李荐 博士谈电容型锂离子电池应用

朝阳立塬新能源有限公司  李荐博士

受到能源与环保的双重压力，新能源受到世界范围的广泛重视，电动汽车作为新能源的典型代表尤其如此。然而作为电动汽车不可缺少的储能电池已成为限制电动汽车发展的重要瓶颈。我国以及世界各国都把高性能动力电池的研发作为新能源发展的重要课题。

高容量、大功率、长寿命、安全环保一直都是新能源领域动力电池追求的重要方向。锂离子电池具有能量密度高的优势，是电动汽车的首选储能器件，但仍存在功率密度较低、低温特性较差、循环寿命仍有待提高等问题。

超级电容器是一种依靠双电层原理工作的储能器件，具有功率密度高、温度特性好、寿命长等优势，但与锂离子电池相比，其能量密度较低，只有锂离子电池的大约5%，无法满足电动汽车对动力电池能量密度的要求。

如何克服锂离子电池和超级电容器各自性能缺陷，将其优势互补，是电池领域众多研究者孜孜不倦追求的目标。

立塬公司技术团队从1998开始进行超级电容器和锂离子电池方面相关研究， 2004年着手开展混合超级电容电池（也称为混合电容电池，包括电容型锂离子电池）方面的研究，经长期不懈努力，在理论上、技术上奠定了坚实基础；2009年立塬公司开始进行电容型锂离子电池的产业化研究与产品试制，并且承担了辽宁省“有机体系混合超级电容电池（动力电池）研发与产业化”项目。立塬公司将超级电容器双电层原理与锂离子电池嵌入脱嵌原理相结合，以大幅度提升锂离子电池的功率特性、温度特性、循环寿命等关键指标为目的，开展了本项目研究。
 
通过大量的电极材料体系研究、电解液配方设计、电池结构设计等试验研究、优化、分析测试，2010年终于开发成功将超级电容器与锂离子电池融合在一起同时具有两者优势的电容型锂离子电池，并掌握了其产业化技术、实现批量生产；在研究及产业化过程中，立塬公司技术团队进行了大量的研发创新，申报国家专利35项，已授权27项，其中核心发明专利《一种混合超级电容电池》、《低内阻储能器件及其制造方法》已经获得授权。

成立于2009年5月的朝阳立塬新能源有限公司（以下简称立塬公司），已发展成为集研发、生产、销售超级电容器为一体的高科技企业，也是辽宁（朝阳）新能源电器（超级电容器）产业集群的龙头企业。

2012第十届国际电池技术交流会/展览会于6月20日～22日在深圳会展中心举办，立塬公司参加了本次展会。在展会现场，华人电池网记者特别联系了立塬公司技术总监李荐博士，探寻朝阳立塬在超级电容器研发和产业化项目市场化的一些思路。

记者：2009年末，世界上第一只大型混合超级电容电池产品在立塬公司下线，填补了大型混合超级电容电池产品的国际空白，而且混合超级电容电池技术的研发已走在世界的前列。立塬公司混合超级电容电池产品具有哪些特点？

立塬技术总监李荐：

首先，我想谈一下关于这种产品的名称问题，混合超级电容电池是在科技成果鉴定之前我们使用的名称，科技成果鉴定完成后，根据专家的建议正式更名为“电容型锂离子电池”。

要了解电容型锂离子电池的特点，首先要清晰的理解电容型锂离子电池的基本原理。立塬公司研发的电容型锂离子电池是将锂离子电池的电极材料与超级电容器的电极材料相融合，同时优化电解液配方、改进电池结构设计而研发成功的一种新型储能器件；它将超级电容器双电层物理储能原理与锂离子电池的嵌入脱嵌化学储能原理有机结合，实现了超级电容器的高功率、高循环寿命以及优异的温度特性、安全性能与锂离子电池的高能量特性的优势互补。因此，我们的电容型锂离子电池的主要性能特点是：功率高（2000w/kg以上）、容量大（达到120wh/kg）、寿命长（5000次以上）、温度特性好（－30℃容量保持70%以上，并且可以承受70℃的高温工况）。

2012年1月，电容型锂离子电池产品通过了辽宁省科技厅和经信委共同主持的科技成果鉴定。由杨裕生、顾国彪两位院士和国家“863”计划动力电池检测中心王子冬主任等11位专家组成的鉴定委员会一致认为：“该项成果具有自主创新性，在能量密度和功率密度同时保持较高水平的情况下，循环寿命和低温性能达到同类产品的国际先进、国内领先水平”

记者：我们知道，立塬公司产品的重点发展方向是完成低成本大容量电容型锂离子电池产业化项目，那么贵公司如何能在抓好重点发展方向的同时实现多类型、多品种的产业化发展呢？ 

立塬技术总监李荐：

立塬公司目前产品有超级电容器(1～6000F)和电容型锂离子电池（1～200Ah）两大类。其中电容型锂离子针对不同的应用领域，型号有多种，例如用于轻型电动自行车、电动摩托车的10Ah和20Ah产品，用于电动汽车及特种车辆的40Ah、60Ah、100Ah产品，以及应用于储能的高能量电池及传统汽车启动的20Ah高功率电池产品。

下一步我们将进一步根据市场需求，开发更大品种的单体及组件产品，并将针对重点产品型号，建设专门的生产线进行单一规格产品的规模化生产，如10Ah、20Ah、50Ah、100Ah等规格产品，以进一步提高产品质量、效率，并降低成本。

记者：朝阳立塬新能源有限公司在中国大陆、港澳台、全球均有市场，未来主要的市场目标和方向是什么呢？这样的市场发展蓝图的构造来源于怎么一种企业发展理念？
 
立塬技术总监李荐：

电容型锂离子电池是目前为止综合性能最优、性价比最高的清洁能源电池，是普通锂离子电池的升级换代产品。

立塬的目标市场主要针对两个方面：电动车辆领域和储能领域，并且定位于中、高端市场。目前，立塬公司的电容型锂离子电池产品已获得众多用户的认可，包括美国、韩国、意大利、德国、印度、俄罗斯、荷兰、台湾等在内的21个国家和地区120多家用户与立塬公司签订了购货协议和合作意向，意向订单达到8.85亿元。

立塬发展的理念是：立足新能源，树立大品牌，主打高端市场，迅速做大做强。
 
记者：就电池充、放电循环使用而言，立塬公司的产品循环3000次，电容量依然是89.94%。而目前我国大部分在201所做过认证的锂电池厂家的产品均只做到500次循环，很多厂家的产品的电容量都已衰减到90%左右，最高不超过95%。立塬公司产品的先进性，使国产动力电池性能有了很大提升。立塬与国内其他同行业企业的差距点在哪里？对新能源企业发展有什么建议？
 
立塬技术总监李荐：

北方汽车质量监督检验所（北京201所）为国家863计划动力电池权威检测机构，也是行业中被广泛认可的动力电池权威检测机构。立塬公司已有18Ah、40Ah、45Ah、60Ah四种规格的电容型锂离子电池产品通过北京201所的检测认证，结果表明，立塬的电容型锂离子电池各项性能指标都显著优于国家标准（QC/T743-2006），锂离子电池检测采用的寿命测试标准是0.3C充电0.5C放电的相对小电流，而立塬电容型锂离子电池循环寿命委托检测采用的标准是前500次2C充放，后2500次1C充2C放的大电流，测试条件严格于国家检测标准的4倍，而且在此种严格的条件下循环3000次后容量仍保持89.94％，如果按照标准电流进行充放电测试的话，寿命将达到6000次以上，这是普通锂离子电池无法达到的。

立塬的这种电池是将超级电容器和锂离子电池两种优势相结合而形成的一种新型储能器件－电容型锂离子电池，与普通锂离子电池相比，其优势主要表现在：功率大、寿命长、温度特性好等方面。这种将器件或材料的优势相结合来研发新型储能器件的方法属于一种集成创新，新能源企业应在这方面加强研发投入，才能不断提升产品性能。

记者：由于石油资源日趋短缺，燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重，（尤其是在大、中城市），人们都在研究替代内燃机的新型能源装置。目前，国内主要有10余家企业在进行超级电容器的研发。面对竞争的研发企业单位，立塬公司有什么技术创新方针对策？
 
立塬技术总监李荐：

目前城市的污染60％以上来源于汽车尾气，加上石油资源的日益短缺，发展新能源已成为世界各国广泛关注的重要课题。以电动汽车为代表的新能源汽车更是受到广泛重视。目前电动汽车发展的瓶颈主要在于储能电池发展还不够完善，如电池的功率特性、寿命、温度特性、价格等还不能完全满足电动汽车的需求。立塬通过多年研发，取得了电容型锂离子电池的成功，其性能比传统锂离子电池有了较大的进步，以研发高功率、大容量、长寿命、宽温度范围动力电池的方向符合国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划》（2012-2020）以及国家科技部制订的我国《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》。

立塬公司除了有自己的研发团队外，还与在超级电容器、锂离子电池研究方面处于国内领先水平的中南大学、中国人民解放军防化研究院建立了紧密的产、学、研合作关系；在中南大学设有“储能材料与器件联合研究所”，承建了由辽宁省、朝阳市共同投资3000万元成立的“朝阳新能源电器产业集群公共研发平台”。这些措施、条件在技术研究、人才培养、研发硬件等方面将使立塬的研发实力得到保证，并成为立塬公司的核心竞争力。

记者：网电容型锂离子电池的应用范围领域非常广泛，朝阳立塬新能源有限公司研发的电容型锂离子电池主要是应用在哪些领域呢？

立塬技术总监李荐：

立塬公司现在的装备水平已经可以满足1Ah～200Ah电容型锂离子电池的生产，并已有能量型、功率型两大类别，下一步立塬将根据市场情况，针对关键、常用型号建设专门的生产线，以满足不断增长的需求。电容型锂离子电池作为替代传统电池的新型储能器件，可广泛应用于驱动电源和储能电源两大领域，可具体细分为如下四类：

1、电动汽车、特种工程车辆、重型机械设备；
2、轻型电动车（电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、电动高尔夫球车等）；
3、人工智能、UPS；
4、风电、太阳能、潮汐发电等储能系统

记者：李博士之前是在中南大学从事材料化学方面的教学与研究工作，在研发过程中提出关于将超级电容器物理储能原理与锂离子电池化学储能原理相结合的理论基础，直到2005年终于具备了可以生产超级电容器的条件，在实验室里做出了样品，并把这项成果拿到立塬公司实现产业化化生产，您当初是怎样选择与立塬合作的呢？

立塬技术总监李荐：

我在1998年做硕士研究时开始从事超级电容器、锂离子电池方面的研究开发，当时国内超级电容器方面的各种原材料都非常奇缺，少量从国外进口的材料也非常昂贵。超级电容器对其关键材料活性炭有很高的要求：高纯度、大比表面积、中孔含量高等，我一直在寻找适合的活性炭。2003年左右朝阳森塬活性炭有限公司（李国君董事长的公司）正好在研发这种高性能活性炭产品，我们就是这样认识的；在后面多年的接触和交往中，双方逐步认可并互信，相互的理解、支持与诚信最终使我们一起合作成立了立塬公司，从而开始了深度合作。

记者：立塬公司的电容型锂离子电池下一步的产业化发展方向怎样？

立塬技术总监李荐：

立塬公司的电容型锂离子电池通过认证并进入市场以来，市场反馈情况非常不错，订单数量显著增加，立塬现在产能非常紧张。在各级政府的大力支持下，立塬已经完成占地105亩的新厂区土建工程，设备采购正在进行中，预计今年9、10月新生产线将正式投产。近几年立塬的产业化发展方向主要是：扩大产能、狠抓质量、降低成本。

记者：李工从高校的学者向企业技术专家转型，并且在立塬找到了产品产业发展的目标，企业的研发团队也在逐渐壮大，请问立塬公司在技术研发方面还会有什么样的投入和做法呢？

立塬技术总监李荐：
 
技术研发方面，立塬已经确定并正在做这样几件事情：（1）除了不断引进优秀人才外，我们还将在员工中挑选扎实、肯干、基础较好的人员，由公司出钱送到大学进一步培养，以进一步加强企业技术团队的实力；（2）建设并利用好与中南大学共建的“储能材料与器件联合研究所”以及辽宁省、朝阳市、立塬共建的 “朝阳新能源电器产业集群公共研发平台”；（3）技术上将进一步向提高器件能量密度、寿命、安全性能等方向努力。