鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:697次 | 2022年09月30日
下一代高比能動力鋰電池研究和進(jìn)展
2018年11月8日,以“新時(shí)代·破而立:前行中的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折之路”為主題的“鋰想”2018第三屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2018)在北京興基伯爾曼飯店開幕。孚能科技(贛州)有限公司董事長王瑀在峰會上發(fā)表主題演講,以下為主題演講內(nèi)容。
孚能科技(贛州)有限公司董事長王瑀:
我看了吳院士還有剛才做測試的張主任講了關(guān)于新材料方面的研究,未來鋰電池發(fā)展方向還有一些測試的研究,作為我們企業(yè)來說,我們這方面雖然做了一些工作,但是深度、廣度都不如學(xué)校和研究院。企業(yè)比較關(guān)心的就是產(chǎn)品,未來產(chǎn)品路線圖,未來如何滿足客戶的要求,滿足我們OEM客戶的要求,能夠滿足老百姓的要求,對新能源汽車電池的瓶頸大家也知道,一個(gè)是續(xù)航里程,一個(gè)是成本,一個(gè)就是充電速度,再一個(gè)就是安全。我今天主要講一下對我們來說,我們下兩代電池應(yīng)該是什么樣的電池?目前的進(jìn)展情況怎么樣?給大家做一個(gè)簡單的匯報(bào)。
今天我匯報(bào)的題目是“孚能科技車用高比能動力鋰離子電池的開發(fā)與進(jìn)展”,可能很多企業(yè)不太了解孚能,孚能科技在2015年之前基本上產(chǎn)品出口美國、歐洲,并進(jìn)行市場的驗(yàn)證。孚能科技是一個(gè)專注于做動力電池的企業(yè),目前生產(chǎn)基地在中國的贛州,新的基地在鎮(zhèn)江,目前在快速的擴(kuò)展。歐洲和美國都在建,研發(fā)中心在硅谷,另外在德國的斯圖加特,目前有員工三千多人,目前是中國最大的軟包電池生產(chǎn)商,目前占市場大約40%左右,在全球僅次于LG,第二大軟包電池生產(chǎn)商。
簡單介紹一下孚能的發(fā)展歷史,孚能是2002年在美國硅谷成立,2002到2009年是技術(shù)開發(fā)階段,投入大量的金錢和人力,主要是開發(fā)適用于新能源汽車使用的高比能量鋰離子電池及其系統(tǒng)技術(shù)的集成,包括管理。2009年在贛州政府的支持下,在贛州建立了我們第一個(gè)產(chǎn)業(yè)化基地,產(chǎn)能0.35G瓦時(shí),2010年到2014年,產(chǎn)品主要供應(yīng)美國、歐洲,用于測試一些動力的使用情況,包括高速摩托車APU系統(tǒng)、剎車、特種車等等,2015年開始進(jìn)入中國市場,0206年第三季度開始向中國市場供貨。產(chǎn)能在2015年開始加速擴(kuò)產(chǎn),2016年達(dá)到了0.25個(gè)G瓦時(shí),2018年完成了1億美金的融資,成為2017年到2018年全球鋰離子電池融資最多的企業(yè),估值超過了10億美金,成為獨(dú)角獸企業(yè),產(chǎn)能迅速擴(kuò)張到5G瓦時(shí)。今年開動了鎮(zhèn)江20G瓦時(shí)的擴(kuò)產(chǎn),德國的研發(fā)中心在斯圖加特也成立,目前總的出貨量在中國在乘用車方面名列前三名,目前占軟包市場大約40%的份額。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前孚能的產(chǎn)品主要面對乘用車,這里面我舉了很多其他車的應(yīng)用,這些應(yīng)用主要是在歐洲和美國市場上,為了驗(yàn)證孚能電池,我們選擇了幾個(gè)項(xiàng)目來做汽車電池的驗(yàn)證,包括工藝打通,人員的培訓(xùn),以及產(chǎn)業(yè)化以后在幾年試驗(yàn)過程中長達(dá)萬萬英里電池使用情況。孚能的重點(diǎn)還是乘用車,主要是三個(gè)方面,一個(gè)就是微混,然后插電,再加上純電動,這三個(gè)方面的應(yīng)用。
今天為了切合會議組織者給我提出這樣一個(gè)題目,我今天重點(diǎn)講一講我們孚能科技在純電乘用車電池方面現(xiàn)在中期以及未來開發(fā)的電池是什么樣的電池。這個(gè)是我們的孚能科技純電動車電池的路線圖,從2014年開始,我們開始生產(chǎn)220瓦時(shí)/公斤的軟包電池以來,這個(gè)電池廣泛應(yīng)用在各種各樣的乘用車上,這個(gè)包括A00級車一直到C級車,孚能全系列向中國市場供貨,到目前為止也是在轎車方面目前出貨量是最多的。我們導(dǎo)入了雙極耳電池,未來準(zhǔn)備量產(chǎn)的電池一會兒還會介紹一下。還要介紹一下在研的電池,在2025年準(zhǔn)備投產(chǎn)的電池該是什么樣的電池。
目前孚能量產(chǎn)電池還是主要集中在以石墨為主,以三元材料為正極的這樣一個(gè)系統(tǒng)。能量密度在240瓦時(shí)/公斤這樣一個(gè)能量密度水平,包括雙極耳,包括單極耳,目前大部分車廠的應(yīng)用都在使用這款電池,來滿足續(xù)航里程在300到400公里左右這樣的續(xù)航里程,系統(tǒng)的能量密度可以從120瓦時(shí)/公斤上升到180瓦時(shí)/公斤。目前,根據(jù)整車的要求,以及電池包的要求,能量密度會有些變化。再就是為了符合中國政府對能量密度的要求和補(bǔ)貼的掛鉤,孚能根據(jù)車廠的要求,在不斷調(diào)整系統(tǒng)的能量密度,在140-180瓦時(shí)/公斤之間來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
這是大概的循環(huán)壽命的一些情況,我稍微說一下,這是我們的量產(chǎn)電池的情況。目前三元電池循環(huán)情況非常不錯(cuò),非常成熟了,主要是以三元111、523、622為基礎(chǔ)做的目前這個(gè)產(chǎn)品,主要是石墨、電解液也是通常的電解液,都有一些其他的添加劑在里面。這個(gè)電池可以調(diào)節(jié)成符合各種車輛的需求,有的車輛需要低溫好一點(diǎn),有的車輛需要?jiǎng)恿靡稽c(diǎn),有的車輛需要續(xù)航里程好一點(diǎn),這個(gè)需求完全不一樣的情況下,孚能會根據(jù)客戶的需求,來對電池進(jìn)行微調(diào),來滿足整車廠不同工況的要求。
這款電池從能量密度方面,相當(dāng)于循環(huán)壽命方面,從低溫方面,從動力方面,從充電速度方面,都是一個(gè)比較好的結(jié)合。目前也是主流應(yīng)用于我國各種乘用車上,包括A0級車,從轎車到SUV等等方面,這是目前孚能正在量產(chǎn)的電池基本的情況。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
安全性能,這個(gè)電池也是非常不錯(cuò)。尤其大家比較關(guān)注的針刺,這個(gè)電池的針刺可以通過過去的老國標(biāo),軟包電池有安全性能方面有一個(gè)很大的難點(diǎn),就是過充,這個(gè)跟方型電池不太一樣,方型電池可以通過機(jī)械的手段通過過充測試,但是針刺有很多麻煩。對軟包電池來說很難加上這些裝置,所以過充將是一個(gè)難點(diǎn)。在過充方面我們做了大量工作,另外一個(gè)難點(diǎn),對所有電池來說就是針刺。孚能通過長期的研究,確實(shí)把電池的針刺控制在可控的范圍之內(nèi)。能夠滿足客戶和我們國家的標(biāo)準(zhǔn),這是我們目前量產(chǎn)電池的情況,不詳細(xì)介紹了。
另外一點(diǎn),我們準(zhǔn)備在2019年量產(chǎn),供應(yīng)國內(nèi)外客戶的這一代電池情況,現(xiàn)在電池大約能量密度在300瓦時(shí)/公斤,孚能也是到目前為止,已經(jīng)進(jìn)行了將近7年的研發(fā),從材料的選擇、材料的開發(fā)到實(shí)驗(yàn)室電池的設(shè)計(jì),從2016年開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段的開發(fā),目前已經(jīng)進(jìn)入到成熟階段,進(jìn)入到量產(chǎn)階段。這個(gè)電池將為下一代的新能源汽車無論是國內(nèi)還是國外做配套,大家可能會在新的一代車型當(dāng)中看到這款電池。
講到這個(gè)電池的能量密度,對量產(chǎn)能量密度大家都比較熟悉了,基本上都是以石墨為基礎(chǔ),以三元材料或者鎳鈷鋰材料為主,我從1996年以來一直從事鋰電池的開發(fā),我那時(shí)候從事開發(fā)遇到的問題,跟現(xiàn)在是一樣的。就是如何提高能量密度,如何改善安全,如何降低成本,如何解決充電速度?,F(xiàn)在這個(gè)課題也是一模一樣的,只不過能量密度已經(jīng)達(dá)到了將近240瓦時(shí)/公斤了。過去20多年,從1990年開始一直到現(xiàn)在2018年,我們做了很多的工作,都是跟物理工作有關(guān)系,無外乎相當(dāng)于我們的電池材料越做越好,能量密度提高,有材料方面的提高,向111、532、622、811的提高,另外一種方式,電壓的提高,從過去最早的我們投產(chǎn)4.1伏的電池變成4.2伏、4.3伏、4.4伏,從粘結(jié)劑10%,現(xiàn)在基本減少了1%、2%,這么多年大家都在做這個(gè)工作,大家在不斷努力,不斷提高,從過去186501.25安時(shí)電池現(xiàn)在發(fā)展到3.5安時(shí)的電池,孚能對下一代電池的發(fā)展也是這樣一個(gè)途徑。目前我們覺得300瓦時(shí)/公斤這樣一個(gè)電池可能對石墨系統(tǒng),對目前的三元系統(tǒng)來說,就是一個(gè)最高的瓶頸。目前來說我們還沒有突破,目前這代電池整個(gè)的趨勢和2020到2021年量產(chǎn),無論是國外國內(nèi)客戶,大家都認(rèn)為這代電池已經(jīng)是公認(rèn)的下一代汽車使用的電池。這代電池可能會使用到2025年甚至更長一段時(shí)間,這代電池我們依據(jù)石墨,依據(jù)現(xiàn)有的三元體系,高的三元體系,能夠做到目前最高的一個(gè)能量密度,確保循環(huán)安全,充電速度、成本等等方面的需求。這里包括很多方面的改進(jìn),也包括大家知道的導(dǎo)電劑、添加劑、電解液、銅箔、鋁箔、材料的改進(jìn),包括單晶等等,大家所想到的基本上都做到了。
下面介紹300瓦時(shí)/公斤電池的一些性能,目前這款電池已經(jīng)進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化階段,很快就會大規(guī)模量產(chǎn),為整車廠進(jìn)行配套。這款電池是大約在290瓦時(shí)/公斤到300瓦時(shí)/公斤,根據(jù)客戶的需求。這款電池目前從循環(huán)壽命方面與我們當(dāng)前開發(fā)產(chǎn)業(yè)化的240瓦時(shí)/公斤的電池區(qū)別不是特別大,充放電的情況下,目前循環(huán)可以達(dá)到90%這樣一個(gè)容量的保持率。低溫性能各方面也是非常不錯(cuò),這個(gè)也是軟包電池,孚能只生產(chǎn)軟包電池。
這個(gè)給了電池倍率的情況,還有從0.27放電到3放電,這么高的能量密度,但是倍率也是非常不錯(cuò)。除了循環(huán)壽命之外,倍率低溫以及循環(huán)壽命,倍率都是能夠滿足目前整車廠的要求,同我們現(xiàn)有量產(chǎn)的電池區(qū)別都是不大。安全也很好,這個(gè)不講了。
這是孚能現(xiàn)在在研的項(xiàng)目,這個(gè)項(xiàng)目從2007年開始做了一些研究,進(jìn)入到電池設(shè)計(jì)大約從2015年開始,計(jì)劃這個(gè)項(xiàng)目在2019年要結(jié)束,進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化開發(fā)階段。這是屬于最早初期產(chǎn)品的開發(fā),都在問我們下一代鋰電池哪個(gè)方向發(fā)展,哪個(gè)最實(shí)際,哪個(gè)可能成為2025年整車廠用的產(chǎn)品,孚能更關(guān)心這個(gè)問題。我們的目標(biāo)就是400瓦時(shí)/公斤的電池,我們做了一些對比,大家看到前面這張圖,負(fù)極材料以及正極材料的選擇,在這個(gè)設(shè)計(jì)范圍之內(nèi),我們大概的能量密度達(dá)到多少,孚能提出的目標(biāo)就是400瓦時(shí)/公斤這樣一個(gè)目標(biāo)??梢赃x擇的材料,我們做了大量的研究,最早從2005年開始研究硅碳材料還有銅材料等等一系列材料,到2015年之后我們集中力量在硅碳材料,在高鎳材料上。我們看到黃線,隨著碳材料能量密度的增高,從開始加大硅碳比例,一直到純硅碳往上走,對現(xiàn)有高比能量的高鎳材料來說,可能我們這個(gè)極限最高的能量密度到450瓦時(shí)/公斤左右。目前孚能聚焦在400瓦時(shí)/公斤,我們也做了大量的在正極材料方面的工作,大量在負(fù)極材料方面的工作,這里選擇有硅碳、硅合金、氧化硅、硅納米、高鎳、富鎳材料,做了大量工作。這個(gè)是我們的一些結(jié)果,對于整個(gè)測試,時(shí)間有限,對詳細(xì)結(jié)果就不去討論了。大家看到的下面這張圖,這是我們目前進(jìn)展的結(jié)果。400瓦時(shí)/公斤的電池目前我們在實(shí)驗(yàn)室中試階段,我們可以做到大約700、800次循環(huán),有80%的能量密度,循環(huán)壽命,但是這個(gè)產(chǎn)品離產(chǎn)業(yè)化還很遙遠(yuǎn),尤其是硅碳材料,我們對這個(gè)材料在整個(gè)循環(huán)生命過程中的變化還不是很放心。至于它的安全性能各方面在循環(huán)過程中的一些結(jié)果的變化,我們還沒有把握。孚能預(yù)計(jì)這個(gè)產(chǎn)品的量化產(chǎn)業(yè)化可能會在2025年左右。我希望通過未來3-7年的時(shí)間,我們能夠?qū)@個(gè)材料有充分的掌握。確保2025年能夠?yàn)檎噺S提供400瓦時(shí)/公斤這樣的量化產(chǎn)品,使我們整個(gè)新能源汽車的續(xù)航里程再有一個(gè)突破發(fā)展,升到600-800公里,成本下降一半,體積減少一半。這就是我們的一些目標(biāo)。
最后,我做一個(gè)總結(jié)。大家比較關(guān)心我們未來整個(gè)新能源汽車發(fā)展究竟是什么推動,對廠家來說,跟吳院士大學(xué)研究院研究不太一樣,對我們來說產(chǎn)品開發(fā)的路線是受客戶和政府的影響是比較大的。在中國主要是受中國政府及補(bǔ)貼政策的影響,能量密度是我們主要提升的方向。但是對國外客戶來說能量密度是他們一個(gè)很重要的要求,但是不是唯一的要求。另外他們還要求充電的時(shí)間,還有成本,再一個(gè),選擇的更多,他會把混動、插電、微混作為他們選擇的方向。他們這些所有選擇的方向主要還是要滿足國外對CO2方面的要求,目前孚能開發(fā)的所有技術(shù),力爭于滿足無論是中國還是美國還是歐洲這些車廠對電池的需求。