福建猛獅劉學利：高鎳攜手高硅，共創高能量密度鋰電美好未來
劉學利（福建猛獅新能源科技有限公司技術部經理）：
在正式匯報前其實我想讓大家深度思考一個問題，我們作為鋰電的后來者，能不能超越我們的“祖師爺”，后面大家可以看一下最終的答案。
我的匯報分為三個部分：
一、正極高鎳VS負極高硅是時代的重要選擇之一。
二、圓柱18650高鎳三元與磷酸鐵鋰綜合成本的對比。重點會對比一些資源方面還有成本方面。
三、猛獅18650-38P（3800mAh）特點及應用領域。3800目前已經突破了業內的極限。
首先給大家看一下新版的化學元素周期表。鎳是一種近似銀白色、硬而有延展性并具有鐵磁性的過渡性金屬元素，位于第四周期第八主族。它的主要氧化數是+2、+3、+4，全球主要產地是南非、印尼。
常見鐵鋰材料和三元材料的對比。磷酸鐵鋰材料電壓是3.2V，克容量我們實際應用時是在140左右，錳酸鋰大概在120，鈷酸鋰可以發揮到150，三元的話可以發揮到220。這里成本較低的就是磷酸鐵鋰，最貴的是鈷酸鋰，我們三元材料處于中間的位置。
現在三元材料一個主要的用力方向就是要實現低鈷，鈷是價值昂貴、稀缺的資源，降低鈷的含量可以大幅節約材料的成本。
鎳從最高的NCM111也就是NCM333，逐漸上漲到NCM523、NCM622、NCM811，現在到了90、93、95、98、99。
然后就是NCA材料，NCA材料在這里先提前劇透一下，我們的3800容量用的就是NCA材料。NCA材料一個很重要的優點就是高克容量和高壓密度，意味著更高的體積利用率。
另外高電壓材料，我們這里重點介紹的是5V的鎳錳酸鋰，這是常見的一些高鎳材料，首先是NCA89，也就是目前比較成熟的一款產品，它的克容量可發揮到225。
第二款NCM90，它的克容量可以發揮到229。第三種是NCMA，也就是我們常說的四元材料，鎳鈷錳酸鋰，它的鎳含量是89%，克容量可以發揮到228。
在所有的材料中，高鎳材料最高是100%的鎳酸鋰它的克容量可以發揮到247.5%，像對于錳酸鋰的120來講是它的兩倍。鋁的主要作用是起到穩定結構。
下面介紹一下負極硅，硅是地殼中第二豐富的元素，有多少沙子就有多少硅，僅次于氧。硅的理論客容量可以達到4200，我們石墨的理論客容量只有372，意味著他的容量是石墨的10倍，換言之，如果石墨和硅是同樣的價值，意味著硅可以把成本下降90%。
硅基負極目前存在的一些問題：首先體積變化大，純硅的體積膨脹率可以達到300%；其次，首效比較低，最低只有70%左右。正極提供了100個鋰離子，到負極上有用的只有70個。
最大的缺陷是循環壽命比較短，最慘的可能只有20-50次的循環壽命。
既然有那么多的問題我們就可以不用了嗎？不能，所以我們要想辦法解決困難。針對體積膨脹的問題，我們采取納米化，預留膨脹空間，可以把極片的膨脹率控制在10%以內，無限接近于石墨這個體系。
通過表面處理，出現首效大于90%，無限接近石墨的首次效果。
針對循環壽命短的問題，我們采用了人工S壓成、導電網絡、構建，極片工藝和電解液優化，實現了高硅體系循環壽命做到500以上。
這是18650高容量、低延性的產品技術路線。這是我第二次上臺演講，2021年我們發布了18650-3500mAh，通過一年的試運營工藝非常成熟，現在已經大批量供貨。
今年首次3800毫安時的已經下線。4000毫安時的也研發成功了，循環壽命沒有到設計中那么完美。
4680，這方面我們是后來者，這些年遇到了一些財務狀況，研發投入相對比較少，得到了一些也的朋友，尤其是抖音上粉絲的支持，這是最開心的事情。本來產品開發周期要半年，開模費就要花300萬，我抖音上的粉絲免費送給我了30套蓋我非常開心。
今年4月22日第一顆4680的電芯已經下線，容量是第一個25安時811+石墨體系，支持5C快充。
如果我們18650、38P的材料體系嫁接到鋁殼版本的4680就可以做到38毫安時，能量密度超過340Wh/kg，這是我們實際做出來的4680電芯。
4680立項有一個小故事，有一天找邵總，他問我要不要做4680，我說做吧，沒錢沒人也得干。我們在2021年11月11日，那天我說今天是好日子今天里立項，邵總就快樂的簽字。
這是我們做的實際在過程中的實例，我們做的方案和其他家有一些差別，我們先做的是多極耳的工藝，多極耳也有多極耳的好處和劣勢，好處是和現有的設備兼容性很強，幾乎可以無縫替換。劣勢就是電阻稍微會高一點，其他的目前還沒有發現致命的缺陷。這個是鋼殼版本的4680，更適合用于汽車上面，因為汽車要抗沖擊、抗撞擊。但鋼殼版本結構比較復雜，重量、能量密度很難得到提升。我們做的極限，也只能35安時，就是320Wh/kg左右的能量密度，用在車上面會比較合適。
目前鋼殼版本的4680剛剛起步，現在要樣品沒有，但是鋁殼版本可以隨時提供。
這是這么多年研發積累的，包括PCD使用新型和發明專利一共137項，材料包括裝備、電芯、PACK、啟動電池這些方面。
小圓柱方面為什么多數人選擇三元？根本原因是一節三元18650等于兩節磷酸鐵鋰電池的電量。從正極材料來講，磷酸鐵鋰正極片1.67元，三元是6.4元，這局勢三元完敗。負極來講磷酸鐵鋰也是。但是，我們無法忽視的一個現實就是其他的固定費用，我們對小圓柱來講需要兩套殼子、兩套蓋、兩套銅箔、鋁箔、隔膜、電解液、墊片熱縮膜、房租、水電、人工、設備全部要兩倍，需要更多的資源。這樣統計下來之后，發現成本已經無限接近。
磷酸鐵鋰的單體電壓只有3.2伏，三元3.6伏，一個需要13串，一個需要16串，意味著三在PACK方面占了便宜。
回收價值方面，18650三元的電池從汽車上拆下來，三五年之后下來還要值5、6元，如果鐵鋰電沒有那么幸運可能1、2元。這也是猛獅這么多年來做小圓柱18650，基本上工藝路線沒變過，一直沿著高鎳這條路線往下走的原因。
下面匯報一下38P的技術特點及應用領域。
正極隨著Ni含量的增高，材料的熱穩定性下降，容易發生鋰鎳陽離子混排，引起循環容量保持率下降；通過在結構中摻雜新元素、連續法+間歇法摻混、不同濃度梯度的鎳含量、包覆等措施，提高材料穩定性，確保電池安全及循環良好。
三元也可以做的很安全，它安全的前提是你要把前面的工作做好，首先這里有一個濃度梯度和殼前驅體技術通過微米級微觀結構設計，在不改變材料的金屬總組成前提下，使材料內部元素成連續變化的濃度梯度分布，材料由內部至外表面鎳含量逐步降低。
也就是說我的正極材料里最核心的地方，可能鎳是百分之百，但是外面反而是111甚至523，但平均起來是88%、85%，這個難度系數比較大。
另外還有結構中攙雜新元素，像攙雜鎢、鎂等，另外就是連續法和間歇法摻混，連續法做出來的材料它的力度分布比較廣泛，間歇法做出來力度比較均勻，通過這種方式進行摻混可以提高材料的壓實密度。材料的壓實密度高了之后我們的裝填量也會高一些，容量也會高一些。
高鎳材料在應用中會存在以下問題：
碳酸鋰、氫氧化鋰，殘堿含量較高，對水分高度敏感，漿料加工困難，正極粉料經過多次水洗及烘干、嚴苛的外圍環境濕度控制（濕度可以之在10%以內）+全管道密封輸送+擠壓涂布（減少漿料暴露面積和時間）+選用適合高鎳體系的改性PVDF粘接劑+降堿添加劑+在線攪拌等措施，實現了漿料長時間靜置不結凍、不沉降、極片涂布后粘接牢固及表面光滑、輥壓后不脆斷等技術突破。
這些東西看起來真的很簡單，實際做起來超級痛苦，心理壓力很大，下面展示一下失敗的案例。
左邊這個就是龜苓膏，失敗了很多次，右邊是我們涂布時表面有很多粗澀、不光滑的，還有拉絲、拉條那些。高鎳的材料非常難做，在這步可能就有50%的設計師停留在這一步。
正極補鋰，你要想做高容量，正極的克容量不夠用那就只有補，正極的首效一般是94%，我們要補6%進去，我們有幾種補鋰的添加劑，包括這種但不限于這種，這種是富鋰的鋰鎳氧。它的克容量可以發揮到686，3.5伏以上釋放出鋰離子，可以做三元補鋰的材料。
第二種，富鐵酸鋰的容量可以達到867，充電范圍是3.5—4.5伏。負極硅碳也是業內的老大難的問題，采用循環性能優異的人造石墨進行摻混，還要有好的黏合劑，以及對電解液進行優化。
硅基材料的預鋰，這些是跟上游廠家進行聯合開發做的。這個是鋰離子的微觀運動，右手邊是容積化的鋰離子。花綠的是SEI膜，左邊是鋰離子，大家可以去一些門戶網站搜索一下就可以看到。
猛獅科技的38P最大的優勢就是非常安全，這種電池是超過國標的，我們可以100%通過重物沖擊，其他常規測試都可以通過。這款電芯支持9安的持續發電流放電，支持2C快充。這個是高低溫放電性能，低溫80%，高溫95%，壽命是500次。
這是不同倍率下的溫度曲線，可以看到3C的會稍微高一些，2.5C表面溫度是70度左右。應用范圍基本上現在高端3500能用的都可以用這個替代，這款不是低成本的產品，適合高端的客戶。
2600的提升30%以上的能量密度，同樣的電量可以減重30%。這是我們通過的認證。目前38P的UL認證正在送檢，通過概率比較高。這是我們部分合作客戶，包括寶馬、摩托、哈雷、中國鐵塔、林海集團、沃爾沃等。
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