啟停電池對(duì)于電芯來說，它的基本要求就是電芯具有較高的倍率、較寬的溫度范圍和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。目前市面上90%啟停電池都是被鉛酸電池所占據(jù)，但是鉛酸電池目前還存在一些問題，如環(huán)境不友好、低溫放電性能差、能量密度偏低、循環(huán)壽命差等。

　　作為鉛酸電池的替代者，鋰離子電池也面臨著一些挑戰(zhàn)，如高倍率充放電性能、安全性和成本問題。市面上鋰離子電池負(fù)極基本上是以石墨為主，然而石墨負(fù)極存在幾個(gè)問題，首先就是石墨的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)比較低，所以導(dǎo)致石墨負(fù)極鋰離子產(chǎn)品倍率性能不是特別理想;

　　二是循環(huán)壽命，石墨負(fù)極在脫嵌鋰的過程中會(huì)發(fā)生一定的體積膨脹，一般在10%左右，同時(shí)石墨負(fù)極在表面形成的SEI膜在充放電過程中是一個(gè)不斷消耗和修復(fù)的動(dòng)態(tài)變化過程，所以說使用石墨負(fù)極的電池的循環(huán)容量衰減問題還有待克服;

　　三是安全考慮，石墨負(fù)極脫嵌電位平臺(tái)在0.1—0.15V左右，很容易在低溫或大倍率下形成鋰析出，導(dǎo)致安全事故，另一點(diǎn)就是嵌鋰態(tài)石墨負(fù)極本身就是活性非常高的物質(zhì)，在電池發(fā)生熱失控的時(shí)候它本身具有很高的不安全因素。

　　作為石墨負(fù)極的一個(gè)替代品，鈦酸鋰負(fù)極有以下優(yōu)點(diǎn)，一是較高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，目前來說根據(jù)鈦酸鋰的不同合成方法可以做到鋰離子擴(kuò)散系數(shù)10-7至10-9，從而保證了鈦酸鋰這個(gè)材料的高倍率性能;

　　二是鈦酸鋰具有超長(zhǎng)的循環(huán)壽命，由于鈦酸鋰材料在脫嵌鋰的過程當(dāng)中晶格的尺寸變化非常小，被譽(yù)為是零應(yīng)變材料，所以循環(huán)壽命非常長(zhǎng);

　　三是安全性方面，鈦酸鋰對(duì)鋰的脫嵌電位1.55V左右，在充放電和低溫下很難形成鋰枝晶，鈦酸鋰本身來說也是比較穩(wěn)定的物質(zhì)，在安全方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

　　超威創(chuàng)元在鈦酸鋰基啟停電池設(shè)計(jì)方面首先從材料體系進(jìn)行選擇，在材料方面主要是選擇小粒徑的鈦酸鋰，通過合理的包覆和摻雜改性，以提高鈦酸鋰的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)電性為主要目的，并且解決它在電芯制成過程中的加工問題。

　　在電解液和多孔薄膜方面，我們也做了一定的優(yōu)選，選擇高孔隙率并具有高強(qiáng)度的隔膜，電解液綜合考慮了鋰離子在常溫和低溫下的傳導(dǎo)速率。

　　在啟停電池的測(cè)試方面，超威創(chuàng)元的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是基于VDA標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)31484-6來建立的，在一些關(guān)鍵性的指標(biāo)方面我們企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是嚴(yán)于VDA標(biāo)準(zhǔn)的，比如說低溫性能和循環(huán)壽命，安全測(cè)試上參照國標(biāo)來進(jìn)行。

　　在電芯開發(fā)的同時(shí)我們也對(duì)電芯進(jìn)行了熱仿真模型分析，與中科院研究所合作，這個(gè)只是合作項(xiàng)目的一個(gè)部分，從初步的建模分析來看，受鈦酸鋰材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)、電導(dǎo)率、比熱能、密度、比表面積、粒徑等諸多因素的影響，電芯在7C倍率放電結(jié)束的時(shí)候溫度場(chǎng)分布還是比較穩(wěn)定的，內(nèi)部溫度級(jí)差小于4℃，同時(shí)7C放電最大溫升都小于7℃，這和我們實(shí)際的測(cè)試結(jié)果比較接近。

　　我們電芯的容量是20Ah，在零下20℃條件下可以放出75.6%的容量，零下30℃的時(shí)候可以放出70%的容量，11C充電可以充入97%的容量，7C放電容量保持率為88%。常溫存儲(chǔ)，28天之后荷電保持率在97.7%。1C充放循環(huán)8000次，容量保持率為98.5%。3C充放6000次，容量保持率為91%。

　　在電芯安全性測(cè)試方面，我們嚴(yán)格按照GB/T31485來測(cè)試，此外，我們還增加了一些更加嚴(yán)格的測(cè)試項(xiàng)目，如180°彎折、150℃熱箱實(shí)驗(yàn)、火燒實(shí)驗(yàn)。對(duì)于電芯的低溫啟動(dòng)，VDA標(biāo)準(zhǔn)國家是零下18℃，11C放電10s，要求末端放電電壓為大于1.2V，我們采用的標(biāo)準(zhǔn)是零下20℃，11C放電10s，同樣是要求末端放電電壓大于1.2V。

　　我們截取了兩個(gè)數(shù)據(jù)，就是80%SOC和100%SOC的低溫啟動(dòng)測(cè)試，80%SOC零下20℃放電末端電壓為1.38V，100%SOC末端放電電壓為1.54V。我們依照VDA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了循環(huán)測(cè)試，測(cè)試了50%和17.5%DOD循環(huán)測(cè)試，50%的DOD循環(huán)測(cè)試方法就是3C充放，充放電容量為11Ah，充放電區(qū)間是50%—100%SOC，循環(huán)截止條件就是當(dāng)末端放電電壓低于1.5V的時(shí)候就算是循環(huán)終止。

　　我們測(cè)試了1500周循環(huán)，電池的末端電壓大約下降了19mV，還保持在2.3V以上的末端放電電壓。對(duì)于17.5%DOD循環(huán)同樣是3C充放，充放電容量是3.85Ah，同樣是以末端電壓達(dá)到1.5V的時(shí)候算是循環(huán)終止，目前為止進(jìn)行了2500次循環(huán)，末端電壓大約下降了13mV，可以說表現(xiàn)的容量衰減非常小。

　　這里再強(qiáng)調(diào)一下，我們的鈦酸鋰電池具有高的倍率性能，其中一個(gè)主要原因就是內(nèi)存比較小，交流內(nèi)阻在0.6mΩ左右，11C充電容量保持率為97%，低溫啟停測(cè)試，零下20℃@11C放電30s的時(shí)候末端電壓大于1.5伏，零下20℃@1C放電容量保持在72%。

　　在安全性測(cè)試方面，除了依照國標(biāo)GB/T31485的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試之外，我們還增加了一些更為嚴(yán)格的測(cè)試項(xiàng)目，如150℃的熱箱存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)、180°的彎折實(shí)驗(yàn)及火燒實(shí)驗(yàn)。

　　我們也做了極端劣化的實(shí)驗(yàn)，火燒試驗(yàn)，火焰溫度在600—700℃之間，在燃燒初期不可避免地出現(xiàn)隔膜和電解液的助燃情況，火焰有一個(gè)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是在增長(zhǎng)的瞬間我們把電芯拿掉以后火焰馬上就熄滅了，表明電芯本身除了電解液和隔膜外，其他物質(zhì)是不助燃的，電芯本身的其他主要材料的安全性還是非常好的。今后我們對(duì)電芯的安全性改進(jìn)方面也將主要集中在電解液和隔膜方面，以實(shí)現(xiàn)完全不可燃的起停電池開發(fā)。

　　我們很多工作兼顧了啟停電池和HEV電芯開發(fā)，對(duì)于鈦酸鋰基電池的其他測(cè)試項(xiàng)目也進(jìn)行了很多，這里就不一一講述了。

　　最后做一個(gè)總結(jié)，鈦酸鋰基起停電池具有超長(zhǎng)的壽命，大于1萬次。我們超威創(chuàng)元的啟停電芯通過了150℃熱箱存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)和180°彎折實(shí)驗(yàn)，表明它有非常好的安全性，后續(xù)還有一定的改進(jìn)空間，主要是電解液和隔膜方面，以實(shí)現(xiàn)完全不燃燒的啟停電池開發(fā)。電芯本身具有超高的功率性能，在11C充電的情況下可以充97%的容量。