中国电池杂志至中国电池网11月14日讯(武月 杨阳 成都报道)在成都召开的2014年第二届中国(成都)锂电新能源产业国际高峰论坛上,比克电池总经理助理蒋小娟做了《纯电动个人乘用车的轻量化和高续航的电池技术》的专题报告。   

(比克电池有限公司总裁助理 蒋小娟演讲中)

以下是蒋小娟的演讲报告:

 蒋小娟:整个报告分三块,第一个是介绍一下比克过去几年在这方面的探索。第二是介绍一下在探索过程中,对于技术的理解和思考以及实证的反馈,然后跟大家分享一下我们的选择。最后跟大家讨论商品化过程中的几个议题。

2005年,比克比较早实现了磷酸铁锂的产业化,当时我们跟A123合作,A123提供粉末技术和电气设计技术,我们公司完成了产品线以及整个产品的构建。最初,产品在2005年就已经大量出口美国,电池装到了电动车上面,小布什在检阅电动车,所以我们比较早地涉足电动车,这也为后来的发展留下了很好的思考。

2006年天津比克国际成立,专注在磷酸铁锂动力电池,跟A123合作基础上的一个延续,是我们自己产品的开发。

2008年,我们承担了国家第一届863项目,其中在这一年发生了不一样的事情,通过合作方开始研发18650三元动力电池,正是因为我们在磷酸铁锂这一块已经有了基础认识,再加上这个过程中开始接触到18650中三元的应用,在这两条路线的并行过程中,2008年至今已经有很多年了,我们逐渐走出了自己的认识,那就是18650加三元。

2009年我们第一款产品开发成功并且量产,但是那时候对产品来讲还有很多不完善。2012年,18650三元动力电池已经装在了北汽迷笛出租车上面,18650三元2.1Ah动力电池开发成功并量产。2013年,比克18650三元动力电池进入工信部“新能源25个拟支持产业化项目”,这也是国家层面和专家层面对比克工作做出的肯定。2014年上半年,一汽发布了五款电动车,都是搭载的比克18650三元动力电池。今年9月,18650三元2.4Ah动力电池进入量产,18650三元3.1Ah动力电池开始研发。所以我们认为,2014年是电动元年,也是比克的新元年。

#p#

业内对盐酸铁锂、锰酸锂、大电池小电池都有争议,这些争议都没有问题,因为产品的发展在过程中不断研究开发,实证当中去获取经验,这需要有合作伙伴,坚强地跟我们站在一起给你实证的机会。所以在这儿非常感谢纳智捷、一汽,达成了共识。在产品不完善的时候,会给到我们机会装车,装车过程中会不停给我们反馈,这样才帮助我们在过去的时间里,除了不只是坐在实验室里坐而论道,而是通过实际的产品有非常深切的数据积累,给到我们产品完善的机会。

    这是比克18650三元动力电池的发展序列,大家在使用三元的时候会讲到有疑虑,这个过程中我们比较重视的是实证,所以第一代的时候,能量密度只有2Ah,能量密度是160Wh/Kg,跟其它产品比是很高的了。但在这个过程中,我们会不断通过印证,有了更多数据和心得,会慢慢演进能量提升以及电池的结构设计。所以大家可以看到,在内阻的提升以及电子结构的提升和安全保障方面的提升,逐步都在做。走道现在已经是第四代的产品,2.4Ah,单体密度达到188Wh/Kg,现在正在研发的产品是3.1Ah-3.4Ah,它的能量密度达到235-260Wh/Kg之间,业内提供的数据是250Wh/Kg,我们认为以现在的锂电池基础,是完全可以达到的。下面这个图片是我们现场的资料图片。

    整体来讲,也非常感谢过去几年的积累。比克新能源纯电动车专注于动力电芯、模块、整包技术。以前有专家说,电动车这个行业可能电芯还行,但是模块、整包技术方面还存在落后的状况。但是作为比克来讲,作为一个电池厂从零开始跟整车厂配合,中间跨不过模块和整包的,所以也得益于过去几年整车厂的合作,除了电芯,已经延伸到了标准化模块以及智能管理系统,形成完整的电池整包。

    那么大规模商品化的纯电动个人用车需要什么样的电池?只有用这样的角度去反过来看电池,才可能设计好电池,而不是站在实验室的角度讲述电池能干什么,总结起来就是日常使用的化有几个方面,一个是点天和夏天都能够使用,相对有温度范围。四座,后备厢,至少不能因为电池比较大,空间比燃油还小。另外是行驶里程,不是说赢过燃油,但至少要满足日常使用,没有一定焦虑。充电时间,不能说一直有这个焦虑可能充、充,就等在那里。当然驾驶特性一定要好,另外是安全、可靠性/寿命。这就是我们的思考,从这些角度会延伸出产品在电池的层面应该如何去做。总结起来,如果是以纯电动和个人用车的角度去思考,汇总起来就是轻量化大规模商品,电池的轻量化体现在能量密度上。

    比克通过这些年的思考和所做的工作,最后比克的选择就是18650加三元材料(有持续能量提升空间的材料),结构和材料选择,对产业成熟度和车使用特性的选择。电池系统各组成的资本和工业基础需求,结构的选择也是对产业成熟度的选择。

可以看一下电芯的特征,包括重研发投入、重资产投入、产线工序复杂多种转型设备需求、设备开发周期长、产线建设周期长、产品投入风险大。如果作为模块和整包,多的是工程能力,在实验室里花的研发投入确实工程量非常大,需要很多的工程人员,但总体上这是轻资产的投入,产线工序是短的,设备的话工业领域都找得到,材料供应链产业成熟,产线建设周期也短,产品投入风险也小,所以在这里的结论是,电池的商业化受产业基础也就是工业化设备能力和制造性所局限,每个厂商都有各自擅长的制造技术,拥有不同领域的工业化设备资源或者开发能力。作为比克来讲,在我们公司所有的各种型号和产品里,我们的产业基础里18650是最好的,这是业内公认的。在这里面,系统制造能力以及批量供应一级市场经验数据累计是丰厚的。

技术选择应该结合系统技术需求、产业的基础实际情况以及自身的工程能力进行构建。所以电池产业的重要支持基础:设备供应链+原材料供应链,这两个供应链的基础构建过程都是漫长的,开发周期长,验证周期长,而且完善的周期长。所以我们在做所有选择的时候,一定立足在产业基础上,去做思考和选择。

    这里讲一下为什么选18650?我们看一个数据,这是日本IT总研的数据,单一型号出货数量最大产品的分析。走到动力电池,放到汽车产业上,这是微乎其微的一个数量。这也讲到了为什么用18650单体结构?整个锂子电池别看外表是这样的,但里面是活的,像人一样不停呼吸,观察它的结构在内部是否稳定。我们认为18650这样一个卷层结构或者说圆筒结构,是比较稳固的。这是好的单体热分布,在进行充放电的时候,大电池一定会有极耳的引出,以及长距离的电子流动的过程,从极流片尾端流到头端。从红外扫描过程中可以发现,它的充放电比较均衡。

#p#

    电芯越小越安全,单体能力低+可燃烧值少。不管是磷酸铁锂也好,还是三元材料也好,或者是以后的其它材料,这个电解液等出来以后都是可以燃烧的。单体燃烧的时候,一定比多组燃烧要少。这里对比了两款产品,基本是十倍以上的燃烧关系,而18650燃烧对周围还有阻燃的影响。而大电池燃烧是阻止不了的,是自己本身烧完为止。从硬短路来看,一个小的18650加上PPC的运用,可以控制在56度,这是单体为什么讲电芯越小越安全。

    反过来讲跟电动和燃油的比较,三元材料具有系统设计安全可靠足够的循环寿命,另外是管理的性价比。冬天和夏天的话,三元跟其它材料相比的时候,有一个宽广的温度使用范围。另外它的能量密度不是说有峰顶的,我们不能选择一个现在就见底的技术去选择它,而要选择一个在未来还有偿使提升的技术路线去使用。

    三元材料是一个很好的绿色清洁,一直不看好燃料电池,因为燃料电池对铂金就是一个消耗,这本质上跟用石油没有什么差别。而我们做三元的时候,电能就不用说了,来源比较广阔。作为电池来讲,里面会用到锂矿、镍矿、钴矿,在整个电池的过程中,做成整包,所有经济价值用完了之后,最后还能成为原材料,再进入到材料的供应链,所以它是闭环使用。将来车辆大量使用的时候,不用担心对矿物有无限消耗。

    在做市场的时候,电池有天然的局限,高温上面或者低温下面,不要期待它真能跑到南极、北极,但是作为一个产品来讲,一定要在相对广阔的范围满足大家的使用,这也是市场化的产品。这里打红角星的都是试运行的区域,基本覆盖了中温带、暖温带、亚热带甚至热带的区域,所以三元在这方面的应用领域还是比较宽广的。

    一定要选择高能量密度有提升空间的,因为材料的重量能量比和体积能量比直接影响车辆的行驶里程,我这里举了三个比较好的例子这三个例子进入到电动车领域的时候,不能采用改造的概念了,如果还用燃油车去改,就不是非常好的车。电动车应该是围绕电池而生的,而恰恰是特斯拉、Leaf和宝马就是这么去做的。像特斯拉是比较极端,电池容量Kwh,装了一个500的路线,但是它装下了。Leaf和宝马也是同样的道理。不管是燃油还是电动车,汽车行业的发展趋势就是智能化、轻量化、电动化。那么究竟多轻够用呢?至少这三款车告诉大家,这个轻量的能量密度已经够满足跑500公里,如果不跑500公里,空间和装载都可以满足。

    以现在电池的设计能力,还不是实验室的,已经有足够的充电C率,还是以这三个车型为例。分别提出来的充电模式,特斯拉是40个小时,而家用的操作就可以做到。另外是壁挂式的,40A、80A,可能跟小区或者电力瓦申请增容,慢一点的话是8-10小时,快的话5恩个小时就充满。偶尔用到的是125kw超级冲电气,快的话30分钟充满80%。充电模式上他们是高度吻合的,解析出来就是我们对电池进行C类的设计。

这个图是提供的比克做的基础数据,当时我们做了三年左右,这个实验模型设计完了之后,请工程师去做,做了一个0.6C的充和放,因为当时做的车辆是40度电,差不多150公里以上,这个车开得又不快,大概一个半小时放完,充的话可能慢一点,大概0.3。当然也不可能拿0.3的速度,太慢了,就有一个0.6路的速度。后来发现跟三洋大家这方面高度吻合,已经不是采用笔记本电脑1C、1C充电了。

#p#

另外设了一个1小时充完和2小时充完。假设2小时充满是一个快的模式,1C是以前笔记本的模式。那么0.6C对我来说在实际使用模型里提高了很多,从完全没电到90%的状况只需要一个小时,1C的话还不到一个小时。实际的模型,解析出来都是五个小时、六个小时充满,或者三个小时充满,在C率上面远远低于实验室模型上的C率。所以三元材料在充电C率上,能够提供的方式高度被个人接受。有时候也问过用户,你们能够接受几个小时充满?好多人说能三个小时充满的话就可以了。而恰恰我们这个实验室的数据,做得最慢都一个多小时就充完了。

    选择18650加三元材料,具有和燃油可比较的性价比,价格是可商品化的重要因素。现在允许综合价格贵一点,但是一定在将来有下降的区间。这个应该怎样比较呢?折到每公里支付的费用去比较,石油里每公里付多少钱,把电池的费用折算到每公里用的石油费用,再加上每公里的耗电量,这才是比较对的价格。可以做一个数据的演算跟大家看一下现在是什么情况,这个是平级的,昨天是特斯拉,右边是保时捷。保时捷百公里耗油量是9.9升,假设8.3元/升的价格,折到每公里差不多0.8元。

实际上肯定上1元。看一下我们的假设,北京工业用电0.8元,百公里用电13度电,每公里也就0.1元,真正进入到商品化应用的时候,这个电价国家一定会降下来,鼓励大家用波谷电,夜间充电,肯定也就两三毛,肯定很便宜。所以特斯拉公布的是86万公里,我们认为它简直是绰绰有余,给自己留了很多余量。它的车300公里,它的实验室循环才500次,它就1600公里了,而实验室我测过数据大概800次循环,还有70%,而且这个是很严苛的,真正应用的时候都在做浅充放,给自己留了很多余地,所以它的质保可以做到。折到每公里费用,电池费用每公里也就是0.75元,总计每公里费用是0.854元,那么跟右边的燃油价格相比,这个还是会上升的。好的产品,还要兼顾价格。

2014年全球18650电芯产能若用于电动车(60Kwh),可生产27.3万辆电动车,占全球汽车产量的0.32%。据预测,2014年全球的汽车产量超8500万辆),而2020年特斯拉工厂的规划产能可以满足40万辆电动车的需求。

实现中国人中国梦,正如习近平主席所说的“发展新能源汽车是中国从汽车大国到汽车强国的必由之路”,作为锂电池还是很荣幸生在这样的时代,参与到这个产业演进的过程。