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吴凯:未来动力电池技术路线发展展望
2023年7月5日-7日,由中国汽车工业协会主办的第13届中国汽车论坛在上海嘉定举办。本届论坛以“新时代 新使命 新动能——助力建设现代化产业体系”为主题,设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+16个主题论坛+N场发布”共18场会议及若干发布、展示、推广等活动,旨在凝聚各方力量,形成发展共识,为建设现代化产业体系贡献汽车行业的智慧和力量。其中,在7月6日下午举办的“主题论坛一:第五届全球汽车技术发展领袖峰会”上,宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家吴凯做了精彩演讲。
非常高兴参加“全球汽车技术发展领袖峰会”,我是宁德时代的吴凯。今天演讲的主题是“未来技术路线发展展望”。
【资料图】
大家知道在两天前,我国第2000万辆新能源汽车在广州下线,这应该也标志着我国新能源汽车在产业化、市场化的基础上,已经迈入了规模化、全球化高质量发展的新阶段。
动力电池未来的方向在哪儿?宁德时代一直在思考,也是中国的行业一直在思考的。
先介绍一下我们公司。动力电池是一个高科技行业,对我们来说核心就是技术创新。技术创新首先离不开研发人才,人才是第一关键,宁德时代在这方面一直是很注重的,在2022年底,我们公司研发人员大概16000多人,还是有较大投入的。
我们公司第一季度的研发投入,宁德时代在第一季度的研发投入与历史相比是一个新高,是46.5亿元,同比也增长了大概81%,我们专利申请数在行业也是稳居第一的高增速状态。同时,我们公司很注重产学研,现在已经同106所高校、29所科研院所,行业6位权威院士、专家有深入合作。
说起电池的技术创新,动力电池创新从产品的技术来说,我们大概有两条线。第一条线核心就是电池单体的技术和产品的创新,这是电池从0-1的变化,行业目前已经量产的,主要从正极材料考虑,有铁锂和三元两大体系。宁德时代除了这两个还要再继续开发,我们在其他方面又做了深入研发。请大家看这张表。
比如前面的两个,一个叫“纳离子电池”,一个叫“M3P电池”。这两个都是对磷酸铁锂和三元的有益补充。曾经也有人问我们,这个东西哪个是取代三元和铁锂的?我说不是,这都是好的补充。这两个产品今年马上开始量产。
除了这两个体系以外,今年我们还要发布一个新的体系叫“凝聚态电池”,这是超过现有能量密度的体系。我们是在今年年底具有量产能力,具体量产产品上市时间,我们还要等客户的情况。
另外,我们还在做研发的,比如全固态、金属锂的等等,我们也在积极研发。虽然暂时未量产,但是技术在全球行业还是领先的位置上。
最后列了一个“无过渡金属电池”,我们说三元,里面锂当然需要,还有镍、钴,一是过渡金属贵一点,二是国家资源有限。能不能找成本低、中国资源又丰富的材料?我们想到不少,像非过渡金属的,在元素周期表右边的这些元素有没有变价能力的,我们做了一些尝试,也找到一些路,能量密度比现在三元材料还更高一些,但是距离量产还有一些距离。
这是第一块关于材料体系的创新。
第二块创新是结构创新,同样的单体,结构不一样,得到的能量密度也是不一样的。宁德时代在这方面做了不少工作,我们最早从模组开始,那时候只有30%几的体积利用率,后来走到CTP集成在一起的,1.0、2.0。今年发布的麒麟电池就属于CTP3.0阶段,体积利用率可以到72%,我们正在研发下一代,利用率会比这个更高,我们叫CTP4.0,我期望明年还有机会给大家展开做一下介绍。
我们两条线做技术创新,做创新关键要解决什么问题?回到我这次讲的主题,动力电池的技术路线往哪儿走,大家要做什么?因为我是第三个演讲的,我发现刘院长和李伟总把我该讲的也讲得七七八八了。
对这个行业我的看法是,大家认识比较一致,他们两位讲的和我想讲的方向基本一致,咱们行业有一致的认同。
说起动力电池,大家第一想到的就是“安全”,安全一定是要解决的,不论是过去、现在还是未来,是永恒的主题。我认为今年已经到了市场能接受的水平,下一步往哪儿走?真正零事故的动力电池出来,这才是方向,我们也在往这个方向努力。大家听着这个词有点悬乎,我觉得是完全可以做到的,但是要结合一些智能的事情,比如大数据、预警,结合在一起做到零事故,完全是可以做的。
第二块大家关心的就是里程问题,前面两位老总都讲了,觉得今天里程焦虑已经不是核心问题了,宁德时代也同样开发。今年我们已经发布了麒麟电池结构,用在极氪车上,在落地上已经是1000公里以上了,超过1000公里,这个里程绝对不是问题。
动力电池新的技术方向往哪儿走?除了这两个以外,终端用户还关心什么?第三个大家会关心的就是补能速度,我在网上看了一个新闻,五一节日新能源车上高速痛苦,主要是补能痛苦,前面充电1小时,只能慢慢等,但是加油只要5分钟、6分钟,你充电1小时,等不起。我们的目标是怎么做?
第四个问题也是李伟总总结的非常到位,恶劣工况和冬天恶劣温度下,它的性能动力还有不足,衰减快一些,也包括寒冷天气补能的速度会变慢,这都是一些核心问题。
后面这两点是今天要关注的,也是宁德时代重点关注的方向,我们也在做一些工作。
第一个是补能速度问题。补能速度一个方向就是快充,怎么叫快呢?终端用户他们有体验过加油的速度,几分钟搞定,充电得和这个比,大家才好接受,否则难接受。充电瓶颈在哪里?充电瓶颈就在电池单体里锂离子的迁移速率,包括固相扩散,也包括液相扩散。
另外一个瓶颈是液相扩散,这是串联系统。液相扩散大家也好理解,电解液也挺粘稠的,这个路需要走的轻快一点,不要那么粘。原来我们做的正极、负极,今天做的电解液系统,也包括隔离膜,我们已经做了一系列创新,这是单体上。系统上你也需要做,因为它充电快一定会发热,你系统的散热能力也要加强,这样才能克服。
在这两块,宁德时代也做了很多工作,特别是今年在单体和电解液上做了很多创新。现在我们已经具备能力了,客户的产品今年年底就能量产,我们能做到10分钟充电超过400公里,这是我们今天能做到的。围绕这个技术,虽然说加油是5分钟,10分钟略慢一点,我相信市场可以接受,下一步就是和加油一模一样,5-7分钟跑400公里,这是下一步我们正在研发的,我相信很快就能把产品推出来。
第二个是在恶劣工况和低温情况下一些功率问题、衰减快的问题,天冷的时候充电速度慢的问题。这块我们做了大量工作,和快充有点类似。充电除了电机以外,重要的在负极,功率问题比较重点的是在正极,也包括电解液。正极我们已经做了很多工作,电解液这块我们今年做了一些突破,包括我们重点攻坚了导电率,一般正常是7、8、9,现在我们已经做到十大几这个水平的电解液,这样粘度就低了,就像你游泳速度会加快,阻力变小了。我们也研发了一些新的添加剂。
目前经过这一番优化,今年能出来的动力电池在零下20度,充电效率能提升50%,常温的快充效率能提升40%几,能保障我们电池在低温的情况下得到更好的表现。
任何技术的突破都不是一蹴而就的,尤其是对电池这个强耦合的产品,往往强耦合的产品你一项能力提高一些了,相关另外一项东西就下降,它耦合性很强,你一定要综合考虑,所以需要高强度的研发投入,也需要每个研发人员的长期坚持。宁德时代团队一直脚踏实地、心无旁骛做研发。
最后,我这个页面上写的两句话是我们的研发文化:“练好基本功,发挥想象力。
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