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杨红新:叠片和无钴电池将成为基础性的未来趋势

2020-08-14 10:21 性质:转载 作者:第一电动圈 来源:第一电动圈
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那么这张图是我们公司画的,其实整个行业也差不多。这张图有一个特点,越向上的能量密度越高。另外一个特点是,不管是铁锂、无钴、磷酸铁锂、四元、三元、固态,在能量密度提高的同时,钴的含量都在想办法向下降。从最早的111到523,到6系7系8系,现在NCMA和NCL做到9系的,镍的含量一直在上升,钴的含量一直在下降,人类在追求去钴化和无钴化上的努力,一直在做各种各样的功课,从来没有停止过。在能量密度提升的同时,它的价值是巨大的,它可以释放大量的车内空间。我们知道有的电动汽车为了把电池塞进去,坐到后排以后,就像坐小板凳一样,腿是非常难受的,躯干角非常不合理。如果我们能量密度提高了,电池可以做矮做窄,又可以实现标准化,这绝对是未来永远追求和努力的方向,就是提高能量密度。但是路线确实不一样,也会分场景进行应用。磷酸铁锂有它的场景,无钴有它的场景,811有它的场景,场景不同,但是在去钴这条路上是相同的。我这里面写的无钴指的是高能量密度电池的无钴,磷酸铁锂也没有钴,但是它是低能量密度电池的无钴,我们后面说的无钴电池都是指的高能量密度的。

那么前面讲到的是材料,我们再讲讲工艺,工艺现在软包电池公司都是叠片的,其他的大部分都是卷绕的,其实各有优劣势,不是谁对谁错,但是我们还是要看未来,未来客户到底需要什么。回到刚开始说到的话题,客户需要的是长寿命的,客户需要的是越小越好的,客户需要的是功率性特别好的。就是所有不合理的要求,合理的要求,他都要你满足。那么卷绕工艺,在经历这么多年的发展之后,遇到了很大的瓶颈,叠片工艺先天上有很大的优势。比如能量密度的提升,比如稳定性,比如说极耳数量多一倍,工艺性更好,所以叠片工艺是非常有前途的。尤其是当我们把电池的尺寸越做越大的时候,我们知道最早VDA,后来是590模组电芯,220的,现在比亚迪出的刀片是更长的,574这个尺寸,它和590标准模组可以兼容,这个电芯既可以用无模组在电池包里布置,又可以把它装到590模组里,兼容性非常好。但是电芯做得越长,其实能量密度越高,成本越低,因为叠片,每叠一个小的片进去,和每叠一个大的片进去,叠的活性物质的量是不一样的,所以越大,生产能量的效率就越高。同时,越薄的电芯,散热性更好,做针刺的话,容易通过。那么叠片是最适合电池的工艺的。当然还有极耳数量增加了一倍,它的内阻可以增加10%,功率也可以得到提升。还有能量密度,空隙都可以填满,还有界面是非常良好的,卷绕不会出现左边的S变形,包括边缘位置的断裂产生的纹路,所以从安全性能上来讲,叠片也是非常好的。另外就是膨胀,它初始膨胀力和中器后期膨胀率率卷绕的,所以对模组的压力也会更小,也会提高安全性。叠片和无钴,一个是工艺制造角度,一个是材料成本和安全性角度,是基础性的未来趋势,可以满足对成本,对效率、对功率、对寿命各方面的要求。钴这个产品,确实是非常非常重要的,每年都有人会起诉苹果公司,会起诉特斯拉,说他们使用的钴来源不干净,这也成为整个行业非常痛的和不可回避的问题。钴的储量这么小,只有710万吨,而且还特别集中,只有几家公司可以制造生产,特别容易被操控。电动车单车用量又非常大,Model S已经用了9系高镍电池了,但是单车用量还要消耗掉13.68公斤的钴,所以钴这个问题不消除,肯定是不符合未来电动汽车发展的趋势。

大家都知道要去掉钴,或者把钴减少,但是技术的挑战确实是非常多的。其实没有钴的,高能量密度的电池的理论,在20年前日本的学者就提出来过,但是这么多年来,要不就是大家投入精力少,要么就是技术没有做得很好,没有解决锂镍混排的问题。如果8%-10%锂镍混排不能解决的话,产品稳定性、倍率性都是非常差的。解决方案有很多种,经过很长时间的摸索,包括我们也做了很多年的摸索,从增加镍的含量,包括一些技术等等,来提高它的稳定性。总体来讲就是提高阳离子模式掺杂、单晶,太专业的就不在这里讲了。从测试数据来看,新鲜的电池,就是刚刚生产的电池的镍混排可以控制在3.5%左右,是非常低的。那么循环到后期的电池,锂镍混排控制在小于5%以内,是很好的解决了前面提到的锂镍混排的问题,同时金属溶出这个问题,也是无钴电池必须要解决的。从右边的这个图上来看,跟811对比,我们的镍、锰的溶出率都小于811的材料,所以循环寿命和稳定性都是非常好的。而且我们做了2吨电池的测试,已经量化了。从产品上来看,无钴材料、无钴电池一定要是高能量密度的才可以,如果能量密度过低就是磷酸铁锂,没有价值了。它的能量密度一定要接近811的水平,同时是安全的,比7系的三元更安全,循环寿命好,成本还要低。还是回到刚开始说的,客户什么都想要,我们就做一个什么都能满足他的要求的产品。从实际数据来看,这些目标都已经满足了。这是我们的动力性的测试,唯一一个还有问题,就是第一张图,20%的SOC下,就是DSOC下的功率性能是偏弱的,因为没有钴以后,它的内阻在低温下会偏高。我们也在做解决方案,在测试。其他的功率性能都是挺好的,包括零下30摄氏度的低温性能,还可以支持70%的续航,包括零下20摄氏度的低温充电,界面保持得非常好。还有高温循环寿命,可以超过1200次,常温循环寿命1C1C,我们100%可以超过2500次,811只能做到1500次。针刺我们做的不是刺穿的,是按照欧洲客户要求做的浅刺,欧洲客户要求,刺穿三层电极,只要不起火,不爆炸就算可以,我们刺穿了六层,右边的图片来看都是非常好的。还有150度的热箱,高能性能也是高镍材料最害怕的,我们也顺利的通过了150度热箱的测试,还有140%的SOP的过充,还有外部短路,包括一些其他的测试数据。以上讲的是无钴材料的进展,大家都说无钴材料这么难,真的可以量产吗?现在可以负责任地告诉大家,肯定可以,明年6月份我们就会把无钴的电芯推向市场,装车,装到车上销售。那么无钴还有一个问题,就是它的内阻是偏高的,如果把叠片技术用上,可以再降低它5%的内阻,所以叠片加无钴,这两种技术的结合,既可以发挥无钴的优势,又能解决无钴的痛点。那么我们在把它做成长电芯,做成薄电芯,L6的长电芯,大概将近600毫米长,做成右边的无模组的LCTP的Pack,我们叫矩阵式Pack,一个电池包里放两台电芯,没有模组。它的能量密度,比传统的设计提高了9%,空间利用率提高了17%,电量提升了24%。长城一款采用这种布置形式,无钴、无模组的电池可以做到880公里续航,同时也可以做成有模组的,就是装到MED590的模组也可以,兼容性非常好。以上就是我关于对未来电池技术路线的一些分享,不管怎么样,安全、寿命、能量密度各方面的追求,都是没有止境的。现在我们电池企业,整车企业,对于电池机理的了解还是非常肤浅的,电芯到底为什么突然会自燃?为什么会突然热失控?机理是什么?我们现在都没有办法完全弄清楚,当然我们有比较初步的认识,但是还没有做到研究透,如果真的研究透了,缺陷就可以避免掉。所以我们现在也在做一些研究工作,就是在极低的温度下,零下160摄氏度,用液氮冷冻热失控的步骤,在电芯刚刚产生内短路和产生的初期和后期,把它冻住,然后瞬间把它静止,看它的界面,看它的机理等等,这只是其中的一个研究。目前我们对电芯这个行业的研究,还需要不断地努力和提升。未来的方向,我们希望通过蜂巢能源,通过孚能、力神,我们共同努力,把满足客户的动力电池的技术,不断推向前进,不断满足客户的需求,我的分享就到这里。谢谢大家!

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