“江南寻锂”支队实践日志
——探访远景动力集团
Part.01
预调研
远景动力位于江苏江阴，是一家全球领先的智能电池科技公司。凭借引领行业的创新技术与全球化的产业布局，远景动力获得了全球头部车企、储能集成商的高度认可，为60个国家超100万辆汽车提供动力电池产品，储能电池产品交付中国、美国、英国、澳大利亚、新加坡等20多个国家，迄今为止未发生重大安全事故。企业研发内容主要致力于动力与储能电池系统的研发、设计、制造及销售。研发了二次电池制备——改善低温性能、电池包壳体组件及电池包、圆柱电池和电池组等多项专利。
Part.02
座谈
在远景动力公司，支队成员与技术部工程师进行了深入座谈，座谈的主题是有关锂电池系统的热管理。
在座谈过程中，远景动力公司的工程师为支队成员系统介绍了锂电池热管理的有关问题。对于锂电池的热管理，需要考虑性能、寿命、热安全性等多方面的因素，其中涉及到的物理量包括容量衰减率，内阻增长率和库伦效率等。总体而言，锂电池的热管理包括冷却和加热两个方面。现阶段的加热方式主要包括加热膜加热，液冷，冷媒直热，内置加热片加热和脉冲加热（需要考虑整个加热系统的瞬时加热问题以及温升速率）。而在冷却方面，需要关注的是制冷装置四大部件：压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器。远景动力研发的主要方向是液冷。虽然也存在冷媒直冷和浸没式油冷等其他冷却方式，但综合成本和冷却效果等问题，液冷依然是最主流的锂电池冷却方式。
（下图为队员们的相关笔记整理）
提问与回答
Q1：当前远景动力公司研发的新型电池都有哪些种类？在研发过程中会遇到怎样的困难？
A1：目前本公司研发了如方壳电池等一系列动力电池等一系列电池产品，所生产的电池会供给诸如宝马这样的大型车企。同时，公司也在研发包括半固态电池和固态电池在内的新型电池。其中，固态电池的安全性较高，但在界面问题上存在很大的技术瓶颈。
Q2：作为能源产业的前辈和师兄，对于能源与动力工程系学生的方向选择有何建议？
A2：就新能源产业来说，当前光伏的市场已经饱和，每年的产值还在增长但人才过饱和。锂电池领域就是一个很好的研究方向，还有很多值得探索的领域和空间。
Q3：接到一个项目/产品要求后是如何进行设计制作的？
A3：客户提出项目要求后，要求会被相关人员拆分成很多小部分，分别交给不同部门完成，完成后有相应部门进行整合，经不断地测试调整直至项目完成。在面临创新问题时，企业研发人员需要阅读大量的文献，并且结合已有的成果进行研发，提出多项解决方案后优化选择出最优方案。
Q4：锂电池未来前景如何？
A4：锂电池储能仍是储能技术很重要的一个方式，在过去的几年里发展迅速并且每年的产值都维持较高水准。但能源行业目前正处于一个发展的阶段，未来是不可确定的，最近锂电池行业进入了一个平台期，但未来前景仍值得期待。目前风冷和液冷的锂电池热管理已经相对成熟，浸没式热管理等新方法也正在研究阶段，期待未来可以投产。
Part.03
成果总结
锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。锂离子电池具有动态响应速度快、电压特性稳定、高能量密度、高循环效率、充放电速度快、无记忆效应、自放电速率小等优点，是目前发展最快的新型储能技术，在电动汽车和移动电子设备中得到广泛应用。关于锂电池储能的研究侧重于新型电极材料和电解质开发、结构设计优化等方面，以降低电池成本、提高能量和功率密度、提高循环使用次数、延长寿命以及增强安全性为目标。
锂电池基本构型
锂电池的基本构型主要由以下几个部分组成：
正极材料：主要包括钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、镍钴锰三元材料（NCM）和磷酸铁锂（LiFePO4）等，目前市场应用以三元锂和磷酸铁锂材料为主。
负极材料：通常是石墨类碳材料，硅基材料也是一种极具潜力的新型材料。
电解液：在电池内部传递离子的介质，由锂盐、溶剂和功能性添加剂组成，锂盐基本使用六氟磷酸锂（LiPF6），有机溶剂主要选用碳酸酯，添加剂主要用于在形成具有高离子导电性的电极-电解质界面。
隔膜：隔离电池正负两极的绝缘材料，防止电池内短路，Li+可以通过隔膜在两极之间移动，目前主要使用聚烯烃材料。
封装壳体：一般采用铝塑膜或金属外壳，用于保护内部结构。
锂电池分类
锂电池可以根据不同的标准进行分类，主要包括以下几种方式：
按形状分类：分为圆柱形、方形和软包电池。圆柱形电池的典型代表为18650型，方形电池和软包电池则常用于电动汽车和高能量密度设备。
按电解质状态分类：分为液态锂电池、固态锂电池和半固态锂电池。固态锂电池因其高安全性和高能量密度，成为未来的发展方向之一。
按正极材料分类：分为一元锂电池（ LiCoO2、LiNiO2）、二元锂电池（LiCoxNi1−xO2、LiCoxMn1−xO2）、三元锂电池（LiNixMnyCo1−x−yO2(NCM)和LiNixCoyAl1-x-yO2（NCA））和磷酸铁锂电池（LiFePO4）。
锂电池热管理系统
安全性是阻碍锂离子电池在进一步发展的关键问题，而热失控是锂离子电池安全研究中的关键挑战。电池内部热管理主要基于电池内部组件的改性策略，主要包括（1）正负极材料改性，减少电极产热和提高材料热稳定性；（2）电解液体系优化，引入阻燃添加剂、过充电保护添加剂和高热稳定性新型锂盐，以及开发离子液体、聚合物电解质、固体电解质等创新电解质体系；（3）隔膜改性，提高隔膜热稳定性和增加阻燃功能性隔膜等。
电池外部热管理集中于电池产热后的散热策略，主要有空气冷却、液体冷却和相变材料冷却。空气冷却由于冷却效率低和空间利用率低等特点，难以应用于高度集成的电池模组的热管理系统；液冷技术需重点关注液冷板结构和运行参数优化、高性能冷却液开发和主被动式结合的综合热管理，以获得更好的冷却效果和温度均匀性；单一相变材料冷却技术难点在于相变材料吸收热量的释放过程。因而结合相变材料的液冷技术具有重要研究和应用价值，相变材料通常以嵌入、包覆和缠绕等与液冷技术耦合形成复合热管理系统。
文案丨郭锐蕾 黄兆屹 耿其然
图片丨耿其然 黄兆屹
排版丨程淼
审核丨卓昱杭 张扬
