WNEVC 2021 | 瑞浦能源有限公司营销中心总经理张小聪:不锈钢巨头的锂电池升级

来源:中国汽车工程学会

2021年9月15-17日,“第三届世界新能源汽车大会”(WNEVC 2021)在海南国际会展中心盛大召开,由中国科学技术协会、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局共同主办。本次大会以“全面推进市场化、加速跨产业融合,携手实现碳中和”为主题,邀请全球各国政产学研各界代表展开研讨。

在9月17日上午举办的 “动力电池关键技术及绿色高效产业生态构建” 主题峰会上,瑞浦能源有限公司营销中心总经理张小聪发表专题演讲,他表示:

瑞浦能源2021年底的目标是要推出量产280-300 Wh/kg的电池,快充要达到2.2C左右。磷酸铁锂电池现在正在研发200 Wh/kg的量产产品,搭载国内的电动汽车可实现500公里续航的要求。

 

以下内容为现场演讲实录:

   

    在座各位领导、专家以及业内的同行,大家上午好!原本这个演讲是我们曹辉博士董事长来讲的,但是因为行程安排上有些冲突,所以我代表他来做我们本次在锂电产业或者说技术方面所做的一些工作和努力。

    我们也借这个机会首先花一点点的时间来让大家稍微了解一下我们青山瑞浦的情况,大家对于新能源汽车产业目前的发展情况已经都很了解了,就不多说了,应该说目前新能源汽车产业我们认为已经驶上了一个快车道,汽车的渗透率从8月份开始已经超过了10%多,去年颁发了新能源汽车产业发展规划20%到25%的目标估计会提前达成,其实这里我觉得离不开我们在座的各位专家,包括我们业内同仁的一起努力。

    我刚才说了我们的题目是不锈钢巨头的产业升级,因为青山是一个做不锈钢的企业,做不锈钢产业已经做了30多年,大家应该知道不锈钢里面的一个主要的元素就是镍,如果有镍资源支持,成本可以做得比较好,青山也是浙江省的一个民营企业,目前是全球最大的不锈钢制造商,也是全球最大的镍生产商,我们去年的镍年生产量是400万吨,我们去年的销售额是2928亿,世界五百强排名第279位。

    目前来说我们在不锈钢所在的新能源板块已经布局了一个非常完整的产业链,从上游的矿产资源,它本身是一个镍钴矿,我们目前也在布局锂矿产业,因为布局来说大家肯定越来越感觉到锂电池产业未来不仅仅是一个资金密集型和技术密集型,可能还是一个资源的高度依赖产业。从目前来说中国的锂矿、镍矿,都是比较贫乏的,所以目前已经在布局锂矿资源。我们在非洲、南美等都在进行布局。这一块就是我们整个青山在新能源板块的一个大布局,能够支持整个中国产业,其实我们还是完全开放的,我们是要支持整个中国锂电产业原材料供应的保障提升。

    瑞浦能源因为是一个新的企业,我们从17年成立到现在只有短短4年的时间,目前到今年年底我们产能已经达到26个千瓦时,去年我们也是有幸进入了国内前十。目前这是我们的一个产业规划,目前温州已经建成了26 GWh的产能,未来我们在温州第四个基地也会开始建设,2023年以后我们会启动全球海外的布局,包括在印尼和欧洲的布局。这是我们整个全球布局,可能未来除了中国以外,在印度尼西亚、欧洲我们会开始产业布局,来拓展我们中国锂电产业涉足全球国际的动力储能市场的发展。

    目前来说,我们一直是坚守动力和储能齐头并进,共同发展的原则,目前我们在乘用车、商用车、工程机械等各方面都在推进,储能这一块的3060双碳目标也在积极响应,前期我们的产品出口海外比较多,包括欧洲、北美、澳洲等等一些会用储能,今年随着国内储能市场大量政策的发布,目前也在积极响应国内的号召,在开拓国内市场。

    这是上面一些公司的简单介绍,稍微占用大家一点时间。下面我来简单汇报一下我们瑞浦能源在动力电池技术升级这一块做的一些工作和实践。首先我们先来看一下,我们目前在三元这一块的产品规划路线,刚才前面有专家已经聊了,整个应该说目前新能源汽车已经在经过近十年的这种高速的技术发展,已经获得了技术方面很大的提升,基本上大部分新推车型都可以满足600公里以上的续航要求,但实际上目前来说整个动力电池产业大家还是在积极往高比能量密度方面进行进一步的提升。另外一个就是在功率方面,如果说大家参加了昨天主论坛的演讲也发现,主机厂目前都是在推高压快充型的路线,这一块我们也是跟行业发展潮流匹配的,目前在现在的阶段还是以高电压的5系、6系平台4.2伏的8系为主,我们等会会讲一下硅碳负极的情况。功率方面我们今年要推出零下30度方面的铁锂,它的快充能力要达到2C以上,4C产品我们大概在2023年会推出,基本上还是基于石墨和硅碳负极的组合。

    这是我们磷酸铁锂,目前来说大家也看到了,磷酸铁锂从去年下半年开始进行了一个强烈的反扑,应该说目前无论是装机量还是上牌的公告书来看,磷酸铁锂跟三元这一块应该说基本上是平分秋色,甚至出货量来说的话应该说铁锂的出货量目前是渐渐超过了三元,为什么呢?其实大家也知道,目前第一个磷酸铁锂的成本相对来说还是比较有优势的,第二个它的安全性应该说跟三元比优势非常明显,这个也是目前来说整个在汽车行业包括目前的储能板块,目前磷酸铁锂的需求量是非常大的。在磷酸铁锂规划里面我们还是突出两个点,第一点还是突出我们的能量密度,我们现在也做了充分的市场调研,假如说磷酸铁锂电池能够达到5百甚至6百公里续航的话,那整个新能源汽车的产品价格下降还有比较大的空间。

    这里我们来整个提升新能源汽车的渗透率还是非常有帮助的,其实目前大家也看到了,目前我们新能源汽车是一个哑铃结构,在20万到30万以上是一个大头,在10万甚至7万块钱以下都是磷酸铁锂,中间这个层级,就是家庭用车这个层级目前为什么还是推不开?一个方面就是电池的性能指标和成本各方面还达不到,这个里面我认为磷酸铁锂相对来说还是有比较大的机会的,这两点我觉得对于整个来说还是非常有帮助的,目前在铁锂这一块我们的重心第一个是提高能量密度,今年我们已经达到200瓦时每公斤,基本可以实现续航的需求。

    第二个就是低温,磷酸铁锂目前最大的痛点就是低温问题,去年的寒潮对大家也是一个很大的冲击,因为大家发现电池不能挨动,所以冬天在上海还是山东都出现了一些问题,所以这个是比能量密度的要求紧迫度更高的,目前我们也是在低温这一块做一些尝试,我们的目标是今年要做到零下20度的低温,明年要做到零下30度的低温,基本可以保证磷酸铁锂电池在北方甚至在东北可以使用。

    回到我们第一点就是说,第一个就是几个前沿技术的开发,因为前面说我要达到这样的目标,那如何达到?这是一个很关键的问题,因为口号可以喊很多,但是如何拿到这样的目标是很关键的。这里第一点就是说我觉得我们要在电芯的体积率上去做文章,就像传祺比亚迪搭配电池,它的目的就是要提高体积能量密度,因为一个车的空间是有限的,如何把电池在车上的空间用足、利用率提高这是很关键的,对于电芯来说也是一样的,电芯的体积利用率提高这是很关键的。

    那如何提高呢?我们第一个是采用了模切技术,可以减少我们极片的损耗,因为上面通过一个便捷的技术,在一个极片里面比如说一百毫米宽度的极片,我可以百分之百用足,按照目前的技术只能用到97%-98%,这个就是体积利用率。第二个就是盖板的减化,把盖板的高度降低,这样体积利用率也可以提升,这些就是从物理上面来提高电芯的体积利用率,可以直接带来能量密度提升。剩下的还有包括比如说用薄的铝壳,目前来说铝壳的厚度从0.5到0.4甚至到0.35左右,这些都是能够从物理上面提升我们的体积利用率,这是一个方面。

    第二方面就是采用一些新的材料,比如说刚才说的硅碳负极,因为石墨基本上已经走到尽头了,因为320的容量来说已经达到了劲头,可能高的做到350左右,再往上升也是受到了限制。那怎么办呢?目前这只是我们的研究方向,硅碳负极的导入,大家知道硅碳负极的首次库存效率比较低,其次是脱离牵引的膨胀对于体积结构的破坏是比较大的,我们在2年前开始启动硅碳负极的开发和研究,但目前来说我们还是比较保守,还是主要以420的容量来做的,目前我们的电池通过十月次可以循环寿命作为百分之百的循环,我们有一个目标从420提升到450,到550,到650,这样可以把负极的空间预留出来给更多的正极,这样整个能量密度也可以进一步提升,这是一个目前我们在硅碳负极方面的一些研究进展,这个网络目录还是一个比较好的参照,提升能量密度方面还是有比较大的帮助。

    第二个就是说超级快充,因为目前来说快充这个包括高压,因为如果说你要做快充,那第一个要做高压,整车要高压,否则的话充电枪包括电缆各方面是支持不了这样快充要求的。目前在快充方面我们有三元和铁锂两条路线都在推进,三元我们已经做到了必要层级,我们自己的原电池,比如说我们现在做的这个B样品电池2.2C快充,50的循环拆解完了以后它的表现还是不错的,没有出现稀锂的情况。

    另外从去年开始我们已经在我们的一些客户车上进行实验,包括我们在零下20度三元点进行低温充电,目前来说我们抽完了以后大概做了有低温的100多个循环,做完了以后拆解完了以后也发现它的整个界面还是比较不错的,包括衰减,我们比如说有两个数据,一个是在5度的工况下我们有500多的循环,一个是在零下20度的工况下进行130的测试,也是系统层级的,跟整车比较接近,做循环寿命测试,测试完了以后进行界面分析和解剖,总体看起来还是非常不错的。

    还有一个就是我们在磷酸铁锂零下10度的环境中进行实验,实验的结果目前来说也是相对比较能够接近使用的情况。目前来说我们也希望把这些技术逐渐进一步要提高它的这个性能,能够在零下20度的环境下使用,这样的话就是说未来磷酸铁锂的电池搭载的车可以在黄河以北,甚至在东北地区可以应用。

    还有一个目前我们在开发的技术就是全生命周期模型的设置,这个可能早年还是比较热门的话题,但是现在说的比较少,大家做电池的都比较了解,这些模型涉及到边界条件还是比较多的,我们是分成三个阶段:第一个要确保质保期内的需求。

    第二个要确保我们电池在设计阶段的设计能力能够充分发挥,大家也知道目前来说对于新能源汽车电池的质保要求还是不高的,8年10万公里或者12万公里,但是对于运营车辆来说它的要求比较高,目前我们做的比较多的是6年60万、8年80万,对于磷酸铁锂电池大概在3千个循环左右,大家也知道目前磷酸铁锂电池循环寿命大概可以做到5千多6千,甚至我们在储能方面能做到8千循环,做这么高的循环到底它真正实际上能不能达到这样的一个循环寿命?这是要打问号的,所以我要确保我的设计能力跟实际发挥能力要匹配。

    第三个阶段就是服务,我超过设计能力以后我的电池还能不能发挥我的电量,提高我的吞吐量,我们做这个目的是什么呢?因为我们认为可能在乘用车板块对这个需求不太明显,尤其是在C端市场,刚才说了可能一个人开车最多开20万公里、30万公里,这已经是很极限了,对于商用车来说,因为做电池的我们很多也是面对一些不同的场景,现在这个要求是越来越长,甚至要求终身质保,这个压力是非常大的,那这个时候你的模型验证是非常关键的,所以我们也是从管理BMS的策略方面包括我们的结构设计、安全和内部动力学这一块来做一些研究,还有就是一些加速实验,包括材料方面的。

    通过这些能够来完善我们全生命周期的模型建立和一个模型的验证,因为我们的最终目的还是希望未来电池是一个比较可控的,能够在全生命周期量化评测的一个产品,但是这个还是比较失真的,包括它的安全性能,所以目前行业有很多做笼修的,就是因为整个产品的安全性和设计方面没有办法达到我们的设计目标,这是另外一个层次上我们来做这个产品如何用好的关键点。

    刚才说的是我们在电芯板块技术的研发或者说进展,这边也谈一谈我们对于模组和系统层级的一些新想法,这边可能比较多,我就举几个例子,第一个例子就是我目前在国内一个出租车换电的项目里面,我们的模组已经实现了这种可拆卸式或者是叫全生命周期的一个可拆卸式的模组设计,什么意思呢?我们给我们的客户提供的是一个一并十串磷酸铁锂的模组,是一个长模组,我们为什么要设计这个呢?因为客户提出来说这个电池我未来希望跑完50万、60万公里以后可以做梯次利用,可以给铁塔、移动来做应用,当时我们也做了评估,我们后来设计的模组可以通过传统的像中国建筑立面的结构,一个模组很快可以拆成7个五串模组,这个在通信基站是非常好用的,这个就是我们目前在一些项目里面导入的可拆卸式的大模组。

    大家也知道,目前为了提升我们整车的续航里程,那意味着什么呢?我们电池希望装的越多越好,C2B技术应运而生,但是它不可拆解,它的售后成本或者说价值很低,因为电池是粘在底板上面的,那你的整个电池是没法拆的,那最后这个电池只能报废,那我们目前在开发什么呢?我们的电池不需要跟底部整个底托进行一个粘连,我通过其他的机械结构方式进行一些固定,这样意味着什么呢?以后我这个电池可以做梯次回收利用,能够大大提高我的电池的使用率,还有一个就是降低用户的使用成本。否则的话这个电池到最后出现问题的情况下就只能是报废,否则C2B方案我们叫做拆卸的方案,这个对于我们未来实现电池的高效利用,包括资源的回收利用还是有非常大帮助的。

    目前来说,我们刚才说了一些产品,今年年底我们的目标是要推出量产280到300瓦时/公斤的电池,快充要达到2.2C左右,磷酸铁锂电池我们现在已经在做的就是200瓦时/公斤的量产产品,搭载我们国内的车可以实现500公里续航的要求,所以这是目前我们在做的一些产品的事情。

    另外一个我也想说一下,为什么动力电池现在这么火爆?有两个原因,因为它横跨两个万亿级的市场,一个是新能源汽车,也是我们今天开会的主题,第二个就是“碳达峰、碳中和”,因为目前来说整个新能源我们想要2030碳达峰、2060碳中和,很大程度上需要大幅提高我们风电、光伏等新能源接入的比例,现在中国火电还是要占到三分之二,所以中国节能减排的压力很大就是在于火电的比例非常高。如果我们要接入光伏风电的新能源必须要有储能配置,所以从去年下半年开始国家在密集出台储能的政策,强制配15%到10%。

    另一方面,对于电厂来说我们自己要提前实现这个“碳达峰、碳中和”,为什么?两个方面,第一个,大家也知道电池企业它的能耗成本是比较高的,而且目前整个能耗来说,尤其是电这一块大部分绿电的比例还是比较低的,包括目前很多企业都在进入国际市场,那国际企业包括像宝马、大众目前对于供应商的绿电比例要求是越来越高,对于我们来说也是一个激励,我们的产品如何实现全过程的一个节能减排,能够减少碳排放,所以目前我们也在推进这个事情。首先从我们工厂开始,通过光伏和储能,我们也在投资我们的绿电这一块,来降低我们的碳排放,同时我们也在跟供应商一起联合,能不能一起来做这个事情,这样大家联动起来才能帮助国家实现这样的一个宏伟的目标。这个也是我觉得我们整个产业链来说发展的内在和外在驱动力的结合。

    简单说这么多,最后我说一下我们瑞浦能源的优势,我们有全球领先的产业布局,我们有行业的自主知识产权技术专利,我们也有行业领先的研发能力,可以开发更多更好的产品。青山也是在规模化,大规模生产的能力也能够助推我们的性价比,因为我们认为动力电池未来就是一个大宗商品,以后就和不锈钢,包括大家买的一些其它东西钢材、铜、铝等一样。它未来会成为一个大宗商品,那产品的性价比还是非常关键的,所以我们也希望,如果说我们中国新能源汽车要发展得更快更好,那产品的性价比、安全技术指标这肯定是毫无疑问的。第三个就是性价比,性价比达到了我们新能源汽车,我觉得真正从今、明年开始会驶入快车道,那我们的整个渗透率,我们认为会到2030年可能不是30%,可能会达到40%以上。所以这也是我觉得对我们整个社会也好,还是对我们整个行业发展也好,也是非常好大的帮助。

    总体来说,昨天晚上我跟主机厂的同仁一起吃饭,我说目前觉得动力电池产业中国发展得非常好,为什么?中国目前的动力电池产业形成了一个金字塔型的稳健结构,有头部企业、稳健的第二梯队,还有五六个第三梯队的企业,搭成了一个金字塔结构,这对我们整个中国新能源汽车产业发展,包括储能的发展实际上是很大的支持,所以我也希望我们在座的各位同仁一起,我们之间有合作、有竞争,但是我想我们的核心目的还是一样的,为了把中国新能源汽车做好,为了让我们的世界变得更加美好,为了让我们的世界变得更加清洁,谢谢各位!

 

 

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)