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【雙碳論壇】蜂巢能源科技股份有限公司高級副總裁、技術中心主任張放南:電池技術發展趨勢

發布日期:2022-09-06 22:33   瀏覽次數:2988

由中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業協會、中國汽車報社聯合主辦,天津經濟技術開發區管理委員會特別支持,日本汽車工業協會、德國汽車工業協會聯合協辦的第十八屆中國汽車產業發展(泰達)國際論壇(簡稱“泰達汽車論壇”)于2022年9月2-4日在天津市濱海新區召開。本屆論壇以“強信念 穩發展 開新局”為年度主題,邀請重磅嘉賓展開深入研討。

在9月4日 “雙碳論壇:動力電池技術的突破與變局”中,蜂巢能源科技股份有限公司高級副總裁、技術中心主任張放南發表了題為“電池技術發展趨勢”的演講。
圖片2
蜂巢能源科技股份有限公司高級副總裁、技術中心主任 張放南
以下為演講實錄:

各位領導、各位專家、各位朋友大家好,我是蜂巢能源的張放南。我跟大家分享的題目是“電池技術發展趨勢”。報告共分為三個部分:第一,對市場做一個簡單的分析。第二,對電池的技術發展趨勢做一個介紹。最后,對蜂巢能源的產品和技術規劃做一個分享。

我對市場的分析,可能做得相對細一點,從細分領域做了一個拆分。目前已經連續4個月,新能源整車滲透率超過25%,提前達到了國家2025年的設定目標。新能源從最初的A00級車型,已經全面覆蓋A0級、B級、C級,實現了滲透率的快速提升。A00級和C級目前的滲透率是最高的,A00已經達到99%以上,C級的滲透率達到40%以上。整個市場呈現啞鈴型結構,目前主流的A級車市場還有很大的提升空間,相信很快就會出現爆發的機會。根據價格劃分,同樣印證了不同等級車型在市場占有率上的分布情況。同樣是5萬以內的車型,以A00為主,目前市場滲透率是最高的。其次是25-35萬的中高端車型,目前的滲透率占比也是很高。從15萬到30萬,主流的市場目前爆發的速度其實比較慢,隨著消費的升級,我們認為未來15萬-30萬區間的車型會實現快速的增長。

結合著市場和車型的發展趨勢,以及未來的爆發點,我們對電池的技術發展趨勢也做了一個初步的分析。從長期看,圓柱、軟包和方型電池將長期存在,但是主流市場仍然是以方型為主。尤其是在國內市場,方型占比超過90%以上,整個國際市場方型的占比在60%左右。但是長期看,這三種形態的電池會持續、長期存在。結合著市場,我們對圓柱、方型、軟包的未來發展方向,做一個簡單的解讀。圓柱和傳統的方型是以卷繞類型為主。結合著整車電壓的匹配,我們認為未來電池的主要發展方向就是把電池做大,在容量和尺寸上做到極致。當然這個前提主要是考慮輕量化和集成化,通過輕量化設計、極簡化設計,使電池的尺寸和容量做到最大,來降低成本,實現體積利用率的快速提升。圓柱主要的方向從早期的18650、21700逐漸發展到現在的4680、46100等等,無論是直徑還是高度尺寸都在進一步做大。從原有的幾個安時到現在三十多安時,快速提升。未來的方向在增大尺寸的同時,主要的方向是厚度方向,同時做極簡化的設計。同時還有短刀和長刀片電池,這兩個方向也會長期存在,但是我們更看好短刀的趨勢。軟包以疊片為主,從早期的355到590到后期更長的發展。整包電池未來的主流方向主要是做集成化、輕量化的設計。熱管理部件代替部分電池包的結構件,實現集成化的設計,包括排氣通道和電池包的防護結構設計等等,實現由傳統的標準模組到CTP、CTC的設計趨勢。我們認為這個趨勢不會發生大的變化,這是主流的趨勢。

針對體系技術路線,從目前全球的裝機發展來看,仍然是以三元占主流,大概占到60%以上,但是鐵鋰近兩年來裝機的比例大幅提升。目前國內的鐵鋰裝機量已經超過50%。我們相信這個數據會進一步增加。隨著剛才提到的電芯集成化進一步提升,我們預計短刀鐵鋰能夠在A級車上實現800公里的續航,B級車上實現700公里的續航。我們認為它的占比未來會進一步增加。從兩輪車、低速車一直到B級以上的高端車型,從續駛里程到售價做完分析之后,我們對材料體系的不同車型占比做了一個劃分。第一行這個是錳酸鋰、鐵鋰和三元是目前主流的材料體系,下面的無鈷尖晶石等是下一步研究內容。300公里以內的車型會以鐵鋰為主。300-700公里的車型,鐵鋰、錳鐵鋰會占據主流的市場份額。在700、800公里以上會有三元,包括中鎳、高鎳的體系,固態、半固態會成為主流的市場。但是現在技術發展突破是很快的。未來鐵鋰的主要發展方向就是通過補鋰,來實現循環壽命的快速提升,做到12000次、20000次的循環,進一步滿足儲能和商務車對于循環壽命的要求。我們對材料體系做了一個簡單的劃分。首先低成本、高性價比的產品,在體系上未來的發展方向主要是三元會從原有的高鎳無鈷,發展到低鎳無鈷。去鋰化是未來鋰電池的一個主要方向,在能量密度相對較低的應用市場,鈉、鎂等新的電池未來競爭會更加激烈。其他的優化方向,包括殼體薄型化,其他材料規模化和自動化等,同樣,控制成本、提升質量、提高性價比也是主要趨勢之一。同樣,制成技術會從原有的常規電極發展到厚電極、雙層涂布等,通過這些工藝技術的提升,使能量密度、電池性能和質量得到進一步提升。

另一個方向就是快充化、高端化。行業里快充需求的明確越來越細,量產的節奏越來越快。我們分析,市場上的車型應該在今年底或明年初實現4C充電、800伏產品的量產。針對快充,我們就未來的主要方向做了一個解讀,快充從原有的45分鐘到現在20分鐘、10分鐘。10分鐘充電已經能夠使整車達到續駛250公里,我們也完成了相應的測試和認證。未來快充是不是進一步提升,由4C提到5C、6C等等,我們認為需要結合著市場的充電樁布局能力,以及現在整車的其他附件配合能力來共同實現。目前4C已經能夠滿足大部分市場需求。結合充電樁情況,對下一步是否提升快充能力,還需進一步分析。更高的能量密度主要是固態、半固態,以及鋰空氣等新型化學體系。高安全、高密度成為所有電池企業追求的主要方向之一。

下面介紹一下蜂巢能源在材料體系、技術和產品的布局。首先,蜂巢能源的技術路線。我們把技術路線分成兩大類。主要劃分的類別是無鈷系和傳統的三元。我們叫大無鈷,包括鐵鋰、鈉電、三元都在其中,未來這部分會達到70%-80%。在整個化學體系的路線方向上,我們做了明確的劃分。未來各個技術路線,包括無鈷、三元,主要的發展方向是提升能量密度,通過材料技術的提升以及結構的簡化、輕薄化等等,最終的主要方向還是在保證安全、降本的前提下,進一步提升能量密度。鐵鋰的未來發展方向中能量密度的提升就是錳鐵鋰,三元無鈷未來的方向是尖晶石。我們已經有兩款產品,實現了無鈷化。245Wh/kg的產品主要適配800公里,240Wh/kg會適配600公里的產品。這是蜂巢未來全域電池的短刀化布局。我們覆蓋從L3-L6短刀全尺寸,覆蓋從1.6-4C的全充電范圍,覆蓋無鈷、三元等全化學體系。覆蓋乘用車、商用車、非高速電動車等全域的使用場景。我們現在做的PHEV以及增程式L4產品。短期內PHEV和增程式會出現爆發,市場需求會提升。針對PHEV產品,去年初我們就完成了續駛里程50公里、150公里、250公里的全部布局,重點布局鐵鋰的產品。我們通過磷酸鐵鋰來實現這幾個里程的PHEV全面覆蓋和布局。全域短刀化布局,重點介紹一下L6純電動產品的布局和應用情況。目前主流布局了5款產品,包括從A0-B級以上,包括傳統的SUV到轎跑等稍低底盤的產品。我們做過短刀產品的電池包布置分析,從目前看,短刀產品的成組效率要比傳統的電池包成組效率高30%以上。尤其在高度尺寸受限的轎跑車型,它的成組效率會更好一些。這些產品都陸續在開發過程中,184實現量產預計一年左右,196今年實現量產,其他產品會陸續實現量產。這是快充產品的布局。整個市場對快速充電的需求越來越明確,越來越迫切。我們蜂巢對快充產品也完成了布局,包括兩款,一款是149Ah,4C產品,已經匹配了客戶的整車,完成了冬標和夏標的標定。160Ah,2.2C的產品,能量密度在250Wh/kg,完成了產品的設計和定型,配合整車做相應的標定和開發,明年中旬實現量產。短期內800V,4C產品,需要結合著充電樁、整車其他電器件的情況。我們對電芯的容量做過推導,最終的結論就是150Ah左右的產品適配400-800V,是最優容量的選擇。短期內,在充電樁布局快但布局沒那么完整的前提下,我們做的800V系統可以兼容400V充電樁。這款產品結合了市場分析、客戶需求分析,最終完成產品設計和定義開發。

蜂巢愿攜手行業各位同仁共創未來,謝謝大家! 

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