锂离子动力电池系统产业化技术研究项目课题申请书(编辑修改稿)

锂离子动力电池系统产业化技术研究项目课题申请书(编辑修改稿)内容摘要：

检测及现场测试，使 EMC 可达到汽车电器的相关标准。 SOC 的计算通过精确测量和结合大量数据分析后的自诊断，可以达到较高的精度，但由于目前行业内没 有统一的测定方法和标准，如何测定 SOC 的精度仍是本项目的一个风险。 另外，由于本系统检测电流范围较宽，需要兼顾小电流段及大电流段，整个量程的精度是一个较大的挑战。 温度采样方面，由于温度采样点多，温度传感器的精度及成本之间的矛盾也是影响产业化的一个重要因素。 20 课题预期达到的目标、主要技术和经济指标，可获得的成果、知识产权和人才培养情况 1 所示 表 1 容量规格（ Ah） 20① 50 150 功率密度（ W/kg） ≥ 1800 ≥ 700 ≥ 500 能量密度（ Wh/kg） ≥ 65 ≥ 110 ≥ 110 最大放电倍率 30C(20s) 6C(30s) 5C(30s) 最大充电倍率 10C(10s) 4C(60s) 4C(60s) 单体电池内阻（ mΩ ） ≤ ≤ ≤ 单体电压偏差（ V） ≤ 2 单体容量偏差（％） ≤ 2 使用温度范围（ ℃ ） 25－ 60 搁置温度范围（ ℃ ） 40－ 80 荷电保持能力 （常温下搁置 28 天） ≥ 90％ SOC 估算误差（％） ② ≤ 5 安全性 ④ 通过行标 或规范要求 电池组 循环寿命 （万公 里）②③ 15 可靠性 ② 在环境相对湿度 100％条件下，动力蓄电池组能够正常工作； 满足整车行使 3 万公里型式试验的相关要求。 成本（元 /Wh） ④ ≤3 ≤2 ≤2 ① 高功率型，其余为高能量型。 ② 动力蓄电池系统。 ③ 循环 寿命里程按工况法测试或等效测试。 ④动力蓄电池系统（不含管理系统）。 ：比容量≥ 330mAh/g，振实密度≥，能量型倍率放电性能≥ 10C，功率型放电性能≥ 30C，具备 10C 以上充电接受能力，循环寿命 常温 20xx 次不低于 初始 放电 容量的 80%，安全性能满足动力蓄电池要求，成 21 本降低 20%以上。 本课题完成后每年可提供 10 万台套锂离子动力蓄电池系统所需高性能负极，并建成相关测试、检验配套系统。 ，降低生产成本，并实现规模生产。 计划达到的主要技术和经济指标为：隔膜使用温度 40℃－ 70℃，孔隙率 40%60%，隔膜厚度 1540μ m，厚度公差 177。 2μ m，闭孔温度≤ 135℃，具有优良的透气性等特性，安全性满足动力蓄电池要求。 在达到上述技术指标的同时，严格控制、降低锂离子动力蓄电池隔膜的生产成本，预计其 生产成本较现有锂离子电池隔膜下降 20%以上。 ，使 合成的磷酸铁锂材料应用于 车载 动力电池，并且具有高的 质 量比容量和体积比容量（比容量≥ 150g/cm3,振实密度≥ g/cm3,压实密度≥）； 常温 循环 20xx 次后的容量≥ 初始 容量的 80%；安全性能通过动力电池安全性能测试；倍率放电性能≥ 10C。 主要经济指标：从原材料开始首先合成高密度的磷酸铁，然后利用磷酸铁和锂源、碳原及其它掺杂改性材料一起进一步合成磷酸铁锂， 再经简化工艺；提高效力；降低能耗等控制手段，达到降低成 本的目的。 ：电压检测精度 ％，电流检测精度 ％，温度检测精度 ℃， SOC 估算精度 5%，故障间隔里程不低于 30000 公里，电磁兼容性符合汽车电器设备电磁兼容性标准，形成 2 个以上系列产品。 动力蓄电池管理系统形成与动力蓄电池配套的产品线，可满足磷酸铁锂的电池组管理的需要，并形成产业化能力推动混合动力和纯电动汽车产业的发展。 6. 20xx 年底前通过 TS16949 体系审核和认证。 可获得的成果 1. 高能量型和高功率型电池产品及其开发经验的积累。 2. 锂离子动力电 池批量生产工艺。 3. 锂离子动力电池生产工厂。 4. 在动力电池结构设计、电芯设计上申请一批国际国内专利。 5. 动力蓄电池管理系统产品。 6. 动力蓄电池管理生产工艺。 7. 动力蓄电池管理生产工厂。 8. 本课题完成后每年可提供 10 万台套锂离子动力蓄电池系统所需高性能负极，并建 22 成相关测试、检验配套系统。 预计可获得 2 3 项锂离子蓄电池高性能负极材料科研成果，并形成具有自主知识产权的产业化体系。 9. 针对磷酸铁锂材料的合成方法和产品在国内外申请一批专利。 ，并应用于动力电池和工具电池。 热致相分离法制备聚烯烃多孔膜的控制技术。 聚合物共混技术。 知识产权和人才培养 1. 造就一支具有自主创新能力的锂离子动力电池开发团队。 2. 培养一批熟悉锂离子动力电池的研发工程师、设计工程师、工艺工程师、结构工程师、设备工程师和项目管理人员。 为国家今后相关产业的发展作充 足的技术储备及人员储备。 3. 申请一批锂离子动力电池相关的结构设计、电芯设计、新技术应用方面的专利。 4. 申请一批动力蓄电池管理相关发明、新技术应用及结构专利。 5. 培养一批熟悉电池管理技术的研发工程师、设计工程师、测试工程师及项目管理人员。 6. 形成一支具有自主研发创新能力的电池管理技术开发团队。 7. 培养一批在磷酸铁锂方面具有自主研发和测试评价能力的研发、技术人员 8. 培养一批在磷酸铁锂方面懂工艺、生产和管理的高级材料制备人员。 9. 在本课题的研究过程中，可以在原材料配方及预处理工艺、混合 工艺、双向拉伸及后处理工艺设备方面申请相应专利。 通过本课题的研究，可以培养一批在聚合物共混、薄膜双向拉伸方面的工艺、设备工程师。 23 课题拟采取的研究方法，课题技术路线及其可行性分析 课题拟采取的研究方法 本课题将严格按照 TS16949 体系流程全面推进。 如图 1 所示。 制订详细的先期产品质量策划（ Advanced Product Quality Planning, APQP），制订 APQP 各个阶段的控制计划，严格按照 APQP 开展工作。 在 APQP 各个阶段完成所必须的各项文件，尤其需要在各个阶段认真做好 TS16949体系五大手册所规定的工作，如 DFMEA（ Design Failure Mode and Effects Analysis 设计失效模式和后果分析）、 PFMEA（ Process Failure Mode and Effects Analysis过程失效模式和后果分析）、 MSA（ Measurement System Analysis 测量系统分析）、 SPC（ Statistic Process Control 统计过程控制）和 PPAP（ Production Part Approval Process生产件批准程序）等。 01234确定范围0 1 2 3 4 5计划和定义产品设计和开发过程设计和开发产品和过程确认反馈、评定和纠正措施5DFM EA PFM EA MSASPCPPA PAPQ P 技术路线 锂离子动力蓄电池  正负极材料选型以及配方优化；  电解液体系和隔膜材料的选择；  电池的电性能和结构设计；  电池包体结构的设计。 24 正极材料 以亚铁盐、磷酸、氧化剂、氢氧化钠为原材料，经过一系列反应产生磷酸铁沉淀。 通过控制流量调节沉淀在反应釜内的平均滞留时间，促使沉淀颗粒长大并溢流至陈化罐进行陈化，经固液分离、洗涤、干燥得 FePO4 2H2O ， 再对含有结晶水的磷酸铁进行高温脱 水晶化，即得高密度的磷酸铁。 以磷酸铁、锂源、碳源和添加剂为主要原材料，采用高温碳热还原法，经混料、球磨、干燥、在具有气氛保护的炉内烧结、气碎、筛分，即可以得到密度高、性能优异的磷酸铁锂材料。 负极材料 本课题将按照 APQP 流程进行相关工作，重点在于 DOE、 DFMEA、 PFMEA 等过程。 可用于材料测试的手段包括 XPS、 XRD、 SEMEDS、 ICP、 TGDSC 等。 本课题拟采取两条工艺路线进行研究： 以碳为主链的聚合物为原材料的制备路线，其主要工艺路线为： 主原材料 +添加剂 —— →共混 —— →固化 —— →造粒 —— →表面处理 —— →热解 —— →后处理 —— →成品 以石墨为主要原材料对其进行改性的制备路线，其主要工艺路线为： 原材料 —— →分选 —— →球化 —— →表面处理 —— →掺杂 —— →低温包覆 —— →固化 ——→热解 —— →除杂 以上两条路线是在参考许多前辈大量工作基础上提出来的，国外按照类似路线 1 的工艺制备得到的产品容量较高，循环性能好，但还没有解决电极电位过高，电位滞后以及首次循环不可逆容量高的问题；路线 2 工艺具有成本低等特点，但要满足汽车动力电池要求的循环性能和低温性能还需要继续突破，我们将主要按照以上两 条路线进行研究，并进行改进，使材料性能达到商业化应用水平。 电池隔膜材料 本课题采用湿法工艺制备锂离子动力蓄电池隔膜 原料预处理 共混挤出 冷却 双向拉伸 25 后处理 1 后处理 2 后处理 3 收卷 分切 电池 管理 系统  电池管理系统安全、可靠性设计  电池管理系统电磁兼容性设计  电池管理系统采样精度  电池组 SOC 预测  电池组热管理 可行性分析 深厚的技术积累 早在 1998 年， 比亚迪就凭借充电电池技术领域的雄厚实力， 开始 进行 电动汽车用的大容量、高性能 动力 电池 的研发 ， 同时改装了一辆电动乘用车，作为车用动力电池的试验和评估平台， 为公司 将来涉足 汽车 动力电池 领域提前作 好了 准备。 20xx 年 ，比亚迪开发出第一款以磷酸铁锂为正极的锂离子动力电池 Fe Power，从而拉开了锂离子动力电池商业化的帏幕。 这款电池容量高达 100Ah，整包电压约 320V，搭载这款电池的 F3e 电动乘用车单次充电续驶里程超过 200km。 之后又研发出 FA60、 FA200 等多款不同型号的动力电池用于F3DM/F6DM 双模混合动力车和 e6 纯电动汽车。 锂离子动力电池在这些车型上通过了数万公里的路试验证。 这些先期的实验充分证明了锂离子电池作为电动汽车动力电池的方案是可行的。 20xx 年 3 月正式成立了动力电池事业部，专门开发锂离子动力电 池，共有研发人员 100多人。 在锂离子动力电池的研发过程中，先后向中国国家知识产权局申报发明、实用新型和外观专利 数百 件，其中有不少专利已经或正在向国外申请知识产权保护。 由此可见，在动力电池产品的研发能力上，比亚迪有雄厚的技术积累，完全有能力按时保质保量的完成该课题。 动力蓄电池管理技术方面， 20xx 年开始成立电动车项目组开始研究相关课题，并借鉴了手机电池，自行车电池管理技术，进行自主研发。 20xx 年 1 月成立电动汽车研究所，下设电源系统研究部开始，成立专门的项目组，对镍氢、锰酸锂、磷酸铁锂等电池配套开发动力蓄电 池管理系统。 20xx 年 1 月年正式成立第十四事业部，下设电源厂为公司的各种混合动力汽车及纯电动汽车配套提供动力蓄电池管理系统。 比亚迪进行负极的研发已经 5 年，具有强大的研发团队和测试中心，在多名研发工程 26 师以及测试工程师的努力下，在负极方面获得了包括负极的制备以及评估方法在内的多篇国家专利。 强大的垂直整合能力 比亚迪集中 IT 和汽车两大产业的优势，在锂离子动力电池系统的开发上具有强大的垂直整合能力。 在锂离子电池正负极材料、隔膜、电解液、结构件、电池管理系统等领域都可以自主研发和生产。 比亚迪从 1998 年开始锂离子电池开发至今，积累了大量锂离子电池配套设备的开发经验。 从配料涂 布 直至电池 Pack 组装的所有设备，比亚迪都可自主开发制造。 比亚迪制造锂离子电池设备具有灵活快速的特点，具有根据不同电池的需要在较短的时间内开发成套专用设备的能力，特别适合动力电池的研发和生产。 近年来，比亚迪又自主开发了锂离子电池的自动化 IE 产线，为动力电池生产线实现规模化和自动化的建设积累了宝贵经验 比亚迪汽车开发电动车已有 6 年多经验。 自 20xx 年以来，先后成功开发出了三辆福莱尔纯电动汽车、 EF3 电动出租车、串联式混合动力车 HybridS、四轮边电机独立驱动的电动概念车 ET、 F3e 电动乘用车、 F3DM 双模混合动力车、 F6DM 双模混合动力车和 e6纯电动力车。 这些车型为锂离子动力电池提供了最佳的验证平台，同时在整车实验也为锂离子动力电池不断改进提供了最宝贵的数据支持。 先进的动力电池检测能力 从比亚迪研发锂离子电池至今，始终把电池的品质放在第一位，在电池研发阶段和生产阶段都投入大量人力和物力进行性能和安全相关方面的测试。 在 20xx 年开始就专门成立了以测试动力电池为主的试验室，试验室采用国内和国外知名度较高的电池性能检测 设备、环境测试设备以及可靠性测试设备，此外比亚迪积累丰富的设备开发经验，能根据国际上通用的测试要求，具备在较短时间内开发适合各种型号的动力电池，并满足测试要求的设备的能力。