廣汽埃安李進(jìn)：動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)探索
李進(jìn)：首先感謝協(xié)會(huì)的邀請(qǐng)，今天很榮幸給大家分享一下我們從整車企業(yè)角度，我們也是在做電池研發(fā)準(zhǔn)備量產(chǎn)，我們?cè)趺纯唇陙?lái)動(dòng)力電池的技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)還有我們做的技術(shù)探索。
首先先看一下市場(chǎng)環(huán)境，從2021年以來(lái)整個(gè)新能源市場(chǎng)滲透率是快速拉升過(guò)程，2023年預(yù)計(jì)新能源乘用車的銷量達(dá)到850萬(wàn)輛，距離900萬(wàn)輛的目標(biāo)非常近，同時(shí)我們廣汽埃安從今年前9個(gè)月的銷量已經(jīng)達(dá)到了35萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)全年可以達(dá)到50萬(wàn)的目標(biāo)。
從客戶需求分析，整個(gè)新能源車的銷量對(duì)我們車企來(lái)說(shuō)要滿足客戶不斷提升需求，我們對(duì)用戶需求分析來(lái)看，目前續(xù)航里程、充電速度、價(jià)格和品質(zhì)安全是新能源客戶關(guān)注的重要因素，目前主流的路線是鐵鋰和三元，各自還存在一些短板，鐵鋰進(jìn)一步改善低溫性能、提升快充、能量密度要進(jìn)一步提升。三元主要解決的是成本和本征安全的問(wèn)題。
目前我們對(duì)技術(shù)路線進(jìn)行分析，首先看一下封裝方式，我們預(yù)測(cè)方形、軟包、大圓柱三種封裝方式長(zhǎng)期并存，大尺寸化是未來(lái)的趨勢(shì)，有利于提升能量密度、降低成本，通過(guò)大尺寸化提升容量，通過(guò)降低復(fù)材結(jié)構(gòu)件的占比達(dá)到降本目的。方形這兩種優(yōu)勢(shì)都有優(yōu)勢(shì)，對(duì)長(zhǎng)導(dǎo)型刀片這一類整體的Z向空間利用會(huì)更好，體積利用率會(huì)更高，對(duì)于窄厚型未來(lái)對(duì)于快充、降內(nèi)阻更有優(yōu)勢(shì)，整體我們認(rèn)為方形成本、壽命、整包利用率、系統(tǒng)安全防護(hù)方面具有綜合的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)會(huì)成為市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。
對(duì)于三元我們覺(jué)得大圓柱是后續(xù)重點(diǎn)的方向，更適合三元體系，也可以帶來(lái)制造成本的降低，同時(shí)容易實(shí)現(xiàn)無(wú)模組化和平臺(tái)化，我們預(yù)測(cè)它在高性能車型上會(huì)擴(kuò)大它的應(yīng)用規(guī)模。
化學(xué)體系，整體分為兩個(gè)路線，高性能、高性價(jià)比，這個(gè)是我們大體分的。高性能主要是三元電池為主，后續(xù)主要提升能量密度和快充性能，逐步向固態(tài)方向發(fā)展解決本征安全性的需求。高性價(jià)比這一塊目前鐵鋰是市場(chǎng)的主流，占比在不斷的提升，由于它目前的成本、壽命、本征安全具有比較大的優(yōu)勢(shì)。后續(xù)我們認(rèn)為高錳、高壓體系可以實(shí)現(xiàn)能力密度進(jìn)一步提升和成本的降低，進(jìn)一步取代鐵鋰。
還有鈉離子電池，雖然現(xiàn)在磷酸鐵鋰價(jià)格下降對(duì)鈉離子是利空的消息，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，從擺脫對(duì)鋰資源的依賴，鈉離子電池還是有開(kāi)發(fā)的需求。
目前磷酸鐵鋰的材料比容量已經(jīng)接近理論值，后續(xù)主要是通過(guò)正極補(bǔ)鋰、壓密、材料的輕薄化包括復(fù)合箔材的應(yīng)用以及整包設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)一步提升能量密度，由目前的420未來(lái)提升到440、450Wh/L的能力，同時(shí)我們通過(guò)整包利用率的提升，目前從量產(chǎn)63%逐步提升到75%以上，實(shí)現(xiàn)整體整車?yán)m(xù)航的提升，目前在市場(chǎng)上基本搭載鐵鋰的車型可以提到600km續(xù)航的水平，未來(lái)我們覺(jué)得對(duì)于鐵鋰還要進(jìn)一步去提升，提到700或者是800，這樣相對(duì)于燃油車來(lái)說(shuō)基本上感受是差不多的。
另外一方面對(duì)于鐵鋰電池在滿足用戶基本續(xù)航需求的基礎(chǔ)上提升快充是后續(xù)的一個(gè)發(fā)展方向，主要是從電芯層級(jí)通過(guò)材料、電芯設(shè)計(jì)的優(yōu)化大幅提升電芯的快充性能。現(xiàn)在鐵鋰的快充卷得比較厲害，各個(gè)企業(yè)從最早的提升能量密度現(xiàn)在開(kāi)始搞鐵鋰快充，具體來(lái)看材料層面正極主要是通過(guò)優(yōu)化粒徑分布減少大顆粒，優(yōu)化包覆，負(fù)極通過(guò)原料膠的優(yōu)化、骨料粒徑的優(yōu)化減少歷經(jīng)，優(yōu)化碳包覆。電解液層面我們可以做構(gòu)建SEI包括羥基性溶劑的應(yīng)用提高鋰的溶劑化，同時(shí)還有隔膜，可以大幅提升電芯的快充能力，電芯設(shè)計(jì)層面我們通過(guò)極片設(shè)計(jì)，電芯尺寸和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提升快充，極片層面從單極耳向多極耳、全極耳的轉(zhuǎn)變，同時(shí)多層結(jié)構(gòu)的極片和第一曲度極片的應(yīng)用也逐漸在量產(chǎn)產(chǎn)品中得到了一些應(yīng)用。
另一方面即使我不對(duì)化學(xué)體系和電池設(shè)計(jì)進(jìn)行變更，通過(guò)升溫加熱和充電策略優(yōu)化可以打幅度提升鐵鋰電池的充放電速率和縮減充放電的時(shí)間。我們可以看到在常溫下鐵鋰從0到100%SOC可以實(shí)現(xiàn)平均1.7C的快充，升到40度進(jìn)行充電其實(shí)平均可以拉到2.6C，對(duì)快充時(shí)間的縮短貢獻(xiàn)比較大。
另外一個(gè)充電策略，目前應(yīng)用比較多的是階梯充放電的方法，當(dāng)然階梯還有很多挖掘的空間，包括把每一個(gè)階梯進(jìn)行一個(gè)細(xì)化，達(dá)到電池在不同的SOC最大的充電能力，在這方面可以進(jìn)一步縮短充電時(shí)間包括脈沖充電策略的應(yīng)用，我們?cè)谶@一塊做了很多的探索，包括充放電策略整合在一起，我們優(yōu)化了一些策略，實(shí)現(xiàn)了鐵鋰電池快充能力大幅度提升，常溫情況下即使電池是常規(guī)設(shè)計(jì)不對(duì)它進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的變更，也是可以做到36分鐘充滿，如果配合升溫可以做到26分鐘充滿。
目前三元電池+方鋁的方案是主流，未來(lái)三元和大圓柱是重點(diǎn)的方向，因?yàn)樗切枨蟾偷闹圃斐杀荆俏覀冇X(jué)得因?yàn)楝F(xiàn)在鐵鋰本身的續(xù)航提得比較高，同時(shí)它的快充也在逐步提升，所以對(duì)三元的要求也越來(lái)越高，未來(lái)三元電池可能在快充能力上要達(dá)到C級(jí)以上的能力。
46圓柱與傳統(tǒng)的21和18的結(jié)構(gòu)上存在差異，也是在整個(gè)制備工藝上存在一些差異，前期各個(gè)企業(yè)包括自己也做了很多的探索，我們認(rèn)為現(xiàn)在目前它的工藝路線是在收斂過(guò)程中，前期可能主要是有極耳揉平和壓平，從這張圖可以看出下面這條路線我們認(rèn)為它在生產(chǎn)過(guò)程中還是有一些問(wèn)題，包括金屬碎屑、過(guò)流能力同時(shí)要考慮大圓柱電池在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中熱安全性的問(wèn)題，熱失控的行為怎么去最終達(dá)到無(wú)熱蔓延的效果，不同的工藝路線還是有一些差異，所以我們認(rèn)為后續(xù)可能重點(diǎn)是在極耳壓平包括激光穿焊這些方式最終實(shí)現(xiàn)46大圓柱整體的競(jìng)爭(zhēng)力。
這一塊我們也做了一些探索和分析，目前整體大圓柱相比傳統(tǒng)焊接比率和良率有待進(jìn)一步提升，這是目前制約46快速量產(chǎn)主要的原因，另外我們通過(guò)分析對(duì)標(biāo)驗(yàn)證和開(kāi)發(fā)看到目前大圓柱采用鋼殼內(nèi)阻針對(duì)方形還是比較大，現(xiàn)在EC充電大部分沒(méi)有問(wèn)題，快充的情況下，很多產(chǎn)品的壽命衰減也是比較厲害，目前我們?cè)谶@一塊也做了相關(guān)工作，持續(xù)降低內(nèi)阻，目前做到2.2，希望后續(xù)做到1.8，以滿足3C或者4C以上快充的需求，從這個(gè)圖可以看到，我們做了對(duì)標(biāo)分析，3C的時(shí)候衰減還是挺快的，我們通過(guò)工作目前可以做到3C的快充，整體來(lái)說(shuō)對(duì)于大圓柱電池除了改善快充，壽命也是需要攻克的。
三元和鐵鋰，鐵鋰成本占比不斷的提升有很大的原因是成本的問(wèn)題，我們也在考慮三元未來(lái)在成本情況下能表現(xiàn)出它的成本競(jìng)爭(zhēng)力，主要還是金屬的價(jià)格，包括鎳價(jià)對(duì)成本影響比較大，同時(shí)另外一個(gè)方式通過(guò)回收，綜合考慮回收實(shí)際上三元的成本可以比鐵鋰綜合利用成本要低，但是一個(gè)瓶頸是目前生態(tài)模式的問(wèn)題，電池至少用10年、8年，怎么打通生態(tài)是當(dāng)前需要解決的問(wèn)題。
另一方面對(duì)于未來(lái)高錳高電壓的體系是未來(lái)的一個(gè)重要方向，主要得益于平臺(tái)高、能量密度高、單位耗鋰量比較低，理論成本會(huì)更低，目前還是有解決相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題，包括高溫產(chǎn)氣的問(wèn)題、錳溶出的問(wèn)題、內(nèi)阻的一些問(wèn)題。
最后是固態(tài)電池，最近也是比較熱，包括各大車企發(fā)布了固態(tài)電池量產(chǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)下一代的電池大家都關(guān)注了固態(tài)電池，我們也是進(jìn)行了相關(guān)的研究和技術(shù)的分析判斷，我們整體看下來(lái)硫化物目前的技術(shù)成熟度相對(duì)比較高，近期可能我們認(rèn)為第一代量產(chǎn)的可能會(huì)是硫化物，但是硫化物本身有安全性問(wèn)題，包括需要遇水產(chǎn)生硫化氫，對(duì)加工環(huán)境要求比較高，長(zhǎng)遠(yuǎn)降成本還是有難度，硫化物電池要在一定的壓力下發(fā)揮更好的性能，這一塊都是需要進(jìn)一步解決和突破。遠(yuǎn)期來(lái)看我們認(rèn)為無(wú)機(jī)氧化物、聚合物的復(fù)合體系是未來(lái)更有潛力的一個(gè)方向。
從正極的角度來(lái)說(shuō)我們近期覺(jué)得是高鎳，后續(xù)過(guò)渡到負(fù)極錳基的材料，從負(fù)極的角度說(shuō)當(dāng)前的量產(chǎn)是硅，后續(xù)往鋰金屬，我們認(rèn)為現(xiàn)在也在關(guān)注無(wú)負(fù)極的技術(shù)，最終還是會(huì)走到無(wú)負(fù)極的技術(shù)和體系，這里面對(duì)于固態(tài)電池要解決的技術(shù)問(wèn)題，包括高容量長(zhǎng)續(xù)航的負(fù)極技術(shù)，還有超薄固態(tài)電解膜的技術(shù)，還有高面容量的正極技術(shù)和界面改性技術(shù)，這都是需要進(jìn)一步突破的一些關(guān)鍵技術(shù)。
最后介紹一下廣汽埃安的情況，廣汽埃安位于廣州番禺廣汽智聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)園，成立于2017年7月28日，是廣汽集團(tuán)面向汽車新四化發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車的核心載體。廣汽埃安智能生態(tài)工廠2019年4月投產(chǎn)，2022年2月第一工廠實(shí)現(xiàn)20萬(wàn)產(chǎn)能，2022年10月第二工廠投產(chǎn)，達(dá)到40萬(wàn)產(chǎn)能;2023年11月第三工廠啟動(dòng)，提升產(chǎn)能至60萬(wàn)以上。電池是新能源汽車關(guān)鍵核心零部件，廣汽集團(tuán)“萬(wàn)億廣汽”明確要發(fā)力“零部件強(qiáng)鏈延鏈。我們重點(diǎn)關(guān)注電池的資產(chǎn)和研發(fā)。
最后介紹一下廣汽自主電池的研發(fā)歷程，廣汽在整車廠是屬于較早開(kāi)始自動(dòng)化和自主電池研發(fā)的企業(yè)，我們?cè)?011年的時(shí)候開(kāi)始新能源汽車的研發(fā)，納賄是重度混合的動(dòng)力車型，2017年埃安成立，同時(shí)我們收款BEV電池量產(chǎn)，同時(shí)我們開(kāi)始自主電芯研發(fā)。2022年埃安完成混改完成A輪融資，我們集團(tuán)成立了電池科技公司，2023年12月份開(kāi)始投產(chǎn)，對(duì)于電池的策略我們不是全部自己去生產(chǎn)，我們始終堅(jiān)持三路并舉的一個(gè)策略，擇優(yōu)外購(gòu)、合資合作、自主開(kāi)發(fā)。
以上是我的分享，謝謝!
以上為演講速記，內(nèi)容未經(jīng)演講者審閱。
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