駱兆軍：比克動力電池進展
5月22日，CIBF2018 第十三屆中國國際電池技術交流會展覽會在深圳會展中心開幕。深圳市比克動力電池有限公司駱兆軍博士在技術交流會上發表主題演講。以下是演講正文：
感謝劉總給機會，能和大家一起分享比克近兩年的進展，兩年前也在這里講了。我的報告從以下幾方面展開。
一是比克的發展歷程。
2009年，今天寶馬也有人來，我們在寶馬上第一次把18650的電池作為動力電池成功裝車，這是2009年。繼之后，2011年，我們首次用18650的電池驅動200臺的謎迪沙漏運行，單車運行40萬公里。2014年的時候，我們的2.4AH的動力電池量產，2015年的時候我們的整包電池突破年產1萬臺套，同年我們的2.9AH量產，2.9AH是我們比克，也是中國第一個高鎳+硅合金體系的18650的電池，今天我會重點講這方面的技術。2016年，我們當年累計銷售新能源車超過5萬臺，2017年的時候，我們成為國內第一家通過整包熱失控的鋰電制造商。截止到2017年底，我們總共是出貨裝車11萬臺，沒有一起因電芯引發的安全事故。
在產能方面，我們是在今年年底達到12GWH，計劃2020年的時候會達到20GWH，比克的18650的產線一直是住打全線自動，而且整線來自國外的高端進口設備，做到極致的防呆設計。高速線目前的速度做到220PPM，直通率95%以上，行業領先。動力電池的份額占到10%以上。
研發，不光自主研發，還和國內外的高校和科研院所合作開發，同時設立了高校的獎學金和研究機構，歡迎在座的研究機構和我們合作，共同提升我們的研究能力。
專利，800多項，80%是發明專利，領銜803計劃，承擔很多國家科技攻關項目，還主導了很多行業標準。
2015年開始，比克開始正式量產，高鎳+硅合金的體系，今天我重點來講一下高鎳和硅合金體系近兩年的研究進展。
在高鎳方面，我們發現碳酸根+氫氧根的濃度和年度有一定的相關性，其實會對加工過程產生影響。實際上我們在從2014年底開始準備量產高鎳+硅合金材料的時候，對產線做了很多整改，跟高鎳的環境適應性有很大的關系。同時我們對碾壓過的材料和未碾壓的材料做對比，其實它有發生一點變化。同時我們對于811的材料，對鎳含量不同的三款材料做對比，它的鎳含量越增高，最下面的紅色鎳含量最高，含量是83，分別是80、81和83，同樣設計、同等條件下，循環壽命是明顯會不好一點。同時，我們對比了NCM和NCA，說高鎳，有時候用NCM，有時候用高鎳，這個表格的對比，NCM的含量不到80，NCA已經是81.5，我們通過DSC的風可以看出，其實相同的鎳含量，甚至鎳含量稍微高一點，NCA的穩定性仍然好于NCM。循環特性上，在常溫循環上，是稍微差一點，但是高溫循環的后期，下角的圖，明顯可以看到后期這個NCE的循環穩定性明顯好很多。
研究報道，其實碳酸鋰的含量高，綠色的這根線是碳酸鋰，紅色的線加了5%的碳酸鋰，下面沒有。它的含量越高產氣量越大。那邊對NCA在幾種不同條件下的對比，產氣量是水洗過后最小，一般水洗過會對它進行包覆，這樣對穩定性會好很多。我們選取了一款NCM811的產品和水洗包覆的產品做對比，水洗過后不管比容量、克容量，對容量發揮有很大的提升，首效也有提升。鎳含量一樣。循環壽命，不管是25度還是45度的循環壽命都有很大的提升。
高鎳本身的不穩定性，嗜氧，對二氧化碳的不穩定性決定它整體過程很難做，對材料的訴求是最好在外表面鎳含量比較低，在中間是鎳含量比較高，這樣不影響高融的特性。我們選擇了濃度梯度材料和常規的NCM811做對比，可以看到濃度梯度的材料首效比較高。25度的循環沒有太大改善，但是高溫循環上可以看到具備濃度梯度的材料循環特點再循環后期有很大的提升。除此之外，我們跟科研院所共同對高鎳材料成膜的特性做研究，這是其中一項研究成果。這里面有兩套體系，上面是1號體系，下面是2號體系，不管是對制完片的干極片還是后面的極片，包括0.1C充55分鐘，包括充電到4.2V，這些狀態進行對比，兩個體系的差異性很大。通過一系列的安全測試能夠顯示出來，1號體系和2號體系相比，它的熱穩定性相差非常大，1號體系明顯要穩定很多。
硅合金也做了很多探討，這里面重點探討的是碳化硅和氧化亞硅，還有硅鐵合金，那個批量過后有問題。碳化硅的效率是相對首效比較高，氧化亞硅首效低。為了解決這個問題，我們做了大量的研究工作，在這里面，我們進行了不同的過量比的對比，可以看到隨著過量比的提升，老化容量損失會有最優值，不是一直增加的，也不是一直降低，會在某個點有最優值。但是EC的放電容量隨著NP比的增長，容量有下降，下降的還比較多。在這個過程中，我們可以看到，其實在過量比比較低的情況下，它有一個小的平臺，在那邊也可以看到，在4.1幾V的情況下，有一個平臺。循環的特性下，過量比比較低的情況下，它的循環特性是比較差的。當然吸鋰造成的。
接下來我們對相同的體系沒有做任何更改的情況下，我們仍然對它做了優化，這個優化過程其實就是集合在我們的老化過程中，整體的老化過程中。這個過程通過優化之后，電池的設計不變，只是優化了工藝過程，這個時候，它的吸鋰的現象消失了，所有的NP比情況下，它的循環都有很大的提升。通過這種方法，實際上我們將氧化亞硅的效率提升到了非常好的可以接受的地步。我說非常好，83.5肯定不能接受，肯定是可以和高鎳材料相匹配的地步。
針對硅的導電添加劑做了探討，對粒狀、小顆粒狀，包括線狀，還有長城的，右上角的圖，三種導電添加劑，在配比完全不變的情況下，其實有非常大的差異。我們用了長城的導電劑，其實把脫落的硅束縛起來，它的循環壽命有很大的提升。我們嘗試采用新型的粘貼劑，藍色是新型粘接劑，可以看到中間對整體的石墨的有很好的束縛，一般碳化硅有超過30%的膨脹，但是用新的粘接劑，膨脹低于25恩%，循環壽命有很大的提升。提升的主要原因是粘結劑和表面形成氫鍵，使它的膨脹得到緩釋。
高鎳、硅合金對電解液有特定要求，前面是對正極添加劑的優化，1號添加劑具有更低的氧化電位，1號和4號的添加劑對負極有更高的還原電位。配方C大幅度降低它的電阻，包括負20度的時候，DCL降低很明顯。常溫的循環有一個很大的提升，盡管在高溫性能上還沒有體現出來。
動力電池，我們給客戶承諾一千次，高鎳一千次，不排除在家里做到一千六百次、兩千次，這里面資源浪費很多。我們通過三電極做了整體ESS來測它的RCT。上面的圖是不同批次的電芯，通過ICT的變化值可以定性預測循環壽命，下面是不同設計、不同化學體系的壽命。這個可以大大提升我們設計的開發速度。
圓柱電芯和方形等比，我們對它進行詳細解析。這里，我們可以看到，黑色是全電池的內阻，負極的是藍色，紅色是正極，電阻完全可以分解出來。這里在常溫下可以看到黃框框，常溫下這個SCI膜和船和內阻沒有辦法進行區分，但是我們在低溫下，低溫負20度，5% SOC的阻抗譜圖可以看出SEI膜的形成和串和的內阻明顯區分出來，幫助我們在設計的時候通過對離子導電和電子導電，通過不同的方式有效降低電池的內阻，同時我們發現時間、溫度等信息都會對我們的電池內阻產生一定程度影響。
我們的產品規劃布局，總共三個大方向、七個系列，3C重點談是高容和快充，圓柱形是21700和18650，方形動力電池是EV、PHEV和HEV。這是我們的產品布局。
重點講的是，今年我們會推出圓柱3.2AH，能量密度245WH/KG，會推出4.5AH和4.8AH，能量密度255WH/KG的產品。3C今年的研發重點是在4.45AH。18650推出3.2AH，能量密度250WH/KG，還有4.8AH和4.5AH。方形推出50AH和48AH。比克動力有史以來所有的電動汽車的所有的產品。下面我分別結合案例快速過一下。
2.0AH的產品，用111的三元材料做的，循環壽命輕松做到三千次，而且是25-45度都可以做到三千次，裝在寶馬的迷你上。2.1AH，仍然是111三元材料，也是三千次。
2.15AH，也是2.2，0.2C。我們在2014年開始大量銷售的，當時裝在眾泰的車上，2016年的時候排名還是比較靠前的。
2.4和2.15的電芯，這兩款電芯開使用到532的三元+石墨，循環壽命一千次。2.4是用在上汽、通用、五菱E100上。
2.5是一款高功率的產品，是20A放電做到500次循環，在85%以上，這款倍率特性很好。
2.9AH，在2015年我們下線的高鎳+硅合金產品，2015年到現在量產了今年的第四個年頭，是中國第一款推出來的產品，已經運行了將近整整3年的時間。這款產品做到48分鐘快充，充到80%SOC。30-80%SOC只要30分鐘就可以充滿電，200臺出租車采用快充模式，現在跑到10萬公里，表現非常好，批量出貨，出貨一年多。這個產品首次在中國通過了整包的熱失控，現在國家已經下達了熱失控測試的方法，就是在5分鐘之內不發生起火爆炸，事實上比克的電芯不只是5分鐘，是任何時間都不出現。解決熱失控，化學體系上這是一個大頭，占到60%的影響，然后是硬件結構，第三個是模組。這三個方向分別結合起來，突破整包熱失控的問題。這個產品出活一年多的時間，目前反應良好。2.9的產品可以熱充，而且做奧整車熱失控，不會發生。
3.0電芯，高鎳還是硅合金，和2.9的差別是鎳的含量再次提升，82%左右。硅的含量再次提升，兩個都提升，所以整個能量密度也有提升。這個產品去年下線，前不久有一個發布會，目前這款產品在4月份江淮、大眾發布了他們的第一臺車，未來他們有三臺車發布，目前推出的第一款車思皓裝的就是比克的電芯，行駛里程很長，而且通過整車的熱失穩測試。3.0推出到現在一年多的時間，也有好幾家供應商陸陸續續都已經開始批量生產了，但是這個是公開發布的，是可以在這里談的。其他的陸續會在網上見到相關信息。還有幾家大量的主機廠供應商也使用。
3.2AH，今年250WH/KG推出，通常主機廠會需要1年到1.5年時間，國外3-5年時間導入車廠，今年下線，明年可能會有訂單。
4.5AH，目前產品已經開發出來，樣品可以獲取，隨時可以批量生產。
4.8AH，255WH/KG，這款產品目前從今年3月份在鄭州工廠已經開始批量小試，目前樣品可以獲取，目前有幾家車廠在小批量的裝車測試。
18650我們和日韓的電池做對比，右邊是新國標容量，就是EC放電可用容量的對比，通過這些可以看到，比克的電芯在新國標容量上跟日韓的競爭對手相比，優勢是非常明顯的。循環壽命的對比，2.15，0.2C就是2.2，可以看到在循環壽命上跟日韓的電芯廠相比，我們的優勢仍然非常明顯。
這個話題還是沒有結論，只是用一些數據共同探討。
特斯拉，所有的產品都是用18650到21700，儲能也是用21700的電芯。尼桑和特斯拉在2016年是老大、老二，用的是軟包電池，三元混錳的電芯，它的倍率性特別好、安全性特別好，現在也推出三元400公里。全球的格局，看看右邊的圖，排老大的被汽EC系列，去年的冠軍車。第二個和第六個分別都是特斯拉，兩個加起來超過10萬輛，毫無疑問，特斯拉仍然是全球新能源車的老大。左邊是2016年的出貨量。
結論，單從數據看結論，圓柱電芯的裝車數量目前穩居全球首位，占比上升，方形在下降，下降的幅度不小。軟包電芯的裝車數量上升，比克電芯裝車數量穩步上升。為什么是18650？它是鋰電家族唯一的標準產品，可能21700也快了。它是唯一成熟的車電產品，沒有安全無成熟性可言，良率最高96%。唯一通過熱失穩的產品，安全性很好。鋰電能量最高的產品，并不是18650很好，而是18650的可以裝膨脹更大的歸合金和高鎳材料。自動化程度的鋰電產品，體積變形最小，而且是成組使用，非常靈活的電芯。還有一點是它的不能在車電組租使用的產品，可以在3C使用，攤低成本。安全性最好、自動化程度最高、標準產品，標準產品意味著安全高效、低成本、一致性、可靠性等。能量密度最高的電芯。低成本和靈活性也非常高。
小結：比克是18650的行業領導者之一，國內首個實現高鎳+硅合金化學體系量產，2.9AH，國內首家通過整包熱失控測試。18650-3.0量產，能量密度245WH/KG。21700-4.5量產，樣品可以獲取。18650 3.2AH、21700 4.8AH，今年9月份批量下線。
我們希望在系統層面徹底解決整包安全，希望通過低成本應對后補貼時代，通過高能量密度解決里程焦慮，通過化學體系和硬件解決功率和低溫特性和快充，用安全、低成本守護新能源行業的健康發展。謝謝大家！
（根據速記整理，未經嘉賓審閱）
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