8月11-13日,以“冬芽“為主題的第12屆中國(guó)汽車(chē)藍(lán)皮書(shū)論壇在武漢舉行。為期3天的會(huì)議期間,眾多重量級(jí)汽車(chē)行業(yè)人士圍繞著23個(gè)討論議題進(jìn)行演講與對(duì)話。
現(xiàn)場(chǎng),蜂巢能源總裁楊紅新對(duì)動(dòng)力
電池格局和未來(lái)技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了分析。他表示,疊片工藝和低鈷和無(wú)鈷已經(jīng)成為了
電池發(fā)展的趨勢(shì)。
在他看來(lái),鈷的儲(chǔ)量小且集中,只有710萬(wàn)噸并把控有限的幾家制造生產(chǎn),特別容易被操控。“鈷這個(gè)問(wèn)題不消除,不符合未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。”
同時(shí)無(wú)鈷內(nèi)阻偏高,“如果把疊片技術(shù)用上,可以再降低它5%的內(nèi)阻,所以疊片加無(wú)鈷這兩種技術(shù)的結(jié)合,既可以發(fā)揮無(wú)鈷的優(yōu)勢(shì),又能解決無(wú)鈷的痛點(diǎn)。”
“疊片和無(wú)鈷,一個(gè)是工藝制造角度,一個(gè)是材料成本和安全性角度,這是基礎(chǔ)性的未來(lái)趨勢(shì),可以滿足對(duì)成本,對(duì)效率、對(duì)功率、對(duì)壽命各方面的要求。”明年6月份,蜂巢能源將會(huì)把無(wú)鈷電芯推向市場(chǎng),并進(jìn)行裝車(chē)銷(xiāo)售。
最后他指出,電池企業(yè)和整車(chē)企業(yè)對(duì)于電池機(jī)理的了解仍然比較膚淺。“電芯到底為什么突然會(huì)自燃?為什么會(huì)突然熱失控?機(jī)理是什么?我們現(xiàn)在都沒(méi)有辦法完全弄清楚。”
以下為演講部分實(shí)錄:
大家下午好,我是蜂巢能源的楊紅新,其實(shí)上一場(chǎng)殷總主持得特別好,成功讓充電和換電兩組人懟起來(lái),我是特別想?yún)⑴c上一場(chǎng)的討論。因?yàn)槲以瓉?lái)是在整車(chē)廠工作了十幾年,近幾年是在電池廠工作,所以我也有我的一些想法。
不管是充電還是換電,前提都是車(chē)電分離是最重要的,只要車(chē)電分離做到了,其實(shí)對(duì)電池企業(yè)都是最大的受益者。因?yàn)檐?chē)電分離以后,消費(fèi)者購(gòu)車(chē)成本降低了,
電動(dòng)車(chē)賣(mài)得多了,要建換電站,除了車(chē)上的電池,換電站也要儲(chǔ)備很多的電池,所以對(duì)電池企業(yè)是一個(gè)利好。
另外一點(diǎn),剛才提到的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。我們電池企業(yè)也特別關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)電池的標(biāo)準(zhǔn)化,這個(gè)事情短時(shí)間肯定很難實(shí)現(xiàn),但是長(zhǎng)期看是有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)的,取決于電池的體積能量密度到底做到什么樣的水平。
接下來(lái)我參與的主題是動(dòng)力電池格局和技術(shù)路線的演化。
剛才提到的電池標(biāo)準(zhǔn)化,其實(shí)就是未來(lái)一個(gè)非常重要的技術(shù)路線的演化趨勢(shì)。大家知道12V的鉛酸電池,基本都已經(jīng)通用化,不管是大眾、奧迪還是國(guó)產(chǎn)車(chē),都可以用同樣的12V鉛酸電池。
但是鋰電池太大了,它嚴(yán)重地?cái)D壓了整車(chē)的軸距、輪距和高度,所以很難做到標(biāo)準(zhǔn)化。如果體積能量密度提高一倍,我們把整個(gè)電池包的寬度縮短一半,把它集中在車(chē)輛的中通道的位置,這個(gè)時(shí)候是可以做到標(biāo)準(zhǔn)化的。靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)?肯定是靠從化學(xué)體系到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷的創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
今天,我們想說(shuō)的是動(dòng)力電池未來(lái)的格局,核心的路線到底是什么?其實(shí)走什么技術(shù)路線,取決于客戶的需求是什么,取決于整車(chē)廠的需求是什么。
客戶跟整車(chē)廠到底需要什么呢?大家在新聞上經(jīng)常聽(tīng)到自燃問(wèn)題,所以安全肯定需要,大家說(shuō)一次購(gòu)車(chē)成本高,所以成本很重要。大家說(shuō)現(xiàn)在電池太重,體積太大,所以能量密度也很重要。還有循環(huán)壽命,有人想用20年,壽命很重要,有人想快充,功率也很重要,放電功率也很重要,這些都是客戶和整車(chē)企業(yè)的需求。
那我們做哪一點(diǎn),不做哪一點(diǎn),整車(chē)廠來(lái)說(shuō)都想要,但是對(duì)電池廠來(lái)說(shuō)很難,因?yàn)檫@里面很多指標(biāo)是相矛盾的。
我們不可能在今天,把安全、壽命、功率每一個(gè)拎出來(lái)單說(shuō)。未來(lái)的趨勢(shì)會(huì)變成什么樣?我是希望站在最基礎(chǔ)的角度做一些分析,哪些基礎(chǔ)技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)未來(lái)客戶跟整車(chē)廠的需求,盡量滿足多樣化的需求。
那么我選擇的主題是疊片跟無(wú)鈷,也是有它的原因的,剛才講充電的時(shí)候也提到了一個(gè),現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)的銷(xiāo)售對(duì)象,主要還是B端的多,今年開(kāi)始C端的多了,什么時(shí)候電動(dòng)車(chē)開(kāi)始真正的普及?
一定是大量私家車(chē)主成為購(gòu)車(chē)主力,占到90%以上,就像現(xiàn)在的燃油車(chē)一樣。那么什么時(shí)候才能夠?qū)崿F(xiàn),以及要做什么工作?成本是非常大的一個(gè)障礙,也是非常關(guān)鍵的一個(gè)訴求。
這里面有一個(gè)測(cè)算公式,是成本回收期的計(jì)算,我們把它分成A00、A0、A、B、C不同級(jí)別的車(chē),不同級(jí)別的車(chē)電池價(jià)格是不一樣的。
不同電池的價(jià)格,從縱坐標(biāo)來(lái)看,成本回收期也是不一樣的,這里面考慮了很多價(jià)差和用車(chē)成本的因素在里面。那么市場(chǎng)上將來(lái)最主流的電動(dòng)車(chē),其實(shí)應(yīng)該和燃油車(chē)一樣,是A級(jí)車(chē)應(yīng)該占到絕大部分的市場(chǎng)銷(xiāo)量,是最主流的車(chē)型。
我們看A級(jí)車(chē),實(shí)現(xiàn)跟燃油車(chē)對(duì)等,以及滿足客戶期望的成本回收期,經(jīng)過(guò)測(cè)算是3.4年。什么時(shí)候能夠?qū)崿F(xiàn),保守的測(cè)算是2025年。2025年電池的成本可以支持A級(jí)主流家用車(chē),在3.4年之內(nèi),跟燃油車(chē)對(duì)比回收回來(lái),就可以達(dá)到一個(gè)大規(guī)模普及程度,這是一個(gè)比較新的維度的思考。它不僅僅單純的考慮是初始構(gòu)成成本,考慮了非常多的因素。
成本既然這么關(guān)鍵,影響到我們什么時(shí)候?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)車(chē)的普及,我們希望2023年更早的普及才好,這樣我們的電池還可以多賣(mài)一些。
那么怎么降成本?我們回顧歷史,其實(shí)各方面都在降,材料在降,設(shè)備價(jià)格在降,制造成本在降,設(shè)計(jì)工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性的成本也在降,都在降。
但是,其實(shí)這里面有很多數(shù)據(jù),降幅最大的還是四大主材,四大主材類(lèi)里降幅最大的還是正極,降幅是非常高的。
我們說(shuō)生產(chǎn)效率,一次成本投入非常大,建一個(gè)電池廠的投資比建一個(gè)汽車(chē)廠還要大。但是如果分?jǐn)偟?年折舊,10年折舊里面,再分?jǐn)偟矫客邥r(shí)的電芯成本里面,設(shè)備占成本比是比較低的,幾分錢(qián),但是材料占比是最大的,影響也是最大的。
所以我們的關(guān)注焦點(diǎn),還是要放在主材上。當(dāng)然技術(shù)進(jìn)步,我們CTP的技術(shù),以及我們長(zhǎng)電芯的開(kāi)發(fā),進(jìn)一步提高密度,都可以進(jìn)一步降低成本。
CTP最近比較火,但是我認(rèn)為它更主要的作用是可以提高安全性。因?yàn)槲野涯=M的端板、側(cè)板取消以后,可以釋放出大量的空間,這些空間可以用于增大電芯的間隙,就有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)電芯熱失控,相鄰電芯不產(chǎn)生熱失控這樣的一個(gè)目標(biāo),這樣的目標(biāo)實(shí)際上已經(jīng)成為國(guó)際跟國(guó)內(nèi)的最主要的目標(biāo)。
所以CTP不僅可以降成本,還可以提高我們的安全性。這也是汽車(chē)行業(yè),電池行業(yè)在積極努力創(chuàng)新的地方。
我們提到正極材料,就不得不提到對(duì)正極材影響最大的是什么,F(xiàn)在除了磷酸鐵鋰以外,最大的材料供應(yīng)體系還是三元鋰電池,如鎳鈷錳、鎳鈷鋰,當(dāng)然鎳占比很高,811電池中鎳占80%左右的,但是鎳在全球的金屬比例當(dāng)中,用在鋰電池上占比是小的。
鈷是不一樣的,手機(jī)用的是鈷酸鋰,用鈷量非常大,所以鈷對(duì)正離子材料成本影響是非常大的。
我做過(guò)鋰電池很多年,下面坐著做電池的前輩,大家可能都知道,2008和2018年,10年中出現(xiàn)了兩次鈷價(jià)的劇烈波動(dòng),從10元左右漲到40多元,還買(mǎi)不到。
如果電動(dòng)汽車(chē)將來(lái)要做到一年一千萬(wàn)輛,一年兩千萬(wàn)輛,這種大工業(yè)連續(xù)制造的商品,是不允許出現(xiàn)這樣的供應(yīng)鏈問(wèn)題的。汽車(chē)企業(yè)講供應(yīng)鏈安全,它是絕對(duì)不允許出現(xiàn)的。這種情況是嚴(yán)重的會(huì)制約電動(dòng)汽車(chē)的普及的。
那么這張圖是我們公司畫(huà)的,其實(shí)整個(gè)行業(yè)也差不多。這張圖有一個(gè)特點(diǎn),越向上的能量密度越高。另外一個(gè)特點(diǎn)是,不管是鐵鋰、無(wú)鈷、磷酸鐵鋰、四元、三元、固態(tài),在能量密度提高的同時(shí),鈷的含量都在想辦法向下降。從最早的111到523,到6系7系8系,現(xiàn)在NCMA和NCL做到9系的,鎳的含量一直在上升,鈷的含量一直在下降,人類(lèi)在追求去鈷化和無(wú)鈷化上的努力,一直在做各種各樣的功課,從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)。
在能量密度提升的同時(shí),它的價(jià)值是巨大的,它可以釋放大量的車(chē)內(nèi)空間。我們知道有的電動(dòng)汽車(chē)為了把電池塞進(jìn)去,坐到后排以后,就像坐小板凳一樣,腿是非常難受的,軀干角非常不合理。
如果我們能量密度提高了,電池可以做矮做窄,又可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,這絕對(duì)是未來(lái)永遠(yuǎn)追求和努力的方向,就是提高能量密度。
但是路線確實(shí)不一樣,也會(huì)分場(chǎng)景進(jìn)行應(yīng)用。磷酸鐵鋰有它的場(chǎng)景,無(wú)鈷有它的場(chǎng)景,811有它的場(chǎng)景,場(chǎng)景不同,但是在去鈷這條路上是相同的。我這里面寫(xiě)的無(wú)鈷指的是高能量密度電池的無(wú)鈷,磷酸鐵鋰也沒(méi)有鈷,但是它是低能量密度電池的無(wú)鈷,我們后面說(shuō)的無(wú)鈷電池都是指的高能量密度的。
那么前面講到的是材料,我們?cè)僦v講工藝,工藝現(xiàn)在軟包電池公司都是疊片的,其他的大部分都是卷繞的,其實(shí)各有優(yōu)劣勢(shì),不是誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò),但是我們還是要看未來(lái),未來(lái)客戶到底需要什么。
回到剛開(kāi)始說(shuō)到的話題,客戶需要的是長(zhǎng)壽命的,客戶需要的是越小越好的,客戶需要的是功率性特別好的。就是所有不合理的要求,合理的要求,他都要你滿足。
那么卷繞工藝,在經(jīng)歷這么多年的發(fā)展之后,遇到了很大的瓶頸,疊片工藝先天上有很大的優(yōu)勢(shì)。比如能量密度的提升,比如穩(wěn)定性,比如說(shuō)極耳數(shù)量多一倍,工藝性更好,所以疊片工藝是非常有前途的。
尤其是當(dāng)我們把電池的尺寸越做越大的時(shí)候,我們知道最早VDA,后來(lái)是590模組電芯,220的,現(xiàn)在比亞迪出的刀片是更長(zhǎng)的,574這個(gè)尺寸,它和590標(biāo)準(zhǔn)模組可以兼容,這個(gè)電芯既可以用無(wú)模組在電池包里布置,又可以把它裝到590模組里,兼容性非常好。
但是電芯做得越長(zhǎng),其實(shí)能量密度越高,成本越低,因?yàn)榀B片,每疊一個(gè)小的片進(jìn)去,和每疊一個(gè)大的片進(jìn)去,疊的活性物質(zhì)的量是不一樣的,所以越大,生產(chǎn)能量的效率就越高。
同時(shí),越薄的電芯,散熱性更好,做針刺的話,容易通過(guò)。那么疊片是最適合電池的工藝的。
當(dāng)然還有極耳數(shù)量增加了一倍,它的內(nèi)阻可以增加10%,功率也可以得到提升。還有能量密度,空隙都可以填滿,還有界面是非常良好的,卷繞不會(huì)出現(xiàn)左邊的S變形,包括邊緣位置的斷裂產(chǎn)生的紋路,所以從安全性能上來(lái)講,疊片也是非常好的。
另外就是膨脹,它初始膨脹力和中器后期膨脹率率卷繞的,所以對(duì)模組的壓力也會(huì)更小,也會(huì)提高安全性。
疊片和無(wú)鈷,一個(gè)是工藝制造角度,一個(gè)是材料成本和安全性角度,是基礎(chǔ)性的未來(lái)趨勢(shì),可以滿足對(duì)成本,對(duì)效率、對(duì)功率、對(duì)壽命各方面的要求。
鈷這個(gè)產(chǎn)品,確實(shí)是非常非常重要的,每年都有人會(huì)起訴蘋(píng)果公司,會(huì)起訴特斯拉,說(shuō)他們使用的鈷來(lái)源不干凈,這也成為整個(gè)行業(yè)非常痛的和不可回避的問(wèn)題。
鈷的儲(chǔ)量這么小,只有710萬(wàn)噸,而且還特別集中,只有幾家公司可以制造生產(chǎn),特別容易被操控。電動(dòng)車(chē)單車(chē)用量又非常大,Model S已經(jīng)用了9系高鎳電池了,但是單車(chē)用量還要消耗掉13.68公斤的鈷,所以鈷這個(gè)問(wèn)題不消除,肯定是不符合未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。
大家都知道要去掉鈷,或者把鈷減少,但是技術(shù)的挑戰(zhàn)確實(shí)是非常多的。其實(shí)沒(méi)有鈷的,高能量密度的電池的理論,在20年前日本的學(xué)者就提出來(lái)過(guò),但是這么多年來(lái),要不就是大家投入精力少,要么就是技術(shù)沒(méi)有做得很好,沒(méi)有解決鋰鎳混排的問(wèn)題。如果8%-10%鋰鎳混排不能解決的話,產(chǎn)品穩(wěn)定性、倍率性都是非常差的。
解決方案有很多種,經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的摸索,包括我們也做了很多年的摸索,從增加鎳的含量,包括一些技術(shù)等等,來(lái)提高它的穩(wěn)定性?傮w來(lái)講就是提高陽(yáng)離子模式摻雜、單晶,太專(zhuān)業(yè)的就不在這里講了。
從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看,新鮮的電池,就是剛剛生產(chǎn)的電池的鎳混排可以控制在3.5%左右,是非常低的。
那么循環(huán)到后期的電池,鋰鎳混排控制在小于5%以?xún)?nèi),是很好的解決了前面提到的鋰鎳混排的問(wèn)題,同時(shí)金屬溶出這個(gè)問(wèn)題,也是無(wú)鈷電池必須要解決的。
從右邊的這個(gè)圖上來(lái)看,跟811對(duì)比,我們的鎳、錳的溶出率都小于811的材料,所以循環(huán)壽命和穩(wěn)定性都是非常好的。而且我們做了2噸電池的測(cè)試,已經(jīng)量化了。
從產(chǎn)品上來(lái)看,無(wú)鈷材料、無(wú)鈷電池一定要是高能量密度的才可以,如果能量密度過(guò)低就是磷酸鐵鋰,沒(méi)有價(jià)值了。它的能量密度一定要接近811的水平,同時(shí)是安全的,比7系的三元更安全,循環(huán)壽命好,成本還要低。
還是回到剛開(kāi)始說(shuō)的,客戶什么都想要,我們就做一個(gè)什么都能滿足他的要求的產(chǎn)品。從實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)看,這些目標(biāo)都已經(jīng)滿足了。
這是我們的動(dòng)力性的測(cè)試,唯一一個(gè)還有問(wèn)題,就是第一張圖,20%的SOC下,就是DSOC下的功率性能是偏弱的,因?yàn)闆](méi)有鈷以后,它的內(nèi)阻在低溫下會(huì)偏高。
我們也在做解決方案,在測(cè)試。其他的功率性能都是挺好的,包括零下30攝氏度的低溫性能,還可以支持70%的續(xù)航,包括零下20攝氏度的低溫充電,界面保持得非常好。
還有高溫循環(huán)壽命,可以超過(guò)1200次,常溫循環(huán)壽命1C1C,我們100%可以超過(guò)2500次,811只能做到1500次。
針刺我們做的不是刺穿的,是按照歐洲客戶要求做的淺刺,歐洲客戶要求,刺穿三層電極,只要不起火,不爆炸就算可以,我們刺穿了六層,右邊的圖片來(lái)看都是非常好的。
還有150度的熱箱,高能性能也是高鎳材料最害怕的,我們也順利的通過(guò)了150度熱箱的測(cè)試,還有140%的SOP的過(guò)充,還有外部短路,包括一些其他的測(cè)試數(shù)據(jù)。
以上講的是無(wú)鈷材料的進(jìn)展,大家都說(shuō)無(wú)鈷材料這么難,真的可以量產(chǎn)嗎?現(xiàn)在可以負(fù)責(zé)任地告訴大家,肯定可以,明年6月份我們就會(huì)把無(wú)鈷的電芯推向市場(chǎng),裝車(chē),裝到車(chē)上銷(xiāo)售。
那么無(wú)鈷還有一個(gè)問(wèn)題,就是它的內(nèi)阻是偏高的,如果把疊片技術(shù)用上,可以再降低它5%的內(nèi)阻,所以疊片加無(wú)鈷,這兩種技術(shù)的結(jié)合,既可以發(fā)揮無(wú)鈷的優(yōu)勢(shì),又能解決無(wú)鈷的痛點(diǎn)。
那么我們?cè)诎阉龀砷L(zhǎng)電芯,做成薄電芯,L6的長(zhǎng)電芯,大概將近600毫米長(zhǎng),做成右邊的無(wú)模組的LCTP的Pack,我們叫矩陣式Pack,一個(gè)電池包里放兩臺(tái)電芯,沒(méi)有模組。它的能量密度,比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了9%,空間利用率提高了17%,電量提升了24%。
長(zhǎng)城一款采用這種布置形式,無(wú)鈷、無(wú)模組的電池可以做到880公里續(xù)航,同時(shí)也可以做成有模組的,就是裝到MED590的模組也可以,兼容性非常好。
以上就是我關(guān)于對(duì)未來(lái)電池技術(shù)路線的一些分享,不管怎么樣,安全、壽命、能量密度各方面的追求,都是沒(méi)有止境的。
現(xiàn)在我們電池企業(yè),整車(chē)企業(yè),對(duì)于電池機(jī)理的了解還是非常膚淺的,電芯到底為什么突然會(huì)自燃?為什么會(huì)突然熱失控?機(jī)理是什么?我們現(xiàn)在都沒(méi)有辦法完全弄清楚,
當(dāng)然我們有比較初步的認(rèn)識(shí),但是還沒(méi)有做到研究透,如果真的研究透了,缺陷就可以避免掉。
所以我們現(xiàn)在也在做一些研究工作,就是在極低的溫度下,零下160攝氏度,用液氮冷凍熱失控的步驟,在電芯剛剛產(chǎn)生內(nèi)短路和產(chǎn)生的初期和后期,把它凍住,然后瞬間把它靜止,看它的界面,看它的機(jī)理等等,這只是其中的一個(gè)研究。
目前我們對(duì)電芯這個(gè)行業(yè)的研究,還需要不斷地努力和提升。未來(lái)的方向,我們希望通過(guò)蜂巢能源,通過(guò)孚能、力神,我們共同努力,把滿足客戶的動(dòng)力電池的技術(shù),不斷推向前進(jìn),不斷滿足客戶的需求,我的分享就到這里。謝謝大家!
(責(zé)任編輯:子蕊)