鋰離子動力電池系統(tǒng)產業(yè)化技術研究項目課題申請書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 檢測及現(xiàn)場測試，使 EMC 可達到汽車電器的相關標準。 SOC 的計算通過精確測量和結合大量數(shù)據(jù)分析后的自診斷，可以達到較高的精度，但由于目前行業(yè)內沒 有統(tǒng)一的測定方法和標準，如何測定 SOC 的精度仍是本項目的一個風險。另外，由于本系統(tǒng)檢測電流范圍較寬，需要兼顧小電流段及大電流段，整個量程的精度是一個較大的挑戰(zhàn)。溫度采樣方面，由于溫度采樣點多，溫度傳感器的精度及成本之間的矛盾也是影響產業(yè)化的一個重要因素。 20 課題預期達到的目標、主要技術和經濟指標，可獲得的成果、知識產權和人才培養(yǎng)情況 1 所示 表 1 容量規(guī)格（ Ah） 20① 50 150 功率密度（ W/kg） ≥ 1800 ≥ 700 ≥ 500 能量密度（ Wh/kg） ≥ 65 ≥ 110 ≥ 110 最大放電倍率 30C(20s) 6C(30s) 5C(30s) 最大充電倍率 10C(10s) 4C(60s) 4C(60s) 單體電池內阻（ mΩ ） ≤ ≤ ≤ 單體電壓偏差（ V） ≤ 2 單體容量偏差（％） ≤ 2 使用溫度范圍（ ℃ ） 25－ 60 擱置溫度范圍（ ℃ ） 40－ 80 荷電保持能力 （常溫下擱置 28 天） ≥ 90％ SOC 估算誤差（％） ② ≤ 5 安全性 ④ 通過行標 或規(guī)范要求 電池組 循環(huán)壽命 （萬公 里）②③ 15 可靠性 ② 在環(huán)境相對濕度 100％條件下，動力蓄電池組能夠正常工作； 滿足整車行使 3 萬公里型式試驗的相關要求。 成本（元 /Wh） ④ ≤3 ≤2 ≤2 ① 高功率型，其余為高能量型。 ② 動力蓄電池系統(tǒng)。 ③ 循環(huán) 壽命里程按工況法測試或等效測試 。 ④動力蓄電池系統(tǒng)（不含管理系統(tǒng)）。 ：比容量≥ 330mAh/g，振實密度≥，能量型倍率放電性能≥ 10C，功率型放電性能≥ 30C，具備 10C 以上充電接受能力，循環(huán)壽命 常溫 20xx 次不低于 初始 放電 容量的 80%，安全性能滿足動力蓄電池要求，成 21 本降低 20%以上。本課題完成后每年可提供 10 萬臺套鋰離子動力蓄電池系統(tǒng)所需高性能負極，并建成相關測試、檢驗配套系統(tǒng)。 ，降低生產成本，并實現(xiàn)規(guī)模生產。計劃達到的主要技術和經濟指標為：隔膜使用溫度 40℃－ 70℃，孔隙率 40%60%，隔膜厚度 1540μ m，厚度公差 177。 2μ m，閉孔溫度≤ 135℃，具有優(yōu)良的透氣性等特性，安全性滿足動力蓄電池要求。在達到上述技術指標的同時，嚴格控制、降低鋰離子動力蓄電池隔膜的生產成本，預計其 生產成本較現(xiàn)有鋰離子電池隔膜下降 20%以上。 ，使 合成的磷酸鐵鋰材料應用于 車載 動力電池，并且具有高的 質 量比容量和體積比容量（比容量≥ 150g/cm3,振實密度≥ g/cm3,壓實密度≥）； 常溫 循環(huán) 20xx 次后的容量≥ 初始 容量的 80%；安全性能通過動力電池安全性能測試；倍率放電性能≥ 10C。主要經濟指標：從原材料開始首先合成高密度的磷酸鐵，然后利用磷酸鐵和鋰源、碳原及其它摻雜改性材料一起進一步合成磷酸鐵鋰， 再經簡化工藝；提高效力；降低能耗等控制手段，達到降低成 本的目的。 ：電壓檢測精度 ％，電流檢測精度 ％，溫度檢測精度 ℃， SOC 估算精度 5%，故障間隔里程不低于 30000 公里，電磁兼容性符合汽車電器設備電磁兼容性標準，形成 2 個以上系列產品。 動力蓄電池管理系統(tǒng)形成與動力蓄電池配套的產品線，可滿足磷酸鐵鋰的電池組管理的需要，并形成產業(yè)化能力推動混合動力和純電動汽車產業(yè)的發(fā)展。 6. 20xx 年底前通過 TS16949 體系審核和認證。 可獲得的成果 1. 高能量型和高功率型電池產品及其開發(fā)經驗的積累 。 2. 鋰離子動力電 池批量生產工藝 。 3. 鋰離子動力電池生產工廠 。 4. 在動力電池結構設計、電芯設計上申請一批國際國內專利 。 5. 動力蓄電池管理系統(tǒng)產品 。 6. 動力蓄電池管理生產工藝 。 7. 動力蓄電池管理生產工廠 。 8. 本課題完成后每年可提供 10 萬臺套鋰離子動力蓄電池系統(tǒng)所需高性能負極，并建 22 成相關測試、檢驗配套系統(tǒng)。預計可獲得 2 3 項鋰離子蓄電池高性能負極材料科研成果，并形成具有自主知識產權的產業(yè)化體系。 9. 針對磷酸鐵鋰材料的合成方法和產品在國內外申請一批專利。 。 ，并應用于動力電池和工具電池。 。 。 。 熱致相分離法制備聚烯烴多孔膜的控制技術 。 聚合物共混技術 。 知識產權和人才培養(yǎng) 1. 造就一支具有自主創(chuàng)新能力的鋰離子動力電池開發(fā)團隊。 2. 培養(yǎng)一批熟悉鋰離子動力電池的研發(fā)工程師、設計工程師、工藝工程師、結構工程師、設備工程師和項目管理人員。為國家今后相關產業(yè)的發(fā)展作充 足的技術儲備及人員儲備。 3. 申請一批鋰離子動力電池相關的結構設計、電芯設計、新技術應用方面的專利。 4. 申請一批動力蓄電池管理相關發(fā)明、新技術應用及結構專利。 5. 培養(yǎng)一批熟悉電池管理技術的研發(fā)工程師、設計工程師、測試工程師及項目管理人員。 6. 形成一支具有自主研發(fā)創(chuàng)新能力的電池管理技術開發(fā)團隊。 7. 培養(yǎng)一批在磷酸鐵鋰方面具有自主研發(fā)和測試評價能力的研發(fā)、技術人員 8. 培養(yǎng)一批在磷酸鐵鋰方面懂工藝、生產和管理的高級材料制備人員。 9. 在本課題的研究過程中，可以在原材料配方及預處理工藝、混合 工藝、雙向拉伸及后處理工藝設備方面申請相應專利。通過本課題的研究，可以培養(yǎng)一批在聚合物共混、薄膜雙向拉伸方面的工藝、設備工程師。 23 課題擬采取的研究方法，課題技術路線及其可行性分析 課題擬采取的研究方法 本課題將嚴格按照 TS16949 體系流程全面推進。如圖 1 所示。制訂詳細的先期產品質量策劃（ Advanced Product Quality Planning, APQP），制訂 APQP 各個階段的控制計劃，嚴格按照 APQP 開展工作。在 APQP 各個階段完成所必須的各項文件，尤其需要在各個階段認真做好 TS16949體系五大手冊所規(guī)定的工作，如 DFMEA（ Design Failure Mode and Effects Analysis 設計失效模式和后果分析）、 PFMEA（ Process Failure Mode and Effects Analysis過程失效模式和后果分析）、 MSA（ Measurement System Analysis 測量系統(tǒng)分析）、 SPC（ Statistic Process Control 統(tǒng)計過程控制）和 PPAP（ Production Part Approval Process生產件批準程序）等。 01234確定范圍0 1 2 3 4 5計劃和定義產品設計和開發(fā)過程設計和開發(fā)產品和過程確認反饋、評定和糾正措施5DFM EA PFM EA MSASPCPPA PAPQ P 技術路線 鋰離子動力蓄電池 ? 正負極材料選型以及配方優(yōu)化； ? 電解液體系和隔膜材料的選擇； ? 電池的電性能和結構設計； ? 電池包體結構的設計。 24 正極材料 以亞鐵鹽、磷酸、氧化劑、氫氧化鈉為原材料，經過一系列反應產生磷酸鐵沉淀。通過控制流量調節(jié)沉淀在反應釜內的平均滯留時間，促使沉淀顆粒長大并溢流至陳化罐進行陳化，經固液分離、洗滌、干燥得 FePO4 2H2O ， 再對含有結晶水的磷酸鐵進行高溫脫 水晶化，即得高密度的磷酸鐵。 以磷酸鐵、鋰源、碳源和添加劑為主要原材料，采用高溫碳熱還原法，經混料、球磨、干燥、在具有氣氛保護的爐內燒結、氣碎、篩分，即可以得到密度高、性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰材料。 負極材料 本課題將按照 APQP 流程進行相關工作，重點在于 DOE、 DFMEA、 PFMEA 等過程。可用于材料測試的手段包括 XPS、 XRD、 SEMEDS、 ICP、 TGDSC 等。本課題擬采取兩條工藝路線進行研究： 以碳為主鏈的聚合物為原材料的制備路線，其主要工藝路線為： 主原材料 +添加劑 —— →共混 —— →固化 —— →造粒 —— →表面處理 —— →熱解 —— →后處理 —— →成品 以石墨為主要原材料對其進行改性的制備路線，其主要工藝路線為： 原材料 —— →分選 —— →球化 —— →表面處理 —— →摻雜 —— →低溫包覆 —— →固化 ——→熱解 —— →除雜 以上兩條路線是在參考許多前輩大量工作基礎上提出來的，國外按照類似路線 1 的工藝制備得到的產品容量較高，循環(huán)性能好，但還沒有解決電極電位過高，電位滯后以及首次循環(huán)不可逆容量高的問題；路線 2 工藝具有成本低等特點，但要滿足汽車動力電池要求的循環(huán)性能和低溫性能還需要繼續(xù)突破，我們將主要按照以上兩 條路線進行研究，并進行改進，使材料性能達到商業(yè)化應用水平。 電池隔膜材料 本課題采用濕法工藝制備鋰離子動力蓄電池隔膜 原料預處理 共混擠出 冷卻 雙向拉伸 25 后處理 1 后處理 2 后處理 3 收卷 分切 電池 管理 系統(tǒng) ? 電池管理系統(tǒng)安全、可靠性設計 ? 電池管理系統(tǒng)電磁兼容性設計 ? 電池管理系統(tǒng)采樣精度 ? 電池組 SOC 預測 ? 電池組熱管理 可行性分析 深厚的技術積累 早在 1998 年， 比亞迪就憑借充電電池技術領域的雄厚實力， 開始 進行 電動汽車用的大容量、高性能 動力 電池 的研發(fā) ， 同時改裝了一輛電動乘用車，作為車用動力電池的試驗和評估平臺， 為公司 將來涉足 汽車 動力電池 領域提前作 好了 準備。 20xx 年 ，比亞迪開發(fā)出第一款以磷酸鐵鋰為正極的鋰離子動力電池 Fe Power，從而拉開了鋰離子動力電池商業(yè)化的幃幕。這款電池容量高達 100Ah，整包電壓約 320V，搭載這款電池的 F3e 電動乘用車單次充電續(xù)駛里程超過 200km。之后又研發(fā)出 FA60、 FA200 等多款不同型號的動力電池用于F3DM/F6DM 雙模混合動力車和 e6 純電動汽車。鋰離子動力電池在這些車型上通過了數(shù)萬公里的路試驗證。這些先期的實驗充分證明了鋰離子電池作為電動汽車動力電池的方案是可行的。 20xx 年 3 月正式成立了動力電池事業(yè)部，專門開發(fā)鋰離子動力電 池，共有研發(fā)人員 100多人。在鋰離子動力電池的研發(fā)過程中，先后向中國國家知識產權局申報發(fā)明、實用新型和外觀專利 數(shù)百 件，其中有不少專利已經或正在向國外申請知識產權保護。由此可見，在動力電池產品的研發(fā)能力上，比亞迪有雄厚的技術積累，完全有能力按時保質保量的完成該課題。 動力蓄電池管理技術方面， 20xx 年開始成立電動車項目組開始研究相關課題，并借鑒了手機電池，自行車電池管理技術，進行自主研發(fā)。 20xx 年 1 月成立電動汽車研究所，下設電源系統(tǒng)研究部開始，成立專門的項目組，對鎳氫、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等電池配套開發(fā)動力蓄電 池管理系統(tǒng)。 20xx 年 1 月年正式成立第十四事業(yè)部，下設電源廠為公司的各種混合動力汽車及純電動汽車配套提供動力蓄電池管理系統(tǒng)。 比亞迪進行負極的研發(fā)已經 5 年，具有強大的研發(fā)團隊和測試中心，在多名研發(fā)工程 26 師以及測試工程師的努力下，在負極方面獲得了包括負極的制備以及評估方法在內的多篇國家專利。 強大的垂直整合能力 比亞迪集中 IT 和汽車兩大產業(yè)的優(yōu)勢，在鋰離子動力電池系統(tǒng)的開發(fā)上具有強大的垂直整合能力。在鋰離子電池正負極材料、隔膜、電解液、結構件、電池管理系統(tǒng)等領域都可以自主研發(fā)和生產。 比亞迪從 1998 年開始鋰離子電池開發(fā)至今，積累了大量鋰離子電池配套設備的開發(fā)經驗。從配料涂 布 直至電池 Pack 組裝的所有設備，比亞迪都可自主開發(fā)制造。比亞迪制造鋰離子電池設備具有靈活快速的特點，具有根據(jù)不同電池的需要在較短的時間內開發(fā)成套專用設備的能力，特別適合動力電池的研發(fā)和生產。近年來，比亞迪又自主開發(fā)了鋰離子電池的自動化 IE 產線，為動力電池生產線實現(xiàn)規(guī)模化和自動化的建設積累了寶貴經驗 比亞迪汽車開發(fā)電動車已有 6 年多經驗。自 20xx 年以來，先后成功開發(fā)出了三輛福萊爾純電動汽車、 EF3 電動出租車、串聯(lián)式混合動力車 HybridS、四輪邊電機獨立驅動的電動概念車 ET、 F3e 電動乘用車、 F3DM 雙模混合動力車、 F6DM 雙模混合動力車和 e6純電動力車。這些車型為鋰離子動力電池提供了最佳的驗證平臺，同時在整車實驗也為鋰離子動力電池不斷改進提供了最寶貴的數(shù)據(jù)支持。 先進的動力電池檢測能力 從比亞迪研發(fā)鋰離子電池至今，始終把電池的品質放在第一位，在電池研發(fā)階段和生產階段都投入大量人力和物力進行性能和安全相關方面的測試。在 20xx 年開始就專門成立了以測試動力電池為主的試驗室，試驗室采用國內和國外知名度較高的電池性能檢測 設備、環(huán)境測試設備以及可靠性測試設備，此外比亞迪積累豐富的設備開發(fā)經驗，能根據(jù)國際上通用的測試要求，具備在較短時間內開發(fā)適合各種型號的動力電池，并滿足測試要求的設備的能力。