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王建涛:动力电池充换的新模式可有效降本

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网易汽车6月28日报道    6月27日-29日,2022中国汽车供应链大会暨首届中国新能源智能网联汽车生态大会在湖北武汉举办,本届大会的主题为“融合创新、绿色发展——打造中国汽车产业新生态”,数百名来自全国各地的政府主管领导、全球汽车企业领袖、汽车行业精英汇聚一堂,共商绿色发展大计,助力构建“双循环”新发展格局。

其中,在6月28日下午举办的“充换结合—开辟新能源汽车发展新模式”主题论坛上,国联汽车动力电池研究院有限责任公司副总经理王建涛发表主题演讲。他表示,从技术体系来讲,动力电池都是往更高容量来发展,目前主要是三硅碳体系,未来进一步革新发展,是往更高容量,更稳定性的角度来研究。同时,全固态电池是未来电池呈现的一种形态。同时他提到,充换的新模式,也是一个有效降低成本的手段。


以下内容为现场演讲实录:

听了于总的报告之后特别兴奋,解决了很多电动汽车核心部件的安全问题,我想从电池的角度,来讲一讲动力电池,也就是充换电的核心部件,动力电池的技术发展和关键材料的进展。

在讲这个之前,我们回顾一下,新能源行业经过多年发展,从技术的开发到政策的引导,再到现场的时间导向,已经走过20年,已经形成了很大的规模。在习总书记提出了双碳目标的引导下,新能源汽车未来迎来了又一个高速发展,世界各国也都制定了新能源汽车的一个发展规划,甚至是一个燃油车的禁燃计划。在这个大背景下,我们认为发展新能源汽车,一定是个全球的战略趋势。

回顾一下新能源汽车整体发展历程,从今年的1—5月份,新能源汽车的产销来看,可以看到新能源汽车,今年5月份超过200万辆,这是什么概念?去年同比增加了1.1倍,新能源汽车的整体发展趋势向好,这张图可以看到,是13—21年,加上今年的1—5月份,接近800、900万辆,到6月份应该可以到一千万辆。新能源车的渗透率,从0.2%到4%,走过了很多年,大概有10年,从20年到22年,通过两年的时间,21年已经超过10%,到22年的5月份已经到了26%,这个速度非常快,我们认定高速的态势已经形成,市场不断优化。

所以在整个发展来看,从13年到21年,刚才我们讲的是12—20,现在是从13到21年,我们新能源汽车的增长超过了200倍,动力电池增长配套,超过200倍,在这种大背景下,今年的1—5月份,累计装车量超过165G瓦时,超过21年的全年装机总额。

预判22年动力电池的整体装机量会超过300G瓦时,我们来看一下整体都是哪个地方装机。比如我们认为是纯电动汽车,还是插电,还是其他的,到底是三元还是磷酸铁锂。现在当前主要是三元、磷酸铁锂,整体的发展态势从当时的政策诱导,到市场的一个主导,这一块动力电池的行业继续长期维持一个高速增长的态势,用了三张片子回顾了一下新能源汽车的历程。现代动力电池的技术,依旧是一个创新非常活跃,我们从两个阶段来讲,在2015—2020年主要是以能量密度见涨,能量密度是一个导向。这个导向,都有50%以上的提升,在其他行业,可能不是一个很大的发展,但是对于电池来讲是一个很高的提升,同时循环寿命也是翻倍的提升,不管是三元从2015的一千周到现在的两千,都是翻倍的增长。从2000—2022年,这个创新集中在很多层面上,包括我们的系统级的创新,出现了CTP,CTC,包括麒麟电池,都提升能量密度。比亚迪汽车,这一块都是从提升系统能量密度,降低成本的角度,来做了一些技术上的创新。

刚才于总讲到安全,新能源汽车在安全的角度没有停止过创新,安全问题始终是我们研究的一个重点。前期的安全主要是动力电池的安全,不管是电极层面,陶瓷涂覆隔膜方面,复合隔膜,还是现在在电池做的复合集流体,我们从电池方面的安全,都是本身特性。当然我们很多大的电池企业也在讲,新能源汽车能不能通过一些集成的创新,来降低它的安全风险。所以很多电池企业,和系统企业,都从系统的角度,也在提升一些安全问题,这也是继2000年之后,出现了很多新电池系统结构,基本上是从电池模组和系统,甚至是无模组的角度,来构筑整个的安全防护系统,共同保障动力电池的安全,来提升新能源汽车的整体安全。

电池型号这一块,在新能源汽车刚出来的时候,我们电池类型非常非常多,从现在来看,基本上型号是确定的,不管是方形还是圆柱和软包,形状和尺寸原来有很多,最早的时候100多个,现在十几二十个,基本上已经涵盖了我们整个所有的新能源汽车的电池基本形态。包括我们的宁德时代,中航,松下,LG等等这些企业。

所以在这一块,通过这几年的发展,新能源汽车配套量也逐步上来,不管是全球的还是我们中国的,整体的汽车企业,对于电池企业的要求,需要一个大规模的集成,所以电池企业规模也越来越集中。我们整个配套量,也就是电池的配套量,越来越集中于前10家甚至前20家,从装机量来看,前6家占装机量的86%,所以龙头企业已经确立。

产品规模化方面,我们分析这些企业,比如说宁德这一块,一开始是方形,以三元为主,后来开发铁锂,这是整体的技术路线。三元这一块主要是中镍单晶体系和高镍,高镍基本上是2001年能量密度已经宣称达到300以上,这一块应该是基本上导入到一些车型当中。固态这一块报道的比较少,但是前两天也看到,开发一个凝聚态的电池,行业普遍判断也是跟固态相关的。在钠电这一块,也是引发了一个钠电的潮流。

比亚迪主要是以三元和铁锂,逐渐转向铁锂为主,最早比亚迪也做一些三元。整个的电池形态以方形为主,这一块比亚迪的固态计划,大概也是2022年尝试使用,现在这一块报道比较少,主打还是刀片电池。

LG这一块主要是软包,LG最早出来的是瞄向高能量密度,现在已经到了300瓦时每公斤,现在主要是往低钴方向走。磷酸铁锂这一块,是近两年LG说要布局软包的电池,固态这一块一直在开发,聚合物和硫化物的电池,他们是争取2026年实现量产。

三星这一块,主要最早出来的就是方形,在14—16年的时候,三星的势头很猛,由于国家的一些国内装机,主要以国内的一些电池为主,所以三星这一块发展,当时有所滞后。但是它的能量密度,一直也发展的很快,大概是现在到了280,甚至是300,以光电为主。固态这一块发布了一个在全固态硫化物,循环一千度,当时做了6安时的电池,所以他们在这一块布局一直是比较多的。

松下这一块,了解松下得益于特斯拉,特斯拉主要一开始用的是松下的圆柱,松下一直以圆柱为主,现在他们在国内布局了软包的这一块,所以这一块计划从刚才的宁德也好,到现在的松下也好,基本上现在在正极材料这一块都有一个很好的趋势。在固态这一块,不管是宁德还是松下,以聚合物、硫化物见长,所以最终可能也是采用硫化物的技术路线,量产时间现在不一定。

这是国内几家主流的电池企业的分析,在这个分析的基础上,下一代电池技术到底是什么,我们主要是从产品的角度,从技术路线的角度,以及从下一代电池呈现的形式角度,我们稍微梳理了一下。

从产品的角度,左边这个是16年做的中国动力电池技术路线图,当时我们主要偏重于技术,从技术的角度来判断,下一代电池的技术,从目前来看这个判断,从当时来看,也是按照这个技术路线在走。20年修订的时候,是基于产品,以市场的角度来看这个事情,右边是20版,所以把动力电池分能量型,能量兼顾型和功率型,这样就把应用场景细分,所以未来市场为导向,依旧是发展的一个趋势。

从技术体系来讲,我们国内不管是铁锂还是三元,都是往更高容量来发展,不管是英国还是欧洲,都做了自己的技术体系、材料体系路线,他们也选择了他们技术体系。以欧盟这一块为例,也是在2020年之后,是往高镍、富锂和高电压发展,负极也是往硅基方向发展。目前主要是三元硅碳体系,未来进一步革新发展,当然发展是往更高容量,更稳定性的角度来走。

这是下一代电池的一个呈现形态,因为我们刚才讲技术路线,产品是什么,产品的性能是什么,技术体系是什么,但是呈现的形态是什么,这是我们普遍学术圈从行业引导圈,也是从科学的角度,大概有这么几块,不管是从2020年10月份国务院办公厅发布的产业发展规划,加快固态电池的技术研发到产业化,甚至到2020年新能源汽车路线图2.0版本提出的固态电池,以及到2021年,甚至是2022年的国家科技部的新能源专项,都是把这个固态电池作为发展的重点。当然日本这一块是在2018年,连续两期发展全固态研发项目,美国也是2021年6月份,制定了国家锂电蓝图,专门作为下一代锂电的研发重点方向,是五个方向。中国科协是2021年7月份,当时提出的是10个难点问题,如何开发容量倍增的固态电池,今年又提出了10大难点,是在昨天发布了全固态电池的产业化,也是一个10大难点,全固态电池是未来电池呈现的一种形态。

这是国联研究院这些年在全固态电池方面的一些开发,从最早的单片的3×4,到现在的大尺寸,24×12的单片到多片的开发,最早容量发挥不出来,可能到现在达到设计容量的60%,这是一个进步。但是它还远没有达到水平,我们希望在未来的2—3年形成一些小的电池原型或者是产品技术,能够实现一些产品的应用验证。

在动力电池关键技术之后,我们回顾一下关键材料,这是整个的一个生态。不管是从最前端的原材料,还是到动力电池,到回收这一块,在链条闭环这一块,我们的充换模式在这一块起了非常大的作用。因为在上午,我们的王秘书长讲,电池其实是需要多次利用,或者快速利用,才能发挥更大的价值,能进一步解决成本的一些问题。刚才我们于总也讲到电池在整个循环过程中的梯次利用,我们目前这一块是没有形成完整的闭环,也许希望我们充储一体,还是未来其他的方面,能够形成一个闭环。如果闭环之后,我们就可以解决我们上午主论坛讲的原材料的快速涨价的一些问题。

在整个的过程中,不管是到动力电池,还是到新能源汽车的性能,最终取决于我们的材料的一个性能,所以在这一块,整个产业链,我拿四大组材稍微回顾一下。

正极材料这一块,这几年发展的非常快,不管是最初大家做动力电池,一直到三元到93以上,还是磷酸铁锂,还有现在的高锰,磷酸锰铁锂,发展的速度都非常快,三元里面又分了这么多种,这就是整个材料体系,整个发展是逃不出,我们的铁锂体系,还是三元体系。归根到底就是我们的材料,基本上形成了一个比较稳的生态。在这个角度上,我们材料下一步的发展,是往哪个方向发展。我们在20年做的一个材料的发展趋势的技术路线这一块,给出了一些我们的思考,我们认为在高镍这一块,可能是表面低谷,就是低谷无谷的角度,从而表面的一个富镍,提升稳定性的发展,我们给了一些认识,我们希望通过材料自身的设计,提高到现在的高镍,可以达到三元的一个水平,这是对于高镍的一个认识。在磷酸铁锂这一块,它的结构一直比较稳定,但是它的低温性能是它的一些短板。现在就是通过一些掺杂和其他的手段,是不是可以提高更高的能量密度,电压抬起来。当然成本这一块,是原材料没有涨价之前,做的一些成本的判断,所以我们认为这一块是未来的一个研发和布局方向。

在负极材料这一块,从它出现,天然石墨到人造石墨,到现在我们常说的硅碳,包括硅碳氧等,成为下一代的还是以石墨和我们认为最具有潜力的硅基负极材料,作为下一代的主要研发方向。这是我们对负极的,从材料体系,技术指标,安全指标,还有一些产业化指标,以及它的成本做了一个判断。

电解液这一块,可能在整个电池里面占的成本大概是6%—8%,和隔膜基本持平。但是它的作用非常大,它也是安全问题的重要点,现在液态电解液的闪点比较低。电解液这一块的整个组成,包括添加剂等等,都是一个研发方向。

从最近市场上,或者是从学术上发表的一些文章,电解液从溶剂的角度,从往高电压的溶剂方向,从浓度的角度,往高浓度的角度发展。在这个发展驱使下,由于溶剂和添加剂,基本上大家都是配方制,所以产品是比较同质化严重,我们原来的添加剂主要是以外购为主,现在我们内部的添加剂的合成和制备工艺也到了一定的程度,所以添加剂依然是大家研发的核心。

隔膜这一块,原来我们认为隔膜是一个非活性物质,电池热失控的过程中,主要是由于它的坍塌引起的,所以隔膜的发展方向一直是耐高温,基膜一直是没有发生太大的改变,不管是PP,还是PE,所以只能是目前在隔膜的表面,做一些工作。包括我们涂陶瓷,还有阻燃的材料,在这个角度上,整体提升隔膜的耐热稳定性,以及它的耐穿刺的能力,这是整体的一个发展方向。

近些年隔膜又出现了新的基膜,不管是什么样的,目前我们发现复合类的隔膜,在耐热这一块表现出了非常好的耐热,我们2.0的时候把实用温度提高到200度,甚至是250度,我看今年国家科技部的高等材料里面,专门提到了一个200—300度的隔膜的项目,这也代表了现在一些新型的机膜的出现。

整体从技术发展方向,我们认为依旧存在着一些挑战,所以这一块我们给了一些自己的思考。从动力电池这一块,未来从成本,从品质,从生态,从性能这一块,依然存在需要发展和改进的地方。成本这一块,结合我们的充换论坛,我们认为充换的新模式,也是一个有效降低成本的手段,这个上午我在主论坛上讲完之后,我看今天于总讲完,更坚定了我的看法。就是充换的新模式,未来可能是降低整个动力电池全生命周期的有效手段。

在材料降本这一块,降低贵金属材料的用量,在技术降本这一块,主要是通过提升动力电池的能量密度,包括提高材料的容量、通过系统的集成,提高系统能量密度,以及提高电池寿命,全生命周期的成本,这是大家一直在做的事情,就是技术降本。

在性能这一块,一直提到的是安全快充宽温域,甚至是长寿命,一直是大家比较关注的,安全问题是从材料的热稳定性,这也是关键核心材料,当时提的技术路线的时候,不管是高镍的稳定性,还是电解液,最后提的高熔岩,以及我们提到的耐高温的角度。最后就是固态电解质,全固态电池一致认为是解决安全本质问题的有效途径,或者是终极途径。在快充这一块主要是集中快充负极,宽温域主要是电解液,长寿命主要是长寿命材料体系。现在正在开发的低阻抗长寿命的电解液,是解决新能源汽车长寿命很有效的途径。

在生态这一块,今天讲的是一个新能源汽车的新模式,可能就是充换电的模式试点运营,刚才于总讲了,我认为试点运营,但是我对这一块,可能是一些标准体系的建设,还是急需要一些跟进,因为现在不管是于总讲的,包括体系利用,包括一体化,包括梯次的模式,还不是那么成熟。退役电池的标准体系的建设,还急需进一步跟进。所以大概是这么一个趋势。

十分感谢,在这个论坛上讲一些动力电池的东西,希望能为充换新模式提供一些参考,谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)

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