中國化學與物理電源行業協會于 2016年10月13日-14日在杭州召開了“第二屆混合動力車市場與先進電池技術發展研討會”，會議受到了國內外電池、材料、設備和汽車領域眾多企業的廣泛關注， 400多位國內外嘉賓參會。自2014年4月中國化學與物理電源協會在北京組織了“第一屆混合動力車市場與先進電池技術發展研討會”以來，在國內外純電動車和插電式混合動力車取得較快發展的同時，混合動力車輛，特別是微混車輛也在國際上得到預期的快速發展。特別是近來進一步提出了發展48V電池體系與技術的要求,使電池行業又出現了一個新的發展熱點。

“第二屆混合動力車市場與先進電池技術研討會”的舉辦，給大家提供了一個交流的平臺，幫助大家了解國內外在混合動力汽車產業方面的發展動向、最新進展，交流適用于混合動力汽車發展的各種電池技術及其最新進展。希望通過技術交流，能對我國混合動力汽車產業的發展起動一定的借鑒和推動作用，加快我國混合動力汽車用各類電池技術的快速發展。

在本次會議上，浙江超威創元實業有限公司任寧技術執行總監做了“鈦酸鋰基汽艇電池的研究”的專題報告，以下是根據速記整理的文字，未經本人審核，僅供參考。

第一部分是啟停系統的背景介紹，第二部分是鈦酸鋰基啟停電池研究進展，第三部分是總結和未來展望。

第一部分，啟停系統。著重提一點，國家在2014年出臺了兩個國標，國標19578和27999，分別規定了乘用車燃料消耗量限值及乘用車燃料消耗量評測方法及指標，規定了乘用車燃料消耗量到2020年達到每百公里5升以下，不論是從市場需求，還是國家政策導向方面來看，發展混合動力都是勢在必行的。啟停電池對于電芯來說，它的基本要求就是電芯具有較高的倍率、較寬的溫度范圍和較長的循環壽命。目前市面上90%啟停電池都是被鉛酸電池所占據，但是鉛酸電池目前還存在一些問題，如環境不友好、低溫放電性能差、能量密度偏低、循環壽命差等。作為鉛酸電池的替代者，鋰離子電池也面臨著一些挑戰，如高倍率充放電性能、安全性和成本問題。市面上鋰離子電池負極基本上是以石墨為主，然而石墨負極存在幾個問題，首先就是石墨的鋰離子擴散系數比較低，所以導致石墨負極鋰離子產品倍率性能不是特別理想;二是循環壽命，石墨負極在脫嵌鋰的過程中會發生一定的體積膨脹，一般在10%左右，同時石墨負極在表面形成的SEI膜在充放電過程中是一個不斷消耗和修復的動態變化過程，所以說使用石墨負極的電池的循環容量衰減問題還有待克服;三是安全考慮，石墨負極脫嵌電位平臺在0.1—0.15V左右，很容易在低溫或大倍率下形成鋰析出，導致安全事故，另一點就是嵌鋰態石墨負極本身就是活性非常高的物質，在電池發生熱失控的時候它本身具有很高的不安全因素。作為石墨負極的一個替代品，鈦酸鋰負極有以下優點，一是較高的鋰離子擴散系數，目前來說根據鈦酸鋰的不同合成方法可以做到鋰離子擴散系數10-7至10-9，從而保證了鈦酸鋰這個材料的高倍率性能;二是鈦酸鋰具有超長的循環壽命，由于鈦酸鋰材料在脫嵌鋰的過程當中晶格的尺寸變化非常小，被譽為是零應變材料，所以循環壽命非常長;三是安全性方面，鈦酸鋰對鋰的脫嵌電位1.55V左右，在充放電和低溫下很難形成鋰枝晶，鈦酸鋰本身來說也是比較穩定的物質，在安全方面具有得天獨厚的優勢。

超威創元在鈦酸鋰基啟停電池設計方面首先從材料體系進行選擇，在材料方面主要是選擇小粒徑的鈦酸鋰，通過合理的包覆和摻雜改性，以提高鈦酸鋰的鋰離子擴散系數和導電性為主要目的，并且解決它在電芯制成過程中的加工問題。在電解液和多孔薄膜方面，我們也做了一定的優選，選擇高孔隙率并具有高強度的隔膜，電解液綜合考慮了鋰離子在常溫和低溫下的傳導速率。在啟停電池的測試方面，超威創元的企業標準是基于VDA標準和國標31484-6來建立的，在一些關鍵性的指標方面我們企業標準是嚴于VDA標準的，比如說低溫性能和循環壽命，安全測試上參照國標來進行。在電芯開發的同時我們也對電芯進行了熱仿真模型分析，與中科院研究所合作，這個只是合作項目的一個部分，從初步的建模分析來看，受鈦酸鋰材料的鋰離子擴散系數、電導率、比熱能、密度、比表面積、粒徑等諸多因素的影響，電芯在7C倍率放電結束的時候溫度場分布還是比較穩定的，內部溫度級差小于4℃，同時7C放電最大溫升都小于7℃，這和我們實際的測試結果比較接近。我們電芯的容量是20Ah，在零下20℃條件下可以放出75.6%的容量，零下30℃的時候可以放出70%的容量，11C充電可以充入97%的容量，7C放電容量保持率為88%。常溫存儲，28天之后荷電保持率在97.7%。1C充放循環8000次，容量保持率為98.5%。3C充放6000次，容量保持率為91%。在電芯安全性測試方面，我們嚴格按照GB/T 31485來測試，此外，我們還增加了一些更加嚴格的測試項目，如180°彎折、150℃熱箱實驗、火燒實驗。對于電芯的低溫啟動，VDA標準國家是零下18℃，11C放電10s，要求末端放電電壓為大于1.2V，我們采用的標準是零下20℃，11C放電10s，同樣是要求末端放電電壓大于1.2V。我們截取了兩個數據，就是80%SOC和100%SOC的低溫啟動測試，80%SOC零下20℃放電末端電壓為1.38V，100%SOC末端放電電壓為1.54V。我們依照VDA標準進行了循環測試，測試了50%和17.5%DOD循環測試，50%的DOD循環測試方法就是3C充放，充放電容量為11Ah，充放電區間是50%—100%SOC，循環截止條件就是當末端放電電壓低于1.5V的時候就算是循環終止。我們測試了1500周循環，電池的末端電壓大約下降了19mV，還保持在2.3V以上的末端放電電壓。對于17.5%DOD循環同樣是3C充放，充放電容量是3.85Ah，同樣是以末端電壓達到1.5V的時候算是循環終止，目前為止進行了2500次循環，末端電壓大約下降了13mV，可以說表現的容量衰減非常小。我們按照VDA標準進行了啟停循環測試，先把電芯充滿電，之后再以15A電流放電59s、100安放電1s，之后進行充電，充電采取2.5V恒壓充電，電流限制為100A，從步驟2到步驟4是一個充放電循環，每3600個循環算是一個充放電單元，其中每個單元結束以后電芯進行擱置40—48h，充放電終止的條件就是末端放電電壓低于1.5V。目前為止一共測試了17個循環，到17個循環以后末端放電電壓維持在2.14V左右，跟首次循環末端放電電壓相比大約下降了26mV，目前測試還在進行當中。

這里再強調一下，我們的鈦酸鋰電池具有高的倍率性能，其中一個主要原因就是內存比較小，交流內阻在0.6mΩ左右，11C充電容量保持率為97%，低溫啟停測試，零下20℃@11C放電30s的時候末端電壓大于1.5伏，零下20℃@1C放電容量保持在72%。在安全性測試方面，除了依照國標GB/T 31485的測試項目進行測試之外，我們還增加了一些更為嚴格的測試項目，如150℃的熱箱存儲實驗、180°的彎折實驗及火燒實驗。150℃熱箱實驗的步驟就是把100%SOC的電芯放在150℃的熱箱中，擱置30分鐘之后把電芯取出觀察電芯的狀態，觀察了一個小時以后發現電芯并沒有發生燃燒和爆炸，但是發生了輕微的脹氣，這主要還是受目前LiPF6基電解液體系本身的不穩定性所限，這也是我們后期改進的一個方向。180°的彎折實驗，測試了3支電芯，每個樣品在彎折之后都沒有起火、冒煙和燃燒，然而普通的三元石墨體系電芯我們也做過比較，存在很大的燃燒概率，我們鈦酸鋰電芯在進行彎折后不僅沒有起火冒煙，而且內部溫升也是比較小的，低于55℃。我們也做了極端劣化的實驗，火燒試驗，火焰溫度在600—700℃之間，在燃燒初期不可避免地出現隔膜和電解液的助燃情況，火焰有一個增長的趨勢，但是在增長的瞬間我們把電芯拿掉以后火焰馬上就熄滅了，表明電芯本身除了電解液和隔膜外，其他物質是不助燃的，電芯本身的其他主要材料的安全性還是非常好的。今后我們對電芯的安全性改進方面也將主要集中在電解液和隔膜方面，以實現完全不可燃的起停電池開發。

我們很多工作兼顧了啟停電池和HEV電芯開發，對于鈦酸鋰基電池的其他測試項目也進行了很多，這里就不一一講述了。

最后做一個總結，鈦酸鋰基起停電池具有超長的壽命，>1萬次。我們超威創元的啟停電芯通過了150℃熱箱存儲實驗和180°彎折實驗，表明它有非常好的安全性，后續還有一定的改進空間，主要是電解液和隔膜方面，以實現完全不燃燒的啟停電池開發。電芯本身具有超高的功率性能，在11C充電的情況下可以充97%的容量。