華宇新能源科技有限公司研究院院長陳建：鈉離子電池在快充技術方面的研究與應用
圖為華宇新能源科技有限公司研究院院長陳建作主題演講
陳建：各位專家、各位嘉賓，大家下午好，我來自華宇新能源研究院，接下來我給大家分享一下關于鈉離子電池方面的快充技術研究成果和應用方面的情況，分三個方面：
一是關于鈉離子電池目前的現(xiàn)狀，第二是關于快充的研究，第三是關于快充的技術應用。
華宇新能源是雅迪電動車全資控股，以小動力電池為主的產(chǎn)品和技術研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，我們通過并購南都電源的動力電池板塊，現(xiàn)在實現(xiàn)全資控股，去年有40多億的產(chǎn)值，主要生產(chǎn)兩輪車的動力電池，今年我們也單獨成立了鈉電公司，3月份發(fā)布了極鈉1號的產(chǎn)品。
電動兩輪車是新能源行業(yè)重要的組成部分，目前兩輪車保有量在3.5億輛左右，是短途出行首選的出行方式，且每年都還在以非?？斓乃俣仍鲩L，不光在電動兩輪車方面，國外電摩的增長量也非?？?。雅迪去年實現(xiàn)1400萬輛的銷量，在整個行業(yè)當中也是處于龍頭的地位，目前也在積極開拓國外新能源，特別是東南亞電摩市場，未來整個增長量還是非常樂觀的，預估每年會有20%甚至30%的比例增長。
對于兩輪電動車或者四輪電動車，大家共同面臨一些行業(yè)的痛點，在兩輪電動車里面，特別是新國標下，基于對電池成本、重量和性能的選擇，這幾年鋰電占了很大的優(yōu)勢。但是鋰電在安全性和成本方面還都有比較大的挑戰(zhàn)。
另外就是關于續(xù)航或者是低溫環(huán)境下的續(xù)航里程短，以及充電難的問題，這仍然是行業(yè)比較大的痛點。
快充是解決現(xiàn)有里程焦慮和充電難的重要技術手段之一。前面幾位嘉賓也講到了快充和換電，這確實是解決里程焦慮和充電難等問題非常有效的手段。
在兩輪車換電方面，前些年大家才剛剛開始為集配行業(yè)提供換電業(yè)，現(xiàn)在這個行業(yè)已經(jīng)非常成熟。但是換電對于C端來說還是一個非常難以推動的領域，所以我們覺得快充會是未來非常值得期待的方向。
鈉離子電池的特點，除了原材料價格便宜，還有很多其它有點，比如說低溫特性，在零下20度的情況下它還可以有90%的放電，這是非常有優(yōu)勢的地方，還有就是它的安全性。鈉電現(xiàn)在用的是層狀氧化物，和鋰電的三元完全不是一回事情，它的安全性不亞于鐵鋰，甚至比鐵鋰更高，我們也做過極熱環(huán)境下的安全性實驗，很多參數(shù)都要優(yōu)于鋰電;再一個是它的倍率性能，因為鈉電的負極用的是硬碳，再加上去溶劑化相對比較容易，所以這一塊有它比較優(yōu)勢的地方。所以我們覺得鈉電池確實是有它自身很多的特點。
前一陣因為鋰電原材料的價格回落，很多人也問我，我們推鈉電是不是還具有優(yōu)勢?我們的看法是，鈉電在成本上還是有優(yōu)勢，但是鈉電本身還有它自身的特點。
鈉電除了安全性以及在倍率性能上的優(yōu)勢，我們要把鈉電自身的特點能夠發(fā)揮好。就電動車來說，解決里程和充電焦慮，快充確實是非常好的一個手段，這個問題剛才巨灣的毛博士也闡述得非常清楚。但是鋰電池要發(fā)展超級塊充，在安全性、析鋰方面的問題還是很難解決的。鈉電本身具有很好的優(yōu)勢，鋰電里面要不是用快充石墨解決負極的問題，或者是添加一部分的硬碳，但是鈉電池本身就是用的硬碳，它的負極是吸附和插層兩種基底，這和在負極鋰電石墨的插層還是有一定的區(qū)別，這一塊能夠確保鈉離子能夠快速嵌入，并且因為硬碳的膨脹率比較低，它的骨架比較穩(wěn)定，到壽命結(jié)束的時候，它的膨脹率一般在5%左右，差不多是鋰電的一半，所以它確實具備很好的基礎。第二，鈉電的斯托克斯半徑比較小，去溶劑化比較容易，溶劑拖嵌相對容易得多。離子從遷移到負極的嵌入，脫溶劑就很容易，比鋰電就有很好的優(yōu)勢。第三，鈉電正極材料的分解溫度等等方面都比較有優(yōu)勢，所以我覺得鈉電具備非常好的快充特性。
但是如何實現(xiàn)在快充的同時保證安全、長壽命?這又是一個需要進一步解決的問題。在這一起我們也做了很多的工作，怎么樣能夠安全、長壽命地實現(xiàn)快充?這里需要解決一個界面的問題。從電解液到負極SCI膜，怎么樣降低它的界面電阻，鋰電有析鋰，鈉電也容易產(chǎn)生析鈉，怎么減少析鈉和鈉的枝晶，這是非常重要的問題，這個問題對于在快充條件下怎么樣提高它的安全性、延長壽命非常關鍵。
我們從幾個方面來考慮。第一是正極，它當然是很重要的一個方向，所以要選擇更加適合快充的正極材料，這是一個方面。第二是負極，負極尤其重要，負極現(xiàn)在有做硬碳的，也有做軟碳的，我們選擇的是軟碳+硬碳的復合技術，這個技術有助于解決負極快充的問題。第三是成膜方面，怎么樣改善SEI膜這個界面的問題，主要是考慮這三個方面。
從正極方面，現(xiàn)在的層狀氧化物有多晶和單晶，單晶的電壓平臺會略高一點，但是在快充的情況下，多晶的倍率性能會更好一些。當然現(xiàn)在的多晶都是用的液相的方法，還是非常不錯的，我們覺得正極相對比較成熟。
從負極的角度，現(xiàn)在有很多的路徑，這些路徑包括用殼類的生物質(zhì)硬碳、多糖類、樹脂、石油焦的。從負極的角度，我們發(fā)現(xiàn)殼類的生物質(zhì)硬碳，它的層間距相對較大一點，斜坡區(qū)也更強，體現(xiàn)在充放電的倍率性能更優(yōu)。
在這個基礎上，如果說能做一些包覆，進行軟碳和硬碳的結(jié)合，因為生物質(zhì)的硬碳材料有很多缺陷，這些缺陷會得到很好的彌補，這樣做了包覆以后，整體的導電性能也會有比較顯著的提升，倍率性能經(jīng)過測試，它還是有比較好的表現(xiàn)。
在材料的選擇上，正極和負極還是有它的一些比較關鍵的點。
再有一點就是快離子導體原位成膜技術，這是非常關鍵的一點，對于怎么樣減少析鈉，提高安全性，以及提升它的倍率性能都是非常關鍵的地方。
通過這樣的技術改性和組合，我們把它的電化學內(nèi)阻和鐵鋰做了一個對比，我們的正負極都是用的鋁箔，所以它的R1歐姆內(nèi)阻不見得有太大的優(yōu)勢，但是電化學內(nèi)阻就有非常明顯的優(yōu)勢，而通過電化學阻抗的測試對比是非常清楚的，鈉電的內(nèi)阻更小。另外我們也進行了倍率的充電，也可以非常容易實現(xiàn)10分鐘80%左右的電量的充入，它的恒電流的比例表現(xiàn)也是非常不錯的。
我們和同容量的鐵鋁進行了溫升的對比，在4C的時候，它的溫升比鐵鋰要低10度，在6C的時候也要明顯低于鐵鋰的溫升。鐵鋰本身的導電性相對也是比較差的，但是鐵鋰的安全性相對比較好，所以鐵鋰采用快充，也是很多選擇的路徑。
在倍率放電方面，充電特性好，倍率特性也是有同比例的提升。
循環(huán)方面，目前層狀氧化物這個體系已經(jīng)做到3000次以上。高倍率充、低倍率放我們也在持續(xù)做。
再看一下安全特性。我們現(xiàn)在做下來，安全特性整體確實是不錯的，包括針刺等等。對于循環(huán)以后的鈉電電芯，它還是負極會有一定的析鈉，這種電芯到底是否安全，我們同樣做了針刺和過充，發(fā)現(xiàn)循環(huán)結(jié)束的電芯還是可以非常安全地通過針刺、過充等等測試。
所以我們覺得鈉電在快充上面，能夠把它自身的特性，通過一些技術上的改進，可以把它自身的特點發(fā)揮到極致。我們已經(jīng)實現(xiàn)在電芯這一塊10分鐘、80%快充的特性，在應用層面，首先我們在兩輪上面能夠配置在標準電池上達到30分鐘的快充，這個快充特性基本上可直接在現(xiàn)在的技術上應用，包括配備充電器相對比較容易，1.5千瓦到1.8千瓦的充電器就可以實現(xiàn)，另外是在B端兩輪車的應用，可以配置5到7千瓦的快充網(wǎng)絡。最后在短途的四輪車，配二三十度電，現(xiàn)在的快充樁也非常普及了，可以實現(xiàn)5到6C，10分鐘充電的性能，這些技術在下半年我們批量上市的產(chǎn)品里面就會得到應用。
雅迪目前有4到6萬家門店，我們未來可以在這些門店快速布設這樣一個快充網(wǎng)絡，再下一步，鈉電在比能量上很難跟鋰電對比，但是快充特性未來可能會成為鈉電非常有優(yōu)勢的一個點。
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