預判22年動力電池的整體裝機量會超過300GWh。
聽了于總的報告之后特別興奮,解決了很多電動汽車核心部件的安全問題,我在這兒做一個充換,我想從電池的角度,來講一講動力電池,也就是充換電的核心部件,動力電池的技術發展和關鍵材料的進展。
在講這個之前,我們回顧一下,新能源行業經過多年發展,從技術的開發到政策的引導,再到現場的時間導向,已經走過20年,已經形成了很大的規模。在習總書記提出了雙碳目標的引導下,新能源汽車未來迎來了又一個高速發展,世界各國也都制定了新能源汽車的一個發展規劃,甚至是一個燃油車的禁燃計劃。在這個大背景下,我們認為發展新能源汽車,一定是個全球的戰略趨勢。
回顧一下新能源汽車整體發展歷程,從今年的1—5月份,新能源汽車的產銷來看,可以看到新能源汽車,今年5月份超過200萬輛,這是什么概念?去年同比增加了1.1倍,新能源汽車的整體發展趨勢向好,這張圖可以看到,是13-21年,加上今年的1-5月份,接近800、900萬輛,到6月份應該可以到一千萬輛。新能源車的滲透率,從0.2%到4%,走過了很多年,大概有10年,從20年到22年,通過兩年的時間,21年已經超過10%,到22年的5月份已經到了26%,這個速度非常快,我們認定高速的態勢已經形成,市場不斷優化。
所以在整個發展來看,從13年到21年,剛才我們講的是12-20,現在是從13到21年,我們新能源汽車的增長超過了200倍,動力電池增長配套,超過200倍,在這種大背景下,今年的1-5月份,累計裝車量超過165G瓦時,超過21年的全年裝機總額。
預判22年動力電池的整體裝機量會超過300GWh,我們來看一下整體都是哪個地方裝機。比如我們認為是純電動汽車,還是插電,還是其他的,到底是三元還是磷酸鐵鋰。現在當前主要是三元、磷酸鐵鋰,整體的發展態勢從當時的政策誘導,到市場的一個主導,這一塊動力電池的行業繼續長期維持一個高速增長的態勢,用了三張片子回顧了一下新能源汽車的歷程?,F代動力電池的技術,依舊是一個創新非常活躍,我們從兩個階段來講,在2015—2020年主要是以能量密度見漲,能量密度是一個導向。這個導向,都有50%以上的提升,在其他行業,可能不是一個很大的發展,但是對于電池來講是一個很高的提升,同時循環壽命也是翻倍的提升,不管是三元從2015的一千周到現在的兩千,都是翻倍的增長。從2000-2022年,這個創新集中在很多層面上,包括我們的系統級的創新,出現了CTP,CTC,包括麒麟電池,都提升能量密度。比亞迪汽車,這一塊都是從提升系統能量密度,降低成本的角度,來做了一些技術上的創新。
剛才于總講到安全,新能源汽車在安全的角度沒有停止過創新,安全問題始終是我們研究的一個重點。前期的安全主要是動力電池的安全,不管是電極層面,陶瓷涂覆隔膜方面,復合隔膜,還是現在在電池做的復合集流體,我們從電池方面的安全,都是本身特性。當然我們很多大的電池企業也在講,新能源汽車能不能通過一些集成的創新,來降低它的安全風險。所以很多電池企業,和系統企業,都從系統的角度,也在提升一些安全問題,這也是繼2000年之后,出現了很多新電池系統結構,基本上是從電池模組和系統,甚至是無模組的角度,來構筑整個的安全防護系統,共同保障動力電池的安全,來提升新能源汽車的整體安全。
電池型號這一塊,在新能源汽車剛出來的時候,我們電池類型非常非常多,從現在來看,基本上型號是確定的,不管是方形還是圓柱和軟包,形狀和尺寸原來有很多,最早的時候100多個,現在十幾二十個,基本上已經涵蓋了我們整個所有的新能源汽車的電池基本形態。包括我們的寧德時代,中航,松下,LG等等這些企業。
所以在這一塊,通過這幾年的發展,新能源汽車配套量也逐步上來,不管是全球的還是我們中國的,整體的汽車企業,對于電池企業的要求,需要一個大規模的集成,所以電池企業規模也越來越集中。我們整個配套量,也就是電池的配套量,越來越集中于前10家甚至前20家,從裝機量來看,前6家占裝機量的86%,所以龍頭企業已經確立。
產品規模化方面,我們分析這些企業,比如說寧德這一塊,一開始是方形,以三元為主,后來開發鐵鋰,這是整體的技術路線。三元這一塊主要是中鎳單晶體系和高鎳,高鎳基本上是2001年能量密度已經宣稱達到300以上,這一塊應該是基本上導入到一些車型當中。固態這一塊報道的比較少,但是前兩天也看到,開發一個凝聚態的電池,行業普遍判斷也是跟固態相關的。在鈉電這一塊,也是引發了一個鈉電的潮流。
比亞迪主要是以三元和鐵鋰,逐漸轉向鐵鋰為主,最早比亞迪也做一些三元。整個的電池形態以方形為主,這一塊比亞迪的固態計劃,大概也是2022年嘗試使用,現在這一塊報道比較少,主打還是刀片電池。
LG這一塊主要是軟包,LG最早出來的是瞄向高能量密度,現在已經到了300瓦時每公斤,現在主要是往低鈷方向走。磷酸鐵鋰這一塊,是近兩年LG說要布局軟包的電池,固態這一塊一直在開發,聚合物和硫化物的電池,他們是爭取2026年實現量產。
三星這一塊,主要最早出來的就是方形,在14-16年的時候,三星的勢頭很猛,由于國家的一些國內裝機,主要以國內的一些電池為主,所以三星這一塊發展,當時有所滯后。但是它的能量密度,一直也發展的很快,大概是現在到了280,甚至是300,以光電為主。固態這一塊發布了一個在全固態硫化物,循環一千度,當時做了6安時的電池,所以他們在這一塊布局一直是比較多的。
松下這一塊,了解松下得益于特斯拉,特斯拉主要一開始用的是松下的圓柱,松下一直以圓柱為主,現在他們在國內布局了軟包的這一塊,所以這一塊計劃從剛才的寧德也好,到現在的松下也好,基本上現在在正極材料這一塊都有一個很好的趨勢。在固態這一塊,不管是寧德還是松下,以聚合物、硫化物見長,所以最終可能也是采用硫化物的技術路線,量產時間現在不一定。
這是國內幾家主流的電池企業的分析,在這個分析的基礎上,下一代電池技術到底是什么,我們主要是從產品的角度,從技術路線的角度,以及從下一代電池呈現的形式角度,我們稍微梳理了一下。
從產品的角度,左邊這個是16年做的中國動力電池技術路線圖,當時我們主要偏重于技術,從技術的角度來判斷,下一代電池的技術,從目前來看這個判斷,從當時來看,也是按照這個技術路線在走。20年修訂的時候,是基于產品,以市場的角度來看這個事情,右邊是20版,所以把動力電池分能量型,能量兼顧型和功率型,這樣就把應用場景細分,所以未來市場為導向,依舊是發展的一個趨勢。
從技術體系來講,我們國內不管是鐵鋰還是三元,都是往更高容量來發展,不管是英國還是歐洲,都做了自己的技術體系、材料體系路線,他們也選擇了他們技術體系。以歐盟這一塊為例,也是在2020年之后,是往高鎳、富鋰和高電壓發展,負極也是往硅基方向發展。目前主要是三元硅碳體系,未來進一步革新發展,當然發展是往更高容量,更穩定性的角度來走。
這是下一代電池的一個呈現形態,因為我們剛才講技術路線,產品是什么,產品的性能是什么,技術體系是什么,但是呈現的形態是什么,這是我們普遍學術圈從行業引導圈,也是從科學的角度,大概有這么幾塊,不管是從2020年10月份國務院辦公廳發布的產業發展規劃,加快固態電池的技術研發到產業化,甚至到2020年新能源汽車路線圖2.0版本提出的固態電池,以及到2021年,甚至是2022年的國家科技部的新能源專項,都是把這個固態電池作為發展的重點。當然日本這一塊是在2018年,連續兩期發展全固態研發項目,美國也是2021年6月份,制定了國家鋰電藍圖,專門作為下一代鋰電的研發重點方向,是五個方向。中國科協是2021年7月份,當時提出的是10個難點問題,如何開發容量倍增的固態電池,今年又提出了10大難點,是在昨天發布了全固態電池的產業化,也是一個10大難點,全固態電池是未來電池呈現的一種形態。
這是國聯研究院這些年在全固態電池方面的一些開發,從最早的單片的3×4,到現在的大尺寸,24×12的單片到多片的開發,最早容量發揮不出來,可能到現在達到設計容量的60%,這是一個進步。但是它還遠沒有達到水平,我們希望在未來的2—3年形成一些小的電池原型或者是產品技術,能夠實現一些產品的應用驗證。
在動力電池關鍵技術之后,我們回顧一下關鍵材料,這是整個的一個生態。不管是從最前端的原材料,還是到動力電池,到回收這一塊,在鏈條閉環這一塊,我們的充換模式在這一塊起了非常大的作用。因為在上午,我們的王秘書長講,電池其實是需要多次利用,或者快速利用,才能發揮更大的價值,能進一步解決成本的一些問題。剛才我們于總也講到電池在整個循環過程中的梯次利用,我們目前這一塊是沒有形成完整的閉環,也許希望我們充儲一體,還是未來其他的方面,能夠形成一個閉環。如果閉環之后,我們就可以解決我們上午主論壇講的原材料的快速漲價的一些問題。
在整個的過程中,不管是到動力電池,還是到新能源汽車的性能,最終取決于我們的材料的一個性能,所以在這一塊,整個產業鏈,我拿四大組材稍微回顧一下。
正極材料這一塊,這幾年發展的非???,不管是最初大家做動力電池,一直到三元到93以上,還是磷酸鐵鋰,還有現在的高錳,磷酸錳鐵鋰,發展的速度都非??欤锩嬗址至诉@么多種,這就是整個材料體系,整個發展是逃不出,我們的鐵鋰體系,還是三元體系。歸根到底就是我們的材料,基本上形成了一個比較穩的生態。在這個角度上,我們材料下一步的發展,是往哪個方向發展。我們在20年做的一個材料的發展趨勢的技術路線這一塊,給出了一些我們的思考,我們認為在高鎳這一塊,可能是表面低谷,就是低谷無谷的角度,從而表面的一個富鎳,提升穩定性的發展,我們給了一些認識,我們希望通過材料自身的設計,提高到現在的高鎳,可以達到三元的一個水平,這是對于高鎳的一個認識。在磷酸鐵鋰這一塊,它的結構一直比較穩定,但是它的低溫性能是它的一些短板?,F在就是通過一些摻雜和其他的手段,是不是可以提高更高的能量密度,電壓抬起來。當然成本這一塊,是原材料沒有漲價之前,做的一些成本的判斷,所以我們認為這一塊是未來的一個研發和布局方向。
在負極材料這一塊,從它出現,天然石墨到人造石墨,到現在我們常說的硅碳,包括硅碳氧等,成為下一代的還是以石墨和我們認為最具有潛力的硅基負極材料,作為下一代的主要研發方向。這是我們對負極的,從材料體系,技術指標,安全指標,還有一些產業化指標,以及它的成本做了一個判斷。
電解液這一塊,可能在整個電池里面占的成本大概是6%—8%,和隔膜基本持平。但是它的作用非常大,它也是安全問題的重要點,現在液態電解液的閃點比較低。電解液這一塊的整個組成,包括添加劑等等,都是一個研發方向。
從最近市場上,或者是從學術上發表的一些文章,電解液從溶劑的角度,從往高電壓的溶劑方向,從濃度的角度,往高濃度的角度發展。在這個發展驅使下,由于溶劑和添加劑,基本上大家都是配方制,所以產品是比較同質化嚴重,我們原來的添加劑主要是以外購為主,現在我們內部的添加劑的合成和制備工藝也到了一定的程度,所以添加劑依然是大家研發的核心。
隔膜這一塊,原來我們認為隔膜是一個非活性物質,電池熱失控的過程中,主要是由于它的坍塌引起的,所以隔膜的發展方向一直是耐高溫,基膜一直是沒有發生太大的改變,不管是PP,還是PE,所以只能是目前在隔膜的表面,做一些工作。包括我們涂陶瓷,還有阻燃的材料,在這個角度上,整體提升隔膜的耐熱穩定性,以及它的耐穿刺的能力,這是整體的一個發展方向。
近些年隔膜又出現了新的基膜,不管是什么樣的,目前我們發現復合類的隔膜,在耐熱這一塊表現出了非常好的耐熱,我們2.0的時候把實用溫度提高到200度,甚至是250度,我看今年國家科技部的高等材料里面,專門提到了一個200—300度的隔膜的項目,這也代表了現在一些新型的機膜的出現。
整體從技術發展方向,我們認為依舊存在著一些挑戰,所以這一塊我們給了一些自己的思考。從動力電池這一塊,未來從成本,從品質,從生態,從性能這一塊,依然存在需要發展和改進的地方。成本這一塊,結合我們的充換論壇,我們認為充換的新模式,也是一個有效降低成本的手段,這個上午我在主論壇上講完之后,我看今天于總講完,更堅定了我的看法。就是充換的新模式,未來可能是降低整個動力電池全生命周期的有效手段。
在材料降本這一塊,降低貴金屬材料的用量,在技術降本這一塊,主要是通過提升動力電池的能量密度,包括提高材料的容量、通過系統的集成,提高系統能量密度,以及提高電池壽命,全生命周期的成本,這是大家一直在做的事情,就是技術降本。
在性能這一塊,一直提到的是安全快充寬溫域,甚至是長壽命,一直是大家比較關注的,安全問題是從材料的熱穩定性,這也是關鍵核心材料,當時提的技術路線的時候,不管是高鎳的穩定性,還是電解液,最后提的高熔巖,以及我們提到的耐高溫的角度。最后就是固態電解質,全固態電池一致認為是解決安全本質問題的有效途徑,或者是終極途徑。在快充這一塊主要是集中快充負極,寬溫域主要是電解液,長壽命主要是長壽命材料體系?,F在正在開發的低阻抗長壽命的電解液,是解決新能源汽車長壽命很有效的途徑。
在生態這一塊,今天講的是一個新能源汽車的新模式,可能就是充換電的模式試點運營,剛才于總講了,我認為試點運營,但是我對這一塊,可能是一些標準體系的建設,還是急需要一些跟進,因為現在不管是于總講的,包括體系利用,包括一體化,包括梯次的模式,還不是那么成熟。退役電池的標準體系的建設,還急需進一步跟進。所以大概是這么一個趨勢。
十分感謝,在這個論壇上講一些動力電池的東西,希望能為充換新模式提供一些參考,謝謝大家!