瑞浦兰钧能源夏保佳博士：核心技术加持让电池更安全

2022年11月9日-10日，2022中国（遂宁）国际锂电产业大会暨新能源汽车及动力电池国际交流会在遂宁举办。来自国内外行业组织代表、行业有关知名企业家等400余人汇聚一堂，聚焦行业关注重点，展望前沿趋势，共谋产业发展。

本次大会以“‘锂’想生活 低碳未来”为主题，为期3天的会程中，将开展“1+3+6+1”活动，即1个开幕式及主题论坛、3场座谈交流会、6场专题论坛、1个锂电消费节及参观考察活动。作为会议的重头戏，开幕式上将发布《全球锂电产业供需白皮书》《中国锂电（遂宁）指数》，开展项目合作签约等。

瑞浦兰钧能源股份有限公司夏保佳博士出席会议并做主旨发言，以下为发言实录：

各位专家大家下午好。很高兴有机会代表瑞浦兰钧向大家汇报锂离子电池，尤其是国内锂离子电池安全性有关情况。

瑞浦兰钧成立将近5年，现在已经有26GWH产能投产，还有30GWH建设当中，还有100个GWH已经启动了。成立五年来得到行业里各位专家和领导的支持，才让我们比较顺利地走到现在。应该说，瑞浦兰钧五年来总体发展情况很顺利，今年有一百亿左右的产值，其中动力电池和储能各一半产量，分别是2.3个GWH。我们在三元方面产业计划是用三元配合传统活性石墨，把比能量做到250到280WH每公斤，适合在负20度的情况下充电。后面会用传统石墨还有硅体系，把比能量进一步提高，循环次数依然大于2500次，可以满足负30度下的充电。再往后会用超高力配合硅材料、半固态做到300到350WH每公斤，循环次数小于2000，但是可以满足市场需要，可以满足负30度下的充电。全固态做到350WH。

下面向大家汇报改善高镍材料安全性的研究。新能源汽车高速发展对高镍材料提供了非常广阔的市场空间，随着锂和钴价格的变化，锂加钴的情况下更加有利于高铁性价比提高。对续航要求不断提高催生高镍材料发展，高镍材料不仅在重量上有优势，而且在体积比上面也有优势。所以欧美更倾向于高镍正极材料的应用，尤其在高档车方面。从技术角度，4680等大圆柱电池技术路线的兴起，为更好匹配高镍材料提供广阔了技术前沿。尤其是负极用硅制材料的话，正极匹配高镍材料对于圆柱电池非常有优势。固态电池对于安全性要求比较低一些，所以更加适合高铁正极材料的应用，充分发挥能量密度的优势。无论从材料的角度、电解液、电池系统管理多方面，都取得了很大进步，所以我们的高镍材料应用才得以实现。

成本角度对磷酸铁锂的差距不断缩小。根据以上分析，高镍正极材料是未来几年增长最快的正极材料，这几年复合增长率在53%以上。

国外主要以住友、LGC等等，随着国内厂商在上游一体化资源布局、正极产能扩张节奏和自身技术迭代进步，国内正极市场份额不断提升。根据全球规划，2024年底全球高镍材料产能大概是150多万吨。

下面向大家汇报高镍正极材料安全性不高的理论基础，随着镍含量增加，氧的活性增加，材料自身稳定性在下降。正极和电解液的反应成为失控的原因，电解液加速正极相变释放氧气。2020年以来，发生了多次电动汽车燃烧的事件，高镍占有较大比例。车企和用户对于电池的安全性变得更加谨慎。随着各项技术的升级，中镍高电压也取得很大进展，但是进一步提高电压受到材料本身稳定性和电解液双方面的制约，所以中镍高电压比容量和循环寿命都出现天花板。进一步提高高镍的安全性，已经成为大家关注的话题。

向大家报告体相改善高镍正极材料改善安全性措施有几个。一个变成逐向分布，对于提高它的稳定性和安全性是有利的。由三元变成四元，就是镍钴锂锰可以提高强度，增加热稳定性。从晶体角度，单晶化也是一个有效措施。

这是我们做的高镍材料表面改性的表面形貌，还是非常均匀的，这是一个多晶的。单晶也是一样的。难点就是表面活性与钝化的矛盾。众所周知表面是电化学反应的场所，所以要保持活性。但是如果活性很高的话，跟电解液反应非常剧烈，所以我们要平衡好表面活性和钝化的矛盾，还要平衡好包覆均匀性和材料倍率特性，如果包覆很少不均匀，包覆很多的话倍率特性会很差。还要平衡水性包覆与循环寿命的矛盾。

众所周知，我们高镍材料特别怕水，实现均匀包覆用水体是很好的技术路线，这个矛盾一定要掌握好。同时我们要平衡油性包覆与成本环保的矛盾，我们这个技术亮点之一就是改性样本材料稳定分布特别均匀，而且包覆很完整，可以抑制材料在电解液当中的溶解，这个改性之前整个18，改性以后8点几。具体的做法把1克材料浸泡在20克电解液当中，60摄氏度，取5毫升电解液稀释至100毫升。这个方法可以进一步提高安全性，因为负极SEI膜也是触发安全性的重要原因之一。稳定性提高了。上面这个红的局限是包覆以后的材料，下面这个蓝的是对比的材料，我们没有用水型包覆，所以稳定性很好，包括储存性能也有优势。包覆以后倍率特性有降低，但是还可以接受。倍率更高的时候降低很明显，1/3C左右影响不大。

这是包覆之后的热特性，可以看到明显改善。这是包覆以后的材料做的软包电池加热过程当中。对比材料在121.5的时候发生明显热失控，但是包覆材料160度的时候温度没有上升，降低了。这是安全性提高的标志之一。

这是软包电池在短路当中的表现，大家可以看到改性后的材料短路的时候温度更低，发热量也降低了。这是改性后的材料做成软包电池进行的短路和过充测试，也表现了明显优势。这是针刺结果。

下面简单汇报一下，我们在体系优化方面的工作。多晶材料和单晶各有优缺点，比如多晶比容性高，但是稳定性差。单晶有好的稳定性，负反应少，但是动力学性能比较差。我们把单晶和多晶按一定比例混合以后，制备成电极，发挥了单晶和多晶各自的优势，特别是在两种材料混合以后，可以有效地释放多晶材料的应力，减少多晶材料的裂纹，从而提高安全性和循环寿命。

这是把混合后的体系做成方形电池，同时我们在正极加入成膜添加剂，来进一步提高安全性。无论是比容量也好，循环性也好，还是安全性也好，都取得明显进展。最后一部分工作是高镍与磷酸锰铁锂进行混合，锰元素和铁元素均匀分布，所以稳定性是好的。同时磷酸锰铁锂是一个小粒径，与高镍混合的时候填补在高镍缝隙里面，一旦热失控，锰铁锂就是很好的隔离物，可以很好提升安全性。当然，选一个什么样的锰铁锂，如何跟高镍混合，量是多少，取决于我们对安全性的需求，以及对体系能量密度的平衡，因为锰铁锂加多了会降低比容量，也会降低倍率特性。

从这里可以看到高镍三元材料和锰铁锂混合以后，热失控耐受温度可以提高20度，穿刺测试比例达到二分之二，相关结构对于超高镍体系也是适用的。

为追求更高续航，高镍体系动力电池是中长期发展的趋势，尽管（富锂）发展得非常好，但是要想取代高镍还是有一定难度，除非在一些场合。高镍体系电池安全性问题已经得到明显改进，但仍然需要引起足够重视。瑞浦兰钧开发的高镍材料制备和多单晶混合，与磷酸锰铁锂混合的技术，可以有效提升电池安全性。谢谢大家。

（根据速记整理，未经本人审核）