1、曹建华：动力锂电池在储能设备上的应用深圳邦凯电子有限公司技术副总监曹建华博士 第四届华南锂电（国际）高层技术论坛今日在深圳会展中心开幕。本次大会以“动力 2009动力电池、 3G 高容电池、上网本电池”为主题，来自全国锂电行业的数百名专家、企业高层出席了本次论坛，并就锂电行业如何应对金融危机，发掘新市场、新机会、把握行业热点及发展趋势展开讨论。 腾讯科技作为官方指定独家战略合作门户对本次论坛进行全程的图文直播。以下为深圳邦凯电子有限公司技术副总监曹建华博士演讲的文字实录： 【主持人：毛焕宇】下面的一位报告的是曹建华博士，他是技术副总监，在锂离子电池行业从事多年，具有丰富的锂电池研究经验，对手机
2、、数码、笔记本电脑、电动工具、电动车各个方面领域的锂离子电池进行了深入的研究，在锂离子电池制造尤其是安全方面有可靠性的方面做了多像卓有成效的工作，在安全关于电池的分析有巨大成果，已经申请了专利 14 项，发表论文很多篇，下面欢迎曹博士为我们演讲。 【曹建华】各位朋友下午好！大家都是做锂离子电池技术或者管理这些同仁，上午杨院士讲了很多关于能源在发电领域的这样一些工作，这样的一些工作比如我们的电网总是有供需不平衡的时候，供需不平衡的时候电怎么样去运用充分？这是我们需要解决的一个问题，这就需要用到我们所说的储能的装置。第二是清洁能源，比如风能、太阳能、潮汐能、地热以及水电，这些东西并不是说在任何时候
3、它的发电量都是一致的，都是稳定的，比如说太阳能，只有在白天有太阳的时候才能发电，这个时候往往也是我们水电或者是热电相对比较充分、充足的时候，这时候这些电往哪里放等到晚上来用，也需要我们的储能装置。风能也是同样的，风不是随时都有的，有时候是 2 级风，有时候是7、8 级风，这时候的发电量也不太一样。这个时候就需要我们的储能装置来做一些错峰用电或者是储备用电的功能。 毛老师刚刚讲的都是去年和前年开始大家和关心的就是动力锂离子电池，实际上大家一致认为动力锂离子电池主要是在电动汽车或者是电动摩托车等等这样的一些交通工具上应用，这个也是当前最热门的话题。但是这是不是是我们大容量锂离子电池的唯一的用途呢？
4、我当然会说“NO” ，实际上还有另外的很多的方向、很多的工作可以做。我们不是说需要所有的我们这个行业的人精力都集中在电动汽车，我们还有其他很多的领域可以应用到我们的锂离子电池，并且这个市场也很巨大。比如说我们的储能用的锂离子电池大约每年我计算了一下规模也差不多有 300 亿美金的一个市场份额，也是相当大的一个规模。今天我主要讲一讲我们邦凯在锂离子电池应用到储能这样一些装置领域上的一些应用和经验跟大家分享一下。 储能装置目前主要还是一些小的能量领域的应用，比如说这个东西（PPT）它就在我们的外面太阳能路灯，就在会展中心前面和市政中心之间的路上，这个也是用锂离子电池的。这是一个太阳能的草坪灯，这个
5、相对容量比较下，可能只有 4AH 或者是 5AH，因为它用的是一些 LED 可能容量比较小。这个方形的是 UPS，一般我们用铅酸的 UPS，一般是用电源箱和电池箱是两个“箱” ，因为前钻电池体积比较大，又比较重，放到一个箱里面放不下，并且搬起来也很困难，所以分成两个箱。但是用了锂电以后我们很多的便携或者是可移动的 UPS 电源可以放到一个箱子里面去了，把电源和电池放到一块。这个是一个在没有什么人烟的地方用这个风光互补发电的发电储能，然后做一个通讯的信号用的储能的小型的电站。这个是我们在很常见的高速公路边的或者是路边的太阳能的警示灯，白天用太阳能充电，晚上靠这个放电。所有的这些我只举一些简单的例
6、子，实际上这并不是我们所有储能电池的应用，我们还有一些大型的电站或者是一些大型的基站或者是一些电脑通讯网络的运用。 刚刚毛老师提到了在电动汽车领域有很多的挑战，这些挑战我们都很难实现，但是就我们储能装置来说可能实现起来相对就容易一些，他的电压没那么高，很多领域，电流没有那么大，容量也没有那么大，所以说我觉得在我们这个储能装置领域里面的应用可能更容易实现一些，针对我们中国的企业来说可能更现实一些。这个领域基本上从目前我们的一些客户的要求基本上就是从12V 到 72V 这样一个要求的储能装置的电压，容量大约从 5Ah 一直到 100Ah都有。这个储能装置比如说太阳能装在郊外，白天充电晚上放电，一天
7、一个循环，一年 365 个循环一个都少不了，十年 3650 个循环，一个都少不了，这个不是人为能够控制的，就这么多。所以它需要很长的循环寿命来支持。有些领域他可能是应急用的，可能一年也不用一次，但是一直处在充电的状态，这时候就需要他储藏的寿命相对长一些，还有很多的电源任何时候处于一个充电态，这对电池和它的电源管理系统也有一定的要求，他有可能也还会有一些脉冲的大电流放电，不同的领域有不同的要求，可能相对复杂的环境高温、常年的低温或者是整栋的环境上在使用。 种种要求来看，我个人认为铅酸电池由于大家担心他的铅的毒害性，以及铅酸电池最后的回收成本在逐步提升的问题上，锰酸锂由于它的循环性能不能满足这么高
8、的一个要求，所以说我觉得用磷酸铁锂是可以解决我们这个储能用的锂电池的一个需要。这是邦凯单体 50Ah 的电池，用四个串联形成14V50Ah 的电池组，运用到小型的储能电站里面，这是运用的情况，当然这12V 还要继续做一个串联，这只是一个模块，模块还要做一个串联，串联以后有一个组合的模式。这个地方我不知道它是什么地方，听说是草原还是沙漠，那个地方没有人，高温、低温什么样的情况都有，也没有人管，所以说在我们的一些防渗透、防水、防高低温的变化，以及风力大小和阳光强度造成的充电电流的一些经常性的变化，这些都需要我们的电池具有这个耐受性。这样的一个需求我觉得是未来风光发电的领域很大的一个需求量的东西。
9、这是我们给中国人民解放军南海舰队的舰载的电源，军舰上用的后备电源，这个充好电以后可能一直不会用，只有在它需要的时候才会启用这样的一个电池，这个是 36V5Ah，这个电池我们没有采取前面的一个单体的 50Ah 的做法，而是采用了一个 12 串 5 并的一个方案，用 10Ah 的单体电池来解决的。这样是经常在海上作业盐雾环境，抗盐雾环境和抗超市环境的一个要求，从整个的组合需要我们有这样的一个设计。在我们很多的领域大家考虑了很多，但是在结构设计的材料选用方面可能考虑得不是太充分。 这个也是很有意思的一个东西，是我们一家的客户，大家都有车，一有问题都进 4S 店维修，这是一个四轮定位仪，在车行里面需要
10、推来推去进行一个四轮定位。这个定位要求精确度很高，要求它的放电电流的平稳性要相当好，另外因为它的维修车间里面人也比较多，所以安全性的设计也非常重要。这个东西要推来推去，还需要它小巧灵便，这个我们是采取了两个 12Ah 的电池串联的方式来结果它的一个后备电源，充电以后再放电这样的一个应用的需求。 这个是一个 PortablePower，这个红色的是一个便携式的电池包在家里充电以后可以拿到野外应急的时候使用，这是一个像笔记本电脑一样的便携式的太阳能的充电包，打开了以后只要把它放平太阳直射到太阳能的电池上进行充电，下面这一块就是一些聚合物的电池。这两个东西属于便携式的一些储能装置，所以说储能装置实际
11、上它的应用领域很宽泛，由大到小都有运用。这样的一些东西实际上从我们的考虑来看，目前我们做了一些工作，比如说我们在高倍率的方面就能够满足便携式的脉冲的放电，这个是我们未来满足不同领域的一个储能装置我的一些想法和我们在做的一些工作。 可能客户还是需要更高的能量，即使它不更安全，但是也需要更高的能量。目前我们大概做到了磷酸铁锂 18650 做到 300Wh/L，未来可能提升到330Wh/L，更高的放电倍率要求目前我们是做到 25C 的倍率放电，未来有的客户需要提到 40C，右边这个图是我们不同倍率放电的一个曲线比较，在 25C倍率上大概还有 100%多一点，这个电池由于它的表面温度在 25C 放电大
12、约是68 度多，所以具有相当好的一个容量发挥，因为温度高了。 这是更高的一个循环寿命的要求，有很多的途径应该说可以做得到，综合地来说有两个方面，一个方面是从我们的材料、设计和制程控制，这个方面是一个途径。第二个途径是从左边来看是一个降低我们 100%DOD 放电可能降低到80%，把这个深度降低了，应该是一个很好的途径。左边这个蓝色和红色的曲线是从 3.65V 放电到 2V 循环 300 次的一个寿命曲线。绿色和黑色的曲线是充电到 4.2V 放电到 2V 这样的一个循环的寿命曲线。中间大家可以看到在 100次以后他们相差很大了，所以说降低放电的适度也是提高我们锂离子电池使用寿命的一个很好的办法，
13、如果我们这个材料或者是其他方面无法突破这也是一个办法，可能比较折衷一些。 右边这个是我们电池作 2802 次的循环获得的一个寿命曲线，最后和初始的容量比容量保持大约在 84.7%，但是这个还没有达到 3650 次十年的寿命要求，每天一次还再继续做这寿命实验，当然这只是单个 Cell 的电池的讯混寿命，如果是电池组的话，就要考虑刚刚说的一致性的要求，它的性能寿命可能会下降很多，不能满足我们这十年的要求，可能只能到八年甚至是更低。 未来在储能装置上可能有一些更多的新的要求，或者对这个环境更多的适应性、更强的一些适应性的要求，这个途径可能我们需要用到一些改性的正极，通过对磷酸铁锂继续做一些掺杂改性，
14、还有更好的负极材料，稳定性更好。功能性的电解液以及结构设计的提升，还有是我们制程当中的一些控制。 我介这个话题和我们探讨一下我们锂离子电池在更多、更宽泛的领域的一个意义，希望我们锂电的同行业积极地开拓自己的思路，不要就一个劲地钻到电动汽车里面去了，我觉得这对我们的行业发展不是一个太有利的状态。谢谢大家！【主持人：毛焕宇】谢谢曹博士的发言，下面看有没有什么问题？ 【现场提问】您好曹博士，我想问一下现在在世界范围内，我觉得应该是日本在锂电池的行业处于绝对领先的地位，我从有一些渠道也看到了，日本电池现在的正极材料锰酸锂做得也还是比较好的，磷酸铁锂并没有说像中国厂家现在说的这么追捧的地位。我想问一下当
15、日本产的锰酸锂的水平在我们国内我们可以已经生产出跟日本的锰酸锂同样的水平，我们的成本大大降低，你觉得这个锰酸锂能不能用在未来的动力电池的领域？还有一个问题，我想问一下你为什么选择了磷酸铁锂而不是锰酸锂？谢谢！ 【曹建华】第一个问题，锰酸锂和磷酸铁锂相比大家都清楚，第一个是安全性方面的差异，第二个是对耐热环境耐热型的差异，锰酸锂这两项都比磷酸铁锂低。磷酸铁锂唯一的优势就是在它的成本低，这个“低”如果我们最后考虑使用成本的话，那实际上磷酸铁锂可能最后远远低于它，把采购的成本和使用成本最后加到一块，寿命成本加到一块的话。你所说的如果说我们在日本的同行界做出锰酸锂跟磷酸铁锂一样的好，为什么不用锰酸锂呢
16、？一定会用。但是现实的情况我认为还没有达到这个程度。 第二个问题，关于磷酸铁锂我们为什么用，我觉得磷酸铁锂首先我们自己内部做了一些比较，关于锰酸锂和磷酸铁锂，我们比较的结果就是发现锰酸锂的循环寿命不能满足我们在储能电源上的一些要求，所以说我们最后选择了磷酸铁锂。但是我们有没有做锰酸锂的动力电池呢？我们有，但是它被用到哪里去了呢？用到电动自行车上去了，因为我们电动自行车的一个寿命循环不需要这么长。所以说不同的材料往不同领域的应用我觉得这个很必要，谢谢！ 图为加拿大 Phostech 公司 CEO 莱斯. 托斯顿( 腾讯科技摄)腾讯科技讯 5 月 23 日消息，第四届华南锂电（国际）高层技术论坛今
17、日在深圳会展中心开幕。本次大会以“动力 2009动力电池、3G 高容电池、上网本电池”为主题，来自全国锂电行业的数百名专家、企业高层出席了本次论坛，并就锂电行业如何应对金融危机，发掘新市场、新机会、把握行业热点及发展趋势展开讨论。腾讯科技作为官方指定独家战略合作门户对本次论坛进行全程的图文直播。以下为加拿大 Phostech 公司 CEO 莱斯. 托斯顿演讲的文字实录：【主持人：毛焕宇】谢谢克劳斯，下面有请加拿大的 Phostech 公司CEO 莱斯 .托斯顿。他们在加拿大是做正极的磷酸铁锂材料。【莱斯.托斯顿】非常感谢组委会邀请我来跟大家共享参与这次论坛，我想跟大家先介绍一下我们的公司以及展
18、望一下未来。大部分的人都知道锂的托嵌要保护这种结构而且要保护这种体积，而且大家了解它的好处和不好的缺点，就是 LFP 的好处与不好，我们也看到有一些很好的优点，当然来讲也可以说它有好处，也有不好之处。我们来看一下我们有这样的一个放电的曲线，大家可以看一下他是比较平的电压排放曲线，而且导电性确实是有一点点被牺牲掉了，所以这是我们需要来克服的。我们可以看一下磷酸铁锂确实是有一些非常独特的特性，我们要改进它这个特性，就是要改进它的这种导电性，用这种炭的沉积。在这种方法可以极大地提高它的导电性，这样的话我们就可以通过这种方式通过这种创新来改进它的不足之处。我们刚才在上一个发言人那儿也看到了确实有不同的
19、这种应用方式，从HEV、EV 到 PHEV，所以对电池的性能要求也不一样，你可以需要更高的功率，也可以需要更高的能量。我们要看一下这个程序和工艺有不同。比如说在左上边（PPT）是一种固态项的工艺，我们主要的是要关注的是把这种固态性的工艺在加拿大已经实现了工业化。还有这种润湿工艺，我们用水作为溶剂，这样的话就可以将所有的材料在溶剂里当中进行润湿，然后就可以改进它的性能，并且可以按照我们的需求来调整颗粒的大小，可以变成小的颗粒，从而提高它的功率。我们已经在德国就润湿工艺已经进行了商业化，我们还有一个另外的一种工艺，这是润湿工艺 2，这是一个备用的，现在正在试点状态下。要检测一下是否能够进一步的商业
20、化。另外一个非常有意思的工艺就是熔化的工艺，通过这种方法进行试点，然后可以按照我们的应用需求进行调节，当然这还是在实验阶段。对于商品化阶段我们可以看一下，大家可以从 P2 功率的极是一种纳米大小的，可以给我们提供较高的功率。在右边的是一种能量型的，现在我们这个功率要小，但是能量的密度要大。我们在 01 年的时候开始了这种生产的活动，我们又创建了一个新的品牌名词 LiFePower，代表磷酸铁锂，这是我们 LiFePower 的品牌，我们刚才提到了我们通过磷酸铁锂的生产工艺可以比传统的阳极材料更加稳定。我们刚才也说了，最好要避免的是电芯之间的热的扩散，所以你一定要控制这种不同电芯之间的热的扩散，
21、所以你要控制温度的性能，对于这种消费品市场来讲，这一点是很重要的。所以你最好给他们提供的时候不要给自己找麻烦，要召回产品，所以要控制好各种产品的因素。我们在魁北克第一个工厂每年的产量是 500 吨，在德国每年是 200 吨。我跟大家来介绍一下我们量种不同工艺之间的差别，其中的一个例子就是固项的工艺，大家可以看一下这个公式，它是非常简单的，就是混合、加热，也是一步的反应，成本也比较低。当然了，我们这里也有缺点，比如说他要看三钾铁离子的扩散，还有一些固态的反应的质量，还有一些不可复制的负效应，他的母料 FP、FC 的成本都比较高的，而且母料也不是那么好得到的。我再举一个离子，第二个工艺是润湿工艺。好处是它的反应剂成本比较低，我们在液态项有完全的反应。我们在每一个步骤都可以很好地控制这种化学的纯度和质量的控制，还可以控制颗粒的大小、形态和纯度。这是做起来比较简单的，所以我们应该用这种工艺来生产。还有一点是一致性也非常著名，可以降低废品率，而且可以满足比较狭小的电芯的规格。我们还有运用于动力的应用，可以生产纳米大小的颗粒，当然也有不好之处，废物的回收程度比较高，
