2021全球供应链大会|中航锂电谢秋:尖晶石镍锰酸锂是下一代动力电池正极的候选

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10月11-12日,由南京市人民政府、中国电动汽车百人会共同主办的“2021第三届全球新能源汽车供应链创新大会”在南京国际博览会议中心召开。本届大会的主题是“全球变局与双碳目标下的汽车供应链”。

在12日上午举办的动力电池主题峰会上,中航锂电乘用车事业总经理谢秋发表了主题演讲。就下一代动力电池他分享了观点,从资源、成本的角度,尖晶石镍锰酸锂是下一代动力电池正极的候选。面对TWh时代如何高效制造?他指出,现在一条产线大概是两到三个GWh,我们现在想单条线效率上达到10GWh,发布的One-Stop的电池是第四种封装形式。

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以下为演讲实录:

各位业界同仁中午好,非常高兴有机会给大家分享一下关于下一代动力电池的一些想法。

9月份欧洲新能源的渗透率已经达到了24%,国内的数据还没出来,但是大概率也是要高于20%。随着新能源井喷式的增长,我们也面临着巨大的挑战,我们认为未来两年,可能挑战比机遇还要大一些。一个是双碳计划,最近的限电大家都有切身体会,新能源高速发展,同时产业链,正极材料,负极材料,电池生产本身是高耗能的环节,最后我们如何在设计端,从材料到电池的设计,以及工艺创新,设备创新,以及使用,回收相关环节如何去创新,来降低碳的排放。

第三个,现在资源的不均衡,碳酸锂今年相比于去年涨了四到五倍,再叠加现在双碳的影响,现在整个行业的成本压力巨大。我觉得现在新能源市场是否能发展起来的一个前提,就是我们的成本能不能控制在汽车工业所需的水平范围内。

这是我们关于如何破局,如何降低资源的消耗,如何降低成本的一些思考。一个是能量密度,肯定是一个大的方向,降低电池的重量,减少整车的能耗,通过减少整车能耗也能够降低整车相同续航条件下对于电池的需求。

一是能够提升电池的生产效率,做铁锂一条线是2GWh,做三元一条线就是3GWh,差不多相同的能耗条件下,单位产出低了,就是单位的能耗也会降低。要做的工作,这些高能量密度,高压材料的开发,结构的创新,超薄集流体的应用,还有就是结构的创新。

二是长寿命,电池现在国内的水平,做到50万公里以上的寿命是完全没问题的,但是私家车使用的寿命一般都不会超过20万公里,现在电池设计的冗余太大了,大家讲梯级利用,整个过程当中会加入新的碳排,也会注入新的成本。我们的理念,车在服役周期内,应该把价值发挥好,这也是最低的降能耗的方式。现在国家电网也在提V2G,我们可以畅想一下,全国的发电量大概是22亿千瓦左右,我们的新能源车保有量达到1亿辆的时候,每台车贡献10千瓦的功率,对于整个电网的负荷会有很大的帮助。尤其是现在的资源都很紧张,储能也开始爆发,如果储能市场再去建新的储能电站,现在的锂资源,相关的资源就会更加紧张。

三是高效率制造,材料本身的创新降低对稀缺资源的使用,本身材料也要做一些改性,包括电池制造环节当中的能耗。现在大家推的高镍八系、九系,也会增加电池企业生产过程当中的能耗。还有大家讲的回收再生,怎么能够更高效地回收,更低成本的回收,更低碳的回收。还有就是电池面对TWh时代大规模的制造,如何大幅提升电池的生产效率。像特斯拉的4680就是一种创新。

四是内阻,减少内阻,很直接的改善是提升电能和化学能之间的转换效率,以降低碳排。还有就是提升了充电速度之后,大家可能对于里程就没那么焦虑,那么纠结了,现在大家都装100度电,如果有足够快的充电速度,大家可能对于里程没那么焦虑,就可以少装电池,少消耗相关的资源。这也是我们这么多年,2007年到现在不断的迭代,最早的时候,2007年的铁锂水平就是100Wh/kg,2019年用了磷酸锰铁锂和三元的混合技术,现在磷酸锰酸锂行业内又开始热起来了,后期三元安全性不断提升,到了后来的五系、六系材料,以及将来的九系,以及尖晶石的镍锰酸锂,2022年就会推出相关的产品量产。

这是我们对于下一代材料的展望,我们特别认同黄老师的观念,正极材料将来可能有几条路线,资源的角度,成本的角度,我们认为尖晶石镍锰酸锂是下一代正极的候选,我们做了一个计算,咱们现在正常的三元材料,五系、六系的材料,现在的锂只用了70%,其他30%的锂是不参与充放电的,这是一种资源的巨大浪费。尖晶石的镍锰酸锂参与反应的锂可以达到95%的水平,同时它跟铁锂的利用率差不多,但是镍锰酸锂这种尖晶石结构的能量密度又会高很多。

如果现在锂的利用率从70%到了95%,意味着我们现在对于锂的需求就能下降30%,今年碳酸锂的行情大家都能看到,如果需求下降30%,相信现在碳酸锂的行情不会像现在这么紧张。低镍高锰从成本和资源的角度,是下一代电池材料的候选。

还有就是负极材料,怎么去降低资源的消耗,一个是石墨,国内动力电池天然石墨用得比较少,也没有太用好,石墨化的过程也是高能耗的过程,下一步天然石墨也是大家要研究的重点方向,怎么降低能耗,降低成本。二是提升性能,如何不断提升能量密度,提升快充速度,包含这些天然石墨的包覆改性,新材料的应用,是下一步要做的研究工作。

还有一个就是结构创新,电池包里面真正有用的是活性物质,正极负极的活性物质,其他的结构件原理上来讲并不是必要存在的,要做极简化的设计,这是我们对于结构性的设计,从第一代的重量上可以看到,结构重量单位体积占比,每升结构件的重量是400克,一直到明年要推出的产品,降到120克每升,降低结构件的重量,把重量空间尽量让给活性物质。包括DCR也在不断降低,结构件本身的DCR,从0.2降到0.15毫欧,装配工序都在做极简化的设计。

这是350Wh/kg的关键技术,现在做出来的成品,一毫米的钢针刺两毫米,伴随着电压的降低。

大家都讲到了回收,我谈谈我们对于回收的认识,第一个,我们认为电池最好在它的生命周期内,在车上的服役期间就把价值发挥好,下来真的只是回收而已。如何高效回收,现在的回收算是三代技术,一代很野蛮暴力的烧,第二代是破碎,把电池丢进去。第三代,我们想的是做精细化的,自动化的拆解,铜箔、铝箔、正极、负极材料完整地分离出来,这样效率上会高很多。三是短流程的原位再生,当然这个很难,现在大家的做法,破碎完之后变成盐,硫酸钴,硫酸镍,再回收成材料,我们想缩短流程,材料层级直接做相关的再生,降低整体的碳排,降低成本。

最后是我们面对TWh时代如何高效制造的思考,现在一条产线大概是两到三个GWh,如果真的要去做TWh,不可能再去建这么多的线,我们现在想单条线效率上达到10GWh以上,底层功能就要重新进行构思,现在发布的One-Stop的电池是第四种封装形式,同时我们在整个工艺,装备上做了很多的创新,我们的能量密度可以看到,在体系不变的前提下,能量密度大概能提升10%,包含零部件可以减少20%。在相同的空间内,我们的电池可以由三元变成铁锂,因为体积能量密度更高,铁锂支持700公里,电池包的能量密度能到160Wh/kg,做三元的话,里程能支撑一千公里,电池包的能量密度达到240GWh/kg,今年四季度可以看到公告,电池包的能量密度可以达到220Wh/kg,明年开始大规模的量产。

我的演讲完了,希望大家一起推动整个产业健康的、可持续的发展,谢谢大家。

来源:第一电动网

作者:王鸣幽

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