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科技自立自强 | 科学严谨 乐观积极——记万向123低成本储能电解液开发历程
发布时间:2022-12-20

来源:万向集团公司公众号

 

科技自立自强

习近平总书记在党的二十大报告中指出,“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力,深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,开辟新赛道,不断塑造发展新动能新优势。”强调要加快建设科技强国,加快实现高水平科技自立自强,坚决打赢关键核心技术攻坚战,增强自主创新能力。

科技是社会发展的源动力。万向在发展过程中,高度重视科技,牢固树立起“科学技术是第一生产力”的坚定信念,加大科研投入,并结合实际,把科学技术运用、推广到企业经营之中,实现产业升级,依靠“技术制胜”,走到领先企业的行列。

“科技自立自强”栏目,讲述万向人科技攻关故事,介绍万向科技硬核实力,鼓舞更多人参与发明、革新的创造性活动,实现企业技术水平的飞跃,不断塑造发展新动能、新优势,为建设科技强国、制造强国贡献万向力量。

 

随着全球能源问题持续紧张,能量存储的载体储能电池受到越来越多的关注。降低电池成本、提升电池循环寿命,成为重点攻克的难关。万向123电解液项目组与储能电芯开发组通力合作,历经一年多的研发与探索,取得了显著成果。

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刻苦钻研 迎难而上

“没有解决不了的困难,既然有风险,就用试验和数据来说话。”

 

项目成立初期,小组成员们通过分解锂离子电池的BOM表,发现电解液的成本占锂离子电池总成本的10%-20%。目前,公司在储能项目上使用的电解液为A电解液,该款电解液加有大量高成本的六氟磷酸锂,导致其成本居高不下。近几年六氟磷酸锂的价格飞速上升,据报道,2019年初六氟磷酸锂的价格为7万元/吨,截止到2021年年底,其价格飞涨至最高峰40万元/吨。因此,降低电解液成本的任务迫在眉睫。

该项目重点攻克的难关在于,既要降低电池成本,又要提升电池循环寿命,找到二者的平衡并不是件易事。起初,小组成员们多方研讨,得出一致结论:降本的最高效方法是降低电解液中的六氟磷酸锂含量。但是,这一措施存在恶化循环寿命的风险。二项重要需求的天平出现了倾斜,但研发人员就是要和问题“死磕”,深厚的专业素养和扎实的理论基础让他们坚信,没有解决不了的困难,既然有风险,就用试验和数据来说话。

为此,电解液项目组与储能电芯开发组通力合作,以验证六氟磷酸锂含量对锂离子电池寿命的影响。电解液项目组负责电解液方案的设计及在小软包电芯上的验证,储能电芯开发组负责在量产电芯上验证六氟磷酸锂对循环寿命的影响。

任务传达到位,电解质项目组的成员就迅速投入到工作之中。从方案设计到供应商对接,从观察实验到分析数据,小组成员整日忙碌,奔波于办公室和实验室之间。办公桌上堆叠着厚厚的一沓沓参考资料,会议室里大家讨论着最新的解决方案,钟表的时针转了两圈,讨论的气氛依然热烈。通过大量的数据分析,小组发现,当六氟磷酸锂的含量控制在一定的范围时,其对锂离子电池的寿命无明显的负面影响。

 

砥砺奋进 越挫越勇

“失败后再重新尝试,这正是研发工作的日常。”

 

第一阶段的奋战,终于取得了初步成果。然而,“天平”才刚刚恢复平稳,研究中又遇到了新的挑战。最新的试验表明,较低的六氟磷酸锂会恶化电芯在低温下的功率性能。项目研发的特点就是如此,涉及到的环节和因素众多,设想的方案和试验结果也往往会有差距。一项创新举措的背后是研发人员日以继夜的辛劳和千万次试错的结果。挫败感是有的,但科研精神就是遇挫不馁、越战越勇。面对新难题,大家并没有惊慌失措,丰富的项目经验和扎实的专业储备让他们明白,储能电池对于低温功能性能的要求并不会太高,只要大家团结一心,潜心钻研,这一问题是一定可以解决的。

为了改善低温功率性能并且满足降本的需要,研发人员开始对电解液方案进行进一步优化。储能电芯开发组与电解液项目组一致决定采用低粘度、低熔点、高介电常数的溶剂组合方案来优化低温功率性能,他们选择测试周期较短的小软包电芯来评价溶剂方案。

虽然已有了初步的研发成果,但新阶段的工作依然充满着很多挑战和意外。电解液的性质比较敏感,对于水分、存储环境、存储时长要求都很高;试验过程中有许多人工的工艺环节,一个操作不当会影响到结论数据,这需要小组成员高度的严谨和细心。

在一次试验中,为了测试新配方的电解液,电解液开发工程师付敏设计了电芯方案,但在试验中发现粘接剂强度不够。为此,他前去咨询专业领域的工程师讨教方法,刚申请来强度高的粘接剂,固含又出现了问题,导致无法进行下一步工艺。为了试验顺利进行,他加班重新设计电芯方案,经过半个月的努力终于成功……像这样失败后再重新尝试的例子不胜枚举,换言之,这正是研发工作的日常和意义所在,而不管遇到什么,研发人员总有智慧和决心将它解决。

 

有志竟成 步履不停

“秉持科学严谨、乐观积极的态度,为万向的技术发展贡献力量。”

小组成员们数月的付出没有白费,通过对比不同溶剂方案,终于得到了较优的组合方式。该溶剂方案不仅优化了低温功率,而且进一步降低了成本,同时未恶化循环。储能电芯开发组进一步在量产电芯上验证不同含量添加剂对锂离子电池循环性能的影响。

通过对比含不同添加剂组分的电解液,项目组发现其中一款电解液相对A电解液对量产电芯的循环寿命提升明显,两者的高温储存性能接近,成本相较于A电解液则降低了5%。目前,该电解液已经申请了量产流程,准备替代产线的A电解液。在同样的开发思路指导下,电解液开发组与储能电芯开发组继续合作,进一步降低了新型电解液的成本——降低了15%,并提升了循环寿命,同样未恶化存储寿命。目前目前该电解液配方正在进行中试评估,为量产验证做准备。一年多的辛劳付出终于看到了喜人的成果,但高兴之余,他们没有停止手头的工作,继续投身到了新阶段的研发工作中。

低成本电解液的开发项目任务重,难度大,是公司的重点项目之一。虽然历经曲折,但现阶段结果令人欣喜。基础研发部门负责人苏敏博士感慨良多:“在低成本储能电解液项目开发过程中,每个人都有较硬的抗压能力和强烈的协作精神,大家通力合作,遇到问题不抱怨、不放弃,经常加班从数据中找症结,抓住每一个细节,发挥科研人员科学严谨的工匠精神。我经常跟我们队伍的伙伴们说,开发过程中不要担心问题多,量产导入前暴露出来的问题越多,后面使用过程中出现的问题就会越少,每一个失败的实验设计都是我们宝贵的教训和经验,办法总比困难多。接下来,我们会秉持科学严谨、乐观积极的态度,继续努力工作,为万向的创新技术发展贡献出自己的力量。”

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