12月13日-14日，以“风起云涌、敬畏与生存”为主题的2018中国新能源汽车产业峰会暨第五届中国动力电池大会在深圳召开。本次盛会，共有30余位行业专家发表主题演讲，吸引到来自材料设备、动力电池、新能源汽车领域600余位产业家和企业代表，共同探讨新能源汽车共同趋势，交流解决方案。

12月14日，宁德新能源材料科学家郑建明博士以《高能量密度电池体系材料开发与挑战》为题进行了演讲，以下是根据现场速记整理出的演讲内容：    

宁德新能源材料科学家郑建明博士：各位专家、各位领导早上好，很荣幸受到大会的邀请在这里和大家做技术分享。

郑建明博士演讲图

我叫郑建明，在国内厦门大学到美国国家实验室，干了六年时间，去年时候回到ATL，在研究院从事新材料开发，今天主要从材料开发角度和大家做分享。首先介绍一下ATL。我们最早于1999年成立于中国香港，后来我们总部是定于福建省宁德市，我们在东莞还有另外一个生产基地以及PACK工厂，我们PACK工厂业务拓展到印度、美国加州。

我们公司产品应用主要还是定位于SAI产品，我们是来学习的，我们在动力电池方面做得不是特别多，在近年来将我们应用市场拓展到动力，应用在无人机、扫地机器人、小型动力体系。根据日本的调查报告，我们排名暂时排名第一。市场拓展是从蓝牙笔记本、手机、无人机、手环、游戏机等，将来拓展家庭储能。

我们公司的市场占有率从统计来看，我们每5台笔记本就有一台是用我们ATL电池，每2台手机、每2台Pad、、每2台手环，都是用我们ATL的电池。从刚开始到2018年，公司生产总电池数超过50亿颗，如果和动力电池生产相比，用GWh来说的话，ATL算是一个小公司。

接下来是结合我在材料研发当中的理解和大家做一些分享，纯属一家之言，讲错，请批评指正。我们还是围绕高能量密度、高安全以及比较合理的Cost，能量密度在275Wh/kg，还有能量密度在800Wh/L。从材料体系来看，正极材料用的锂钴。如果算能量密度从右图来看，三元像622、811能量密度将比我们锂钴有优势，特别是对车载电池来说，重量密度是比较关键的因素，是三元材料应用会以锂钴为多，如果不考虑Cost的情况下。在锂钴方面我们主要策略是不断提高充电电压，在提高充电电压的时候可以看到客容量是不断提升，我也发现随着客容量提升，循环寿命逐渐缩短，我们现在看的是4.48V体系，现在我们往4.53、4.55开发，挑战还是比较大的。

从材料结构属性理解来看，我们知道在比较少的脱锂量来看，这个隔离性比较高。从脱锂量的提升，我们甚至到了O1项的转变，材料在冲到4.55V，对应0.8锂的时候，这个时候材料会发展比较大的相变，甚至发生坍塌，这是一个主要的挑战。这和我们几个案例和大家做分享，高电压体系俯冲材料衰变，高电压4.5V俯冲材料发现破坏存在，材料结构已经转变了。

在材料高电压过程中也会氧化电解液，电解液酸度逐渐增加，材料受到电解液的腐蚀影响，钴的熔出不断加剧，沉积到石墨表面。在俯冲过程中伴随其他负反应变化，比如阳极SEI的增厚和过度的脱锂。另一方面材料热稳定性也做了一些研究，我们发现材料事实上在加温到150℃的时候开始释氧，我们发现统计结果来看，在190℃以下的时候是比较缓慢的过程，到190℃以上甚至200℃以上的时候，相变急剧增加。

我们采用的手段主要是两大方面，一个是通过材料掺杂和包覆，掺杂可以分为两大类，我们可以有掺杂不要太多元素，可以提到支撑的钴的作用。这是我们包覆的例子，在经过包覆之后，有一个包覆5-10纳米的包覆层，在这个阶段上，会有一个过渡层，说明包覆和热处理的过程中，有一部分元素发生了互相的迁移，这个对材料起到很好的作用。我们发现经过表面包覆，在4.48V体系的时候，我们可以进一步提升50-100万寿命，包覆之后事实上对表面界面稳定性起到改善作用。

第二方面是讲一下刚才介绍到我们也在尝试做动力电池小型动力，这一方面我们用的是三元体系，三元体系镍不是特别高，这些体系从4.2V做到4.5V，高镍开发811，只冲到4.2V就可以有160mAh/g的程度，在深度脱锂的情况下，材料金和氧相对比较稳定。但是高镍材料有以下一些挑战，特别是材料合成过程中经常出现一些锂镍混合的现象，材料在700-800℃的情况下，结构不稳定容易从晶核突出，镍还原2价，其他一些挑战因为脱锂过程中晶核参数发生较大变化，导致材料之间的应力有大量增加。

另一方面是表面负反应，晶核表面有些氧不稳定。还有热稳定性方面的问题，热稳定性是高镍很重要的问题，高镍事实上在高温的时候，不是特别稳定，在高温过程中是表面的氧会失去，在200℃以上会产生大量热效应，这是其中一个案例，我们用811配石墨，这是8Ah的软包。我们研究材料微观结构的时候，材料在微观循环过程中，二次颗粒已经发生破裂现象，从微观来看一次颗粒里面，成状结构已经变成了类似无析结构的转变，还有破裂的现象。

对电池安全是一个很大的挑战，因为材料本身如果是没有破碎之前，BV比较小，是0.2-0.5的水平，我们即使表面不稳定，产生气体也比较少，如果材料发生破碎，电池温升比较高，可能呈十倍或者几十倍的增长，电池在充放电过程中产生很多气体，特别是对于软包电池来说，这是一个很大的挑战。

这里分析一下想法和策略，我们是掺杂和包覆，结合理论模拟、计算筛选，有效降低氧活性的因素，使得在高电压或者高温过程中，晶和氧不会失去。这是一个非常关键的问题，事实上颗粒破碎主要是跟内部应力增加有关，我们当时做的是采用很薄的磷酸锂的包覆，材料晶界起到缓冲的作用，所以这个材料在充放电过程中，虽然有相变，但是材料不会发生破碎。循环稳定性也得到很大提升，这两个主要是针对811体系做了一些策略性的改进工作。在负极方面，今后要开发300Wh/kg体系，硅是目前开发的重点，这也是我们现在开发不断提升阳极客容量，从350提升到600，甚至往更高750体系冲刺。如果开发更高能量密度体系，这也作用研究院开发范围。

硅的客容量非常高，在室温条件下客容量达到3500mAh/g。硅在迁移过程中会达到300体积膨胀，在充放电过程中颗粒发生了不断腐蚀，腐蚀过程中原来积累，电芯阻抗增加，导致寿命比较短。颗粒在破碎过程中会进一步渗裂痕的地方，产生更多副反应。还有电解液，循环过程中颗粒破碎，SEI也破碎了，这就会有更多副反应发生，如果采用一些比较好的成模添加剂，所成了SEI模可以一定程度上克制大量破碎导致副反应的发生和SEI不断积累，我们循环寿命在有效添加剂的情况下可以得到比较明显的改善。

最后花1分钟时间和大家分享一下在锂金属方面的策略性工作。讲到硅的体系，对能量密度有提升，提升幅度始终还是有限的，加少量硅对能量密度有失去，加大量硅对能量密度有提升，锂开发到1000Wh/L，特别是金属锂，我们能量密度有希望大家500Wh/kg水平，VAD有望达到1000Wh/L，金属锂反应活性比较低，循环寿命比较短。锂是百分之百体积过程中，对于软包电芯来说，体积效应也是非常严重的，还有锂的熔点非常低，在没有循环过程中，锂熔点180℃，循环之后会降到150℃、140℃的温度，对安全来说，金属锂是今后研发过程中急需解决的。我们采用3D的结构化阳极，防止较大的体积变化，在界面保护层我们模拟SEI层成分，内层采用有机项，外面的电解液采用高溶度锂电解液体系。

以上就是我介绍的内容。这里花几分钟做一个小节。现象锂钴三元遇到能量密度的瓶颈，特别是811勉强做到300Wh/kg，将来要做到更高情况下我们需要开发更高能量密度的材料，比如富锂锰基，根据这些的体系也要解决稳定性问题。硅负极始终是体积膨胀效应问题。在金属锂必须要解决体积效应还有循环效率以及锂制晶的效率问题。电解液始终是非常重要的，跟我们的电池安全息息相关。

最后诚挚邀请大家参加开放日。

（文章根据现场速记内容整理，未经本人审核）

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