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2021-01-11
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2021年1月8日，国轩高科第十届科技大会暨供应商大会上，国轩210Wh/kg软包磷酸铁锂电芯正式发布，这款电芯的容量55Ah、重量830g。
国轩高科工程研究总院常务副院长徐兴无发布210Wh/kg磷酸铁锂电池
“磷酸铁锂电芯能量密度已经去年底达到210Wh/kg，今年的目标是230Wh/kg。”
2021年1月8日，国轩高科第十届科技大会暨供应商大会上，其工程研究总院常务副院长徐兴无这样说道。大会上，国轩210Wh/kg软包磷酸铁锂电芯正式发布，这款电芯的容量55Ah、重量830g。
由此，可计算出，这款电芯的能量密度为212Wh/Kg。
国轩的另一大关注焦点，便是与大众的合作情况。对此，国轩高科工程研究总院院长蔡毅表示，与大众合作方面，目前正在紧锣密鼓地进行中。
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三条路径提升电池能量密度
磷酸铁锂电池能量密度的提升，归根结底是正负极材料的克容量的提升及关键技术的进步。为了达到这一点，国轩在三个方面进行行突破。
国轩高科磷酸铁锂电池能量密度发展进程
首先，提高正极材料的克容量。众所周知，磷酸铁锂正极材料的理论克容量是170mAh/g，而2009年，实际在全电池中克容量只有不到120mAh/g，现在行业内普遍也在146mAh/g左右。可见，磷酸铁锂正极材料的克容量还有较大的提升空间。为此，国轩自主研发了高性能LFP正极材料，克容量可以达到150mAh/g 。而且，国轩高科正极材料的压实密度达到了领先的2.4g/cc，比一般水准高出0.1g/cc左右。
国轩LFP材料性能提升路线
一般来说，材料的克容量越高及压实密度越大，电池的容量就能做得越高。
其次，国轩在磷酸铁锂化学体系中首次成功地应用了硅负极材料。硅基负极材料的理论克容量可达到4200mAh/g，高出石墨负极10倍有余。这也是众多电池企业研发硅负极材料的重要原因。但是硅也有极大的缺点——膨胀率过高。硅负极充放电膨胀可达300%左右，而普通石墨仅为10%左右。
也就是说采用硅后，虽然克容量是提升了，但是循环寿命却缩短了。因此，现阶段负极很难采用纯硅，而是在负极中参入一定比例的硅。但是，硅和石墨在充电嵌锂的时候膨胀状态不一致，电芯膨胀收缩的次数多了，结构塌了，锂就没法进出了。为了通俗理解，可以将石墨和硅想象成两个颗粒，颗粒刚开始可能粘在一起，但是两者膨胀收缩比例差别较大，多次收缩膨胀后就会发生断裂，从而降低了寿命。可见，硅负极的应用难度非常高。
不过，国轩高科还是采用了一系列技术手段，使硅负极克容量和寿命取得了某种平衡，达到可以应用的状态。
第三，预锂技术大规模应用。要理解预锂技术，先要知道为何预锂化。一般来说，锂离子电池首次充电时，会造成大量锂损耗，且是不可逆的。为了保障电池的容量，就需要把损失的锂补回来一些，这种技术就是预锂，目的是补偿锂损耗，延长循环寿命，从而达到减缓衰减的作用。
从技术路径上来看，目前主流的补锂方案可以分为两大类：一是负极补锂，主要是金属锂粉，金属锂箔或锂的化合物；对于硅负极来说，由于首次充放电不可逆损失的锂太多了，所以尤其需要预锂。
预锂化技术开发了很多年，难度非常大。因为锂金属是最活泼的金属之一，空气中的微量水分，都可能引发锂金属的燃烧甚至爆炸，所以，业内对于预锂技术始终停留在实验室阶段。国轩高科自主研发的预锂化技术，突破一些关键技术障碍，使得该项技术能够真正进行大规模的生产应用，这是一个巨大的突破。
应用这三大技术后，国轩的磷酸铁锂电池已超过了常规三元523电池的水平，接近三元622的能量密度。
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JTM电池：上攻三元、下打铅酸
除了提升能量密度，国轩还致力于解决电池行业另两大痛点，成本降低难和电芯规格多及PACK适应性差的问题。针对这两大痛点，国轩推出了JTM电池。
所谓JTM，就是Jellyroll To Module，即从卷芯到模组。这就是JTM的设计思路。
传统工艺是先做成电芯，再到模组，再到pack。JTM的最大不同，是从卷芯直接到模组，再到电池包的工艺技术。也就是说省去了电芯组装这一过程。不要小看这一省略，这大为简化了制造过程，并获得了与铅酸电池相近的成本。
JTM磷酸铁锂电池和铅酸电池相比还有很多优点。首先，尺寸大为缩减，目前国轩推出的JTM磷酸铁锂电池是20Ah/12.8V，同样电量尺寸只有铅酸电池的一半（76*91*168）；其次，重量也有所下降，JTM磷酸铁锂电池重量只有1.75Kg，而铅酸电池的重量约7Kg；此外，JTM磷酸铁锂电池寿命还很长，循环寿命3000周以上，铅酸电池只有不到600周。当然，国轩的JTM电池也可以做成390、590以及其它尺寸的模组。
因为具备高度适配性，国轩高科将JTM电池称为“变形金刚式的柔性模组”。它可以比较容易地设计制造成各种尺寸的模组，以适应千变万化的电池包络。
也就是说，可以实现在一条产线上生产广泛适应的电池产品。总体来说，JTM电池可以使电池材料大幅精简，极大简化制造过程，电池性能大幅提高，综合成本显著降低，电池包络适应性大大增加。
JTM优势
徐兴无看来，磷酸铁锂电池还有可挖掘的潜力：“只要在正确的道路继续走下去，持续探索，磷酸铁锂电池的能量密度仍将被不断突破。”
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大众国轩联合项目新进展
大会期间，国轩高科工程研究总院院长蔡毅做了年度工作报告，通报了大众汽车和国轩高科的最新合作进展。
报告显示，大众国轩联合项目组团队总人数目前超过70人，其中大众派驻的专家涵盖模组设计、制造工艺、质量、测试等职能。
报告还透露，双方合作开发的MEB项目兼顾三元和铁锂两种化学体系的标准MEB模组设计，目标是预计2023年实现量产供货。（完）
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