比克动力林建：聚合物+氧化物把固态融入大圆柱

NE时代新能源 · 公众号 · · 2024-03-21 07:00

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2024年3月17日，中国电动汽车百人会之动力电池分论坛上，深圳市比克动力电池有限公司首席科学家林建发表了“大圆柱动力电池将成为电动汽车新引擎”的主题演讲。

深圳市比克动力电池有限公司首席科学家林建

下文为其演讲转化，存在部分删减与优化，供读者参考。

目前全球动力电池市场处在严重的供需失衡，2022年中国实际需求只有545GWh，但产能供给1200GWh，2023年需求690GWh，中国产出1800GWh，对全球来说也是这样。预测到2030年，供需平衡进一步失衡，全球需求2100GWh，实际上产出预估4800GWh。

这一情况导致国内国际库存相当严重，大家为了卖出产品，采用低价策略，导致亏损严重，利润进一步挤压。

所以是走同质竞争，打价格战，还是走更高、更新的产品，取得更多的利润？比克长期坚持小圆柱做高容量产品获得一定利润的同时，也开始了大圆柱的探讨，我们认为大圆柱是将来电动汽车一个非常重要的进入者和取代者。

比克如何参与竞争呢？

第一，发展高质量的动力电池，必须布局大圆柱电池，同行们提到的固态电池也是非常关键的一环。比克也打算把固态最终希望能够融入大圆柱，做更高安全的固态大圆柱电池。刚才提到的硫化物、氧化物用在圆柱这种卷绕型产品当中未必科学，比克的路线是聚合物加上氧化物，实现可卷绕的在大圆柱当中实现。

第二，产能走出去。大圆柱在国内已经做了很多工作，现在市场上看到更多的是磷酸铁锂的大圆柱，实际上 大圆柱真正的优势做上去，还是要用到更高容量的正极材料，包括镍811、镍90。 在负极方面， 硅的容量进一步提升 。我们看到，从第一代的研磨硅碳，到现在的三代预锂硅氧，到第四代的纳米级分散的CVD法的硅碳，在提升容量方面贡献越来越大。我们乐观地看到，大圆柱能量密度可以做到越来越高，320Wh/kg以上，循环可以跑到1000周以上，同时兼顾了安全性。

比克大圆柱已经开发了四年，从第一代的传统滚槽结构，到第二代的机械封口、卷边封口，到第三代的焊接封口，不同的焊接方式对应更高合格率、更高安全的产品。同时，在焊接的方向我们也进行了大量的探讨，国内国外流行的揉极耳、不揉不切、切叠极耳，用在磷酸铁锂上进行了工艺探讨，比克也提出自己的工艺，保证它的合格率和安全性。

比克在进行了四年的探索之后，产品已经相当成熟， 以33Ah的4695产品为例，能量密度280Wh/kg，大圆柱非常容易做到4C快充 ，并且比克电池快充性能相当优异，我们做了20分钟充电10—80% SOC，目前循环在800周左右，容量保持率90%。280Wh/kg、续航700公里的车使用十年也可以的。此外，由于更激进更特殊的结构，大幅降低了阻抗，所以其阻抗相当低。大家可以看到，我们的交流阻抗甚至低于1毫欧，直流阻抗1.2毫欧，优秀的阻抗性能大幅度提升了它的倍率性能和循环性能。

我们通过了各项严苛的测试，热安全测试，国标要求外部短路、过充、温度循环、挤压、热箱、单体针刺、小模组针刺、小模组加热我们都可以安全通过。

现在单体针刺触发热失控，随机挑选了50只单进行了针刺试验，所有的单体都是从底部泄压，没有发生任何侧壁炸裂、融穿等现象，都是安全的底部泄压。

模组层面也进行了试验，如果一颗单体失效，电流会换到其它的地方，安全性更差。小模组针刺测试，电芯距离1.5毫米，中间电芯进行了针刺，我们看到周围的电芯仍然是安全的，只是中间的电芯防爆阀打开。对于中间的电芯温度到达了喷洒点的温度达到1000度，周围的电芯温度相当低，安全性非常好，中间的电芯实现了热失控，周围电芯温度都还是低于100度，安全性非常优秀。

我们进行小模组的加热测试，在真实发生碰撞之后，电池会加热。如果进行小模组的加热，看看它的性能怎么样，在电芯距离1.5毫米的时候，我们设计的模组在中间电芯用300W的加热功率来触发加热，中间电芯的防爆阀打开，周围电芯仍然比较安全。

温度分布，上面三个高温热失控的电芯，最高到达700度，但是周围的电芯都是非常安全的，在200度左右。无论是单体针刺，还是单体加热，周围的电芯都是非常安全的。

比克大圆柱电池的技术路线，正极方面现在用的是镍，基本用到镍90 ，为了进一步提升能量密度，我们的能力进一步提升，最终达到镍93甚至更高，同时实现无钴的低成本。随着富锂锰基材料的进一步成熟，下一步无论是低成本还是高能量密度，我们都用到富锂锰基的正极材料。在 负极材料 方面，比克创新性提出 单壁碳纳米管硅负极提升循环性，导致现在单壁导电剂成为硅负极的标配 ，硅负极方面，研究它的粘结剂、成膜、电解液各种添加剂，现在用的亿纬的硅氧，已经做到300Wh/kg，随着纳米级别的CVD法的硅碳，我们期待可以做到360Wh/kg，我们现在合作开发的CVD法纳米硅碳克容量做到2000毫安时，循环性能很优异。

容量方面比克现在做的是280 Wh/kg，已经非常成熟了，350 Wh/kg也在开发，接下去全固态，我们希望能够做到400 Wh/kg甚至以上，当然这里面的挑战非常大，第一个要用负极用到锂金属，电解质要用到固态或者作为过渡用到半固态。在安全性方面，锂金属存在着在反复嵌脱锂过程中，表面体积损耗增大，对锂金属的反复及管控也是学术界包括电池界的难题。

接下来做更高能量密度，考虑做 锂空气电 池，这个还会跟高校进一步加强合作。

电解液方面，目前主要是液态，我们现在的产品已经开始融入半固态，进一步提升它的安全性，最终也是要走向全固态。在大圆柱电池规模化量产方面的挑战，目前我们看到虽然大圆柱说了很久，但实际上量产的并不多，最主要的问题除了材料体系，还有工艺问题，包括它的合格率，它的生产工艺，这里面可讲的故事很多，比如说全极耳的设备，用激光焊、超声焊等工艺，用揉体还是切叠工艺，有非常多的考量。

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