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▲圖為孚能科技董事長(zhǎng)王瑀作主旨發(fā)言
日前,“第二屆新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池(CIBF2021深圳)國(guó)際交流會(huì)”在深圳隆重召開(kāi)。孚能科技董事長(zhǎng)王瑀在開(kāi)幕式專(zhuān)場(chǎng)作主旨發(fā)言。
以下為孚能科技董事長(zhǎng)王瑀發(fā)言?xún)?nèi)容(整理):
*注:以下軟包電池均指軟包鋰離子電池
非常感謝組委會(huì)的邀請(qǐng),也非常感謝在座的各位對(duì)本次會(huì)議的支持,希望大家通過(guò)這次會(huì)議對(duì)鋰離子軟包電池有進(jìn)一步了解,一起把軟包電池做好,為新能源汽車(chē)未來(lái)的蓬勃發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
01
軟包——時(shí)間的朋友,未來(lái)新能源乘用車(chē)市場(chǎng)的寵兒
1990年索尼公司率先開(kāi)發(fā)了鋰離子電池,1994年軟包鋰離子電池被提出,1996-1997年多家日本公司開(kāi)始了液態(tài)及凝膠鋰離子軟包電池產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用,現(xiàn)在鋰離子軟包電池幾乎壟斷了3C市場(chǎng)。隨后,軟包電池開(kāi)始在汽車(chē)方面的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,2000年軟包電池在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用正式拉開(kāi)帷幕。
軟包電池在國(guó)際市場(chǎng)上比方殼電池應(yīng)用更廣泛,歷史更悠久。放眼歐洲市場(chǎng),根據(jù)EV Sales的數(shù)據(jù)顯示,2020年歐洲銷(xiāo)量排前20名的電動(dòng)車(chē)中,其中有15款采用的是軟包電池,包括戴姆勒、日產(chǎn)、雷諾、大眾、現(xiàn)代、奧迪、沃爾沃等,大家能想到的大部分廠家,基本上都有軟包電池應(yīng)用的車(chē)型。
02
三高一低”——軟包的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
l 高安全
由于軟包電池的形狀是長(zhǎng)方形,并且很薄,傳熱面積大,非常便于散熱和熱管理,這樣使得電池在極端的情況下都能受控。所以電池正常產(chǎn)熱甚至熱失控發(fā)生時(shí),熱量能很快釋放出去,另外熱失控產(chǎn)生的氣體也很容易在軟包電池中釋放,能夠迅速的降溫,這些特點(diǎn)都會(huì)使電池?zé)崾Э貛?lái)的破壞性降到最低。
l 高能量密度
軟包采用鋁塑膜封裝的形式,相同容量前提下節(jié)省更多的裝配組件,理論上能量密度可以更高。例如,我們的量產(chǎn)電池能量密度達(dá)到了285Wh/kg,并且仍在持續(xù)提高過(guò)程中,能量密度方面明顯優(yōu)于方殼及圓柱電池。
l 高靈活性
軟包電池的形狀非常適合于未來(lái)新能源汽車(chē)的發(fā)展,形狀可變,尺寸可調(diào),并且重量方面較同等容量的鋼殼電池輕40%,比鋁殼電池輕20%,可以說(shuō)滿足了OEM各種差異化的需求,提供了從超跑到越野車(chē)的底盤(pán)集成化方案。它很適合不同的場(chǎng)景應(yīng)用。
l 低成本
相比較其他形態(tài),軟包電池的理論材料成本最低,同時(shí)軟包電池的內(nèi)阻較小,可以極大的降低電池的自耗電,循環(huán)壽命更長(zhǎng),也是成本的降低。雖然當(dāng)前軟包電池設(shè)備沒(méi)有方型電池設(shè)備成熟、設(shè)備攤銷(xiāo)稍高,但未來(lái)會(huì)大幅改善。方形電池、圓柱電池自1990年開(kāi)始走過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程,回顧過(guò)去,90年代的圓柱電池設(shè)備遇到的問(wèn)題和現(xiàn)在軟包電池遇到的問(wèn)題是一樣的,我相信在座的設(shè)備供應(yīng)商同仁們,都會(huì)在未來(lái)為我們開(kāi)發(fā)出更高效的軟包設(shè)備,一起把軟包電池的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)。
軟包電池的應(yīng)用非常廣泛。在巴黎會(huì)議之后,國(guó)際社會(huì)提出了碳中和、碳排放的全世界共同努力目標(biāo)。未來(lái),在儲(chǔ)能、智慧家庭、智慧城市、能源互聯(lián)、工業(yè)等市場(chǎng),電池產(chǎn)品應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多,發(fā)展空間將會(huì)非常廣泛。軟包電池獨(dú)特的安全、長(zhǎng)循環(huán)等優(yōu)勢(shì),為上述市場(chǎng)提供了有力的技術(shù)支持。
03
車(chē)用電池的“四大挑戰(zhàn)”
1)能量密度——電池作為汽車(chē)的核心零部件,在滿足新能源車(chē)基本要求的同時(shí),電池的標(biāo)準(zhǔn)化越來(lái)越受到關(guān)注,但目前電池由于能量密度還比較低,還無(wú)法滿足這些要求。眼下為滿足續(xù)航里程及其它性能的要求,需開(kāi)發(fā)多種不同型號(hào)動(dòng)力電池。為了持續(xù)滿足未來(lái)新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的需求,需要重量更輕、體積更小的動(dòng)力電池。目前量產(chǎn)或已接近量產(chǎn)階段的動(dòng)力鋰離子電池能量密度大約在300Wh/Kg左右,我們未來(lái)需要盡快突破400Wh/kg及1000Wh/L的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)瓶頸。
2)快充——新能源汽車(chē)目前的充電時(shí)間大約是1個(gè)小時(shí),這個(gè)時(shí)間依然太長(zhǎng)。想象一下如果我們駕車(chē)從深圳開(kāi)往武漢,中間需要花1小時(shí)停下來(lái)充電,這是什么樣的心情和感受?如果快充問(wèn)題得以解決,我們就不需要背負(fù)又大又重的電池,汽車(chē)的成本也會(huì)相對(duì)降下來(lái)。目前行業(yè)里的共識(shí)是:在不影響續(xù)航的情況下,充電的時(shí)間能夠快速降低到15分鐘以下。
3)安全——最近兩年經(jīng)常會(huì)看到有關(guān)新能源汽車(chē)熱失控、起火等報(bào)道,電動(dòng)車(chē)的安全已經(jīng)引起行業(yè)的關(guān)注,成為制約新能源車(chē)發(fā)展的、必須克服的技術(shù)問(wèn)題。電池系統(tǒng)安全有可能是產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題,也有可能是產(chǎn)品制造問(wèn)題,同時(shí)還有可能是使用不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。首先在設(shè)計(jì)階段保證電池整體系統(tǒng)的安全,尤其是目前在電芯技術(shù)無(wú)法達(dá)到絕對(duì)安全的階段,更需要在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方面確保安全;二是確保無(wú)制造瑕疵,使設(shè)計(jì)安全得到保障;另外,確保在客戶(hù)使用過(guò)程中電池包控制不超越安全使用邊界。當(dāng)然,如果能徹底解決電芯本身熱失控問(wèn)題,未來(lái)的模組及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電池的管理就變得相對(duì)簡(jiǎn)單。
4)成本——2000年,我們預(yù)測(cè)過(guò)如果車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度能達(dá)到300Wh/kg,成本能達(dá)到$100/kWh, 電動(dòng)車(chē)的普及就不應(yīng)該成為問(wèn)題。現(xiàn)在來(lái)看,電動(dòng)車(chē)已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模的走向這個(gè)目標(biāo)。三元電池系統(tǒng)的成本與$100/kWh還有一些差距,但是已非常接近了。現(xiàn)在我們的整車(chē)客戶(hù)又向我們提出新的成本目標(biāo),也就是$80/kWh,如果這個(gè)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn),電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)成本與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)成本基本匹配,整車(chē)的成本不會(huì)高于傳統(tǒng)的汽車(chē)。此外,再加上電動(dòng)車(chē)使用成本低的優(yōu)勢(shì),電動(dòng)汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)變得更強(qiáng)。
l 能量密度提升路徑:
電池能量密度關(guān)鍵取決于電極活性材料。過(guò)去幾年,由于正負(fù)極材料方面的發(fā)展,尤其是高鎳/高電壓三元材料及高容量石墨材料,使得近300Wh/kg軟包鋰離子動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化成為現(xiàn)實(shí)。另外,低載量氧化亞硅基及硅基石墨材料的開(kāi)發(fā)及與高鎳三元材料的結(jié)合,預(yù)計(jì)將使320Wh/kg軟包鋰離子動(dòng)力電池很快將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。雖然在提高能量密度方面取得上述可喜的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展,但目前還沒(méi)有成熟的技術(shù)解決>400Wh/kg電池的產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。要突破400Wh/kg技術(shù)瓶頸,需要開(kāi)發(fā)更高能量密度的負(fù)極,例如:更高載量的硅基石墨、硅、金屬鋰等負(fù)極材料;以及更高能量密度的正極材料,例如:>250mAh/g、高電壓三元材料及其它更高能量密度的正極材料。孚能科技從2002年開(kāi)始一直專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)>1000mAh/g負(fù)極材料及>250mAh/g正極材料及其產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化,目前已實(shí)現(xiàn)285Wh/Kg軟包鋰離子動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化。
孚能科技希望與各位同行,尤其是材料供應(yīng)商們一起努力,去突破材料上的種種瓶頸,使得動(dòng)力電池能量密度不斷提高,滿足新能源汽車(chē)整車(chē)對(duì)動(dòng)力電池續(xù)航里程、快充、輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的需求。
l 快充性能提升路徑:
我們知道快充需要解決直流阻抗和離子傳輸問(wèn)題,跟材料及電池設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系。目前鋰離子動(dòng)力電池高快充能力主要受以下兩方面的制約:
1、電池的阻抗。鋰電池充電電壓窗口比較窄,如果電池阻抗太高,在大電流充電情況下很快達(dá)到電池規(guī)定的截至電壓,造成充不滿電的結(jié)果。電池的阻抗大小取決于電池的材料及設(shè)計(jì),正負(fù)極材料的導(dǎo)電能力及鋰離子遷移能力,電解液電導(dǎo)率、導(dǎo)電輔助材料導(dǎo)電率、載流體等;
2、以石墨為負(fù)極活性材料的鋰離子動(dòng)力電池的析鋰。制約目前鋰離子動(dòng)力電池另外一個(gè)因素為負(fù)極析鋰問(wèn)題。為了確保不析鋰,在鋰離子電池設(shè)計(jì)及使用過(guò)程中,負(fù)極的電位控制在0伏以上,一旦負(fù)極電位低于0伏,在充電過(guò)程中,負(fù)極將會(huì)析鋰,從而帶來(lái)安全隱患。大電流充電時(shí),阻抗太高很容易就充到了截止電壓,達(dá)不到滿充的目的,同時(shí)也造成負(fù)極過(guò)電壓產(chǎn)生析鋰。如何解決電池阻抗的問(wèn)題以及負(fù)極過(guò)電壓無(wú)析鋰,同時(shí)滿足整車(chē)廠電池性能及快充要求,電池廠需在充電能力與其它性能方面找到平衡。對(duì)于快充電池來(lái)說(shuō),目前的技術(shù)只能犧牲能量密度,比如說(shuō)280Wh/kg變更到240Wh/kg,或者采用能量密度低但快充能力比較好的材料以實(shí)現(xiàn)快充的變通方式。軟包電池本身阻抗比較小,形狀非常利于快充電池的設(shè)計(jì)。歸根到底,我們要從根本上解決石墨不析鋰的問(wèn)題,在電池的阻抗和設(shè)計(jì)方面就要繼續(xù)的挖潛,需要更好的導(dǎo)電劑、阻抗低的正負(fù)極材料,提高一些負(fù)極材料充電電壓及開(kāi)發(fā)無(wú)析鋰的負(fù)極材料。硅材料在這方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),硅基材料可助力充電能力大大提升,也為未來(lái)的快充提供了很好的方向。對(duì)于孚能科技來(lái)說(shuō),對(duì)未來(lái)將會(huì)推出的>300Wh/kg的電池產(chǎn)品,都會(huì)為快充提供良好的解決方案。
l 安全性能提升路徑:
解決電池安全問(wèn)題需要分兩條腿走路。
一是從活性材料上解決,無(wú)論是嵌鋰的負(fù)極石墨材料,還是三元正極材料,在極端的情況下都會(huì)出現(xiàn)熱失控的問(wèn)題。比如在負(fù)極上,如何解決鋰化后負(fù)極材料及SEI膜穩(wěn)定性的問(wèn)題。熱失控的一個(gè)引發(fā)點(diǎn)是負(fù)極SEI分解,熱量引發(fā)了隔膜紙短路及正極材料的進(jìn)一步反應(yīng)。負(fù)極上需做穩(wěn)定SEI的工作,它的穩(wěn)定性提高了,帶來(lái)的負(fù)面影響就是制約充電速度和電池其他的性能。正極材料方面,在高溫的情況下,它的反應(yīng)還是非常高,尤其是三元811材料。如何解決高電壓正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高電壓脫鋰后正極材料表面反應(yīng)活性的問(wèn)題是未來(lái)研究的方向。
另外一個(gè)解決方向是電解液方向。軟包電池在極端情況下也會(huì)出現(xiàn)熱失控,雖然說(shuō)它非常溫和。普遍認(rèn)為固態(tài)電池是徹底解決目前鋰離子電池?zé)崾Э氐淖罱K方案。但就現(xiàn)階段而言,固態(tài)電解質(zhì)還不成熟,離真正的應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段距離。我們認(rèn)為發(fā)展的方向應(yīng)該先從液態(tài)到半固態(tài)(凝膠),然后再到半固態(tài)(固體電解質(zhì)),最后在過(guò)渡到全固態(tài)電池這樣發(fā)展歷程。半固態(tài)凝膠電池已經(jīng)大大改善軟包電池的安全性,但由于還在使用傳統(tǒng)聚合物隔膜紙,在熱失控情況下,隔膜在130°以上還有收縮和熔化短路的發(fā)生,半固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)將會(huì)彌補(bǔ)上述缺陷,軟包電池的安全性得到很大提高。
終極的目標(biāo)希望能夠?qū)崿F(xiàn)全固態(tài),全固態(tài)電解液目前還解決不了的是固固界面問(wèn)題,仍然困擾著行業(yè)的發(fā)展。對(duì)軟包電池來(lái)說(shuō),無(wú)論是凝膠電池,還是固態(tài)電池,軟包電池工藝及設(shè)備的適應(yīng)性是非常強(qiáng),不需要在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中對(duì)軟包電池的工藝、設(shè)備做大幅改動(dòng),軟包電池的生命力就在這里。所以,孚能科技在創(chuàng)立初期就確立了新能源汽車(chē)動(dòng)力電池三步走的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略,也就是軟包、疊片、三元加凝膠電解液、半固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電解質(zhì)。
l 成本降低路徑:
成本包括材料成本、制造成本、管理成本、全生命周期質(zhì)保及材料回收成本。如何把電池的成本降下來(lái)?
1) 首先是從材料入手。目前三元正極材料占電芯成本的40%-50%。眼下行業(yè)發(fā)展快速向兩類(lèi)材料傾斜:一是高鎳、低鈷、高電壓、高能量密度正極材料;二是無(wú)鈷、低鎳、高錳、高電壓正極材料。這兩類(lèi)材料有可能在未來(lái)1-2年產(chǎn)業(yè)化,同時(shí),兩類(lèi)材料的導(dǎo)入都會(huì)幫助未來(lái)軟包電池在成本方面降低,尤其是第二種高錳材料。新材料的導(dǎo)入永遠(yuǎn)都是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展最重要的技術(shù)源泉。
2) 工藝入手:工藝流程復(fù)雜,投資成本大,隨著整車(chē)要求越來(lái)越高,尤其是一致性要求方面,成本攤銷(xiāo)會(huì)越來(lái)越多。首先是否能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝,如用干法制片代替目前傳統(tǒng)制極片工藝?雖然干法制片工藝在電容行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,目前在鋰電行業(yè)還有很多技術(shù)瓶頸需要克服。未來(lái),工藝的簡(jiǎn)化可以助力成本大幅的降低。
3) 設(shè)備入手:為了滿足整車(chē)的需求,我們對(duì)于每一個(gè)工序都要做到數(shù)字化可控和視覺(jué)可控,然而,隨即帶來(lái)的則是成本的增加。提升軟包電池的組裝效率是重中之重。生產(chǎn)線開(kāi)發(fā),從制片一直到封裝,有幾個(gè)環(huán)節(jié)制約著發(fā)展:1.高速制片:目前五金模切成本太高,激光切還不能完全代替五金模切;2.高速疊片:目前疊片機(jī)的速度太慢,無(wú)法滿足電池行業(yè)的發(fā)展。希望在座的設(shè)備廠商繼續(xù)助力,開(kāi)發(fā)出更加高效的設(shè)備。
4) 電池回收利用:鋰離子動(dòng)力電池回收不僅可以協(xié)助保證未來(lái)鎳鈷鋰金屬供應(yīng),同時(shí)也可幫助降低電池成本。目前采用傳統(tǒng)的化學(xué)濕法冶煉方法不經(jīng)濟(jì)、不環(huán)保、不符合碳排放的要求,需要開(kāi)發(fā)更好的回收技術(shù),如直接回收技術(shù),回收后直接使用到產(chǎn)品去,這同樣能大大減少循環(huán)的周期和成本。自2007年開(kāi)始,孚能致力于開(kāi)發(fā)直接循環(huán)材料技術(shù),希望該技術(shù)能直接回收正負(fù)極材料,而不要通過(guò)傳統(tǒng)的化學(xué)濕法來(lái)把材料回收后再合成,重走材料合成的老路。未來(lái),期待與大家共同找到直接回收的方法,既環(huán)保又符合碳排放要求,共同實(shí)現(xiàn)2060年碳中和的目標(biāo)。
04
孚能科技| 綠色能源解決方案提供商
孚能科技的使命是提供綠色能源,構(gòu)建智能世界。作為綠色能源一站式解決方案提供商,從方案設(shè)計(jì)到大規(guī)模、滿足客戶(hù)需求的生產(chǎn),再到二氧化碳中和、循環(huán)材料的使用,孚能科技在行業(yè)耕耘了將近20年,積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。目前為止,孚能科技有超過(guò)1億片電池在市場(chǎng)上應(yīng)用,產(chǎn)品遍布全球。此外,我們?cè)谌驌碛谐^(guò)4000名員工,分布在北美、歐洲和中國(guó)。截至2021年3月,孚能科技完成設(shè)備安裝的產(chǎn)能共計(jì)達(dá)到21GWh,全球產(chǎn)能還在進(jìn)一步加速擴(kuò)大。
希望上述這些觀點(diǎn)能夠同大家產(chǎn)生共鳴,未來(lái)期待和大家一起努力,與諸位專(zhuān)家和學(xué)者一道研討,攜手助力新能源行業(yè)的發(fā)展。
謝謝大家。

