,造成结构坍塌,最终导致电极活性物质与集流体脱离;其次,硅颗粒表面固体电解质层(SEI)的持续生长对电解液以及来自正极的锂源的不可逆消耗,加速了容量衰减。

    目前硅基体系中的电解液大多采用高含量FEC来稳定硅碳负极的SEI,但高含量FEC容易被高镍正极或高压正极催化分解,从而劣化电池的高温储存性能和高温循环性能,这与高比能电芯原本期望的快速充电性能相斥。

    欣旺达的高比能电芯开发策略

    梁博士分享到,欣旺达提出了有针对性的发展战略,逐一解决以上痛点。

    针对高镍材料的研发,欣旺达团队自主研发了机器学习力场的势函数,实现材料的精确计算。对于高镍体系,计算了29种掺杂元素对三元材料本征性能影响,综合Li/Ni交换能、TM-O键能、氧平均净电荷、氧空位形成能、c参数变化率等5个维度计算结果,筛选出能提高材料循环寿命和安全性能的最佳掺杂元素。

    同时,欣旺达通过体相均匀掺杂工艺和晶面取向调控,有效缓解颗粒破碎,改善循环和产气。

    在氧化硅材料的研制中,欣旺达通过仿真计算,调控氧含量,使材料的体积膨胀降低了一半。通过调控硅酸盐相、均质掺杂技术,大幅度提高了快速充电性能。

    在电解液开发策略上,欣旺达通过使用硅负极成膜添加剂、除酸添加剂、耐氧化溶剂、新型成膜添加剂等,成功解决SEI膜、HF腐蚀、改善产气、耐压性、相容性等问题。

    基于以上开发策略,欣旺达推出的300Wh/kg电芯产品,具备长寿命、低循环膨胀率、高安全可靠性、模组无热扩散等优势。

    全球化步伐进一步加速

    面对用户焦虑和产品痛点,欣旺达根据电动汽车细分使用场景需求,完成了超快充、长续航、长寿命、经济型动力电池的产品布局,全面覆盖乘用车使用场景。

    截至目前,欣旺达已进入包括雷诺、日产、易捷特、吉利、东风、广汽、上汽通用五菱、上汽集团、小鹏汽车、大众汽车等主机厂的供应体系。其产品成熟度和稳定性进一步得到市场批量应用验证。

    全球化布局方面,梁世硕表示,“欣旺达被评为全球动力电池TIER 1生产商,是全球9家获此殊荣的行业企业之一。”

    11月6日,欣旺达宣布拿到德国大众HEV项目的电池包系统定点。欣旺达将作为德国大众的量产供应商,为德国大众HEV项目供应动力电池包系统。

    11月14日,欣旺达GDR在瑞士证券交易所正式上市交易,成为第七家登陆瑞士交易所的中国企业和第五家锂电行业企业。发行GDR将帮助欣旺达进一步拓宽海外融资渠道,为开拓国际客户提供有力支持,大大加快国际化战略步伐。

    如今的欣旺达不仅研发能力强劲,授权专利数超1200项,研发设备超3000套,研发人员超1500人,其中博士超100人;而且现已建成及在建动力电池生产基地8个,分别是广东惠州、江苏南京、江西南昌、山东枣庄、四川德阳、浙江义乌、湖北宜昌和海外基地,规划产能超500GWh。

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