孚能科技董事長(cháng)王瑀：軟包，未來(lái)新能源乘用車(chē)市場(chǎng)的寵兒
編輯丨麥 子
美編丨CBEA獨耀
▲圖為孚能科技董事長(cháng)王瑀作主旨發(fā)言
日前，“第二屆新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池（CIBF2021深圳）國際交流會(huì )”在深圳隆重召開(kāi)。孚能科技董事長(cháng)王瑀在開(kāi)幕式專(zhuān)場(chǎng)作主旨發(fā)言。
以下為孚能科技董事長(cháng)王瑀發(fā)言?xún)热荩ㄕ恚?nbsp;
*注：以下軟包電池均指軟包鋰離子電池
非常感謝組委會(huì )的邀請，也非常感謝在座的各位對本次會(huì )議的支持，希望大家通過(guò)這次會(huì )議對鋰離子軟包電池有進(jìn)一步了解，一起把軟包電池做好，為新能源汽車(chē)未來(lái)的蓬勃發(fā)展做出貢獻。
01
軟包——時(shí)間的朋友，未來(lái)新能源乘用車(chē)市場(chǎng)的寵兒
1990年索尼公司率先開(kāi)發(fā)了鋰離子電池，1994年軟包鋰離子電池被提出，1996-1997年多家日本公司開(kāi)始了液態(tài)及凝膠鋰離子軟包電池產(chǎn)品技術(shù)開(kāi)發(fā)及應用，現在鋰離子軟包電池幾乎壟斷了3C市場(chǎng)。隨后，軟包電池開(kāi)始在汽車(chē)方面的開(kāi)發(fā)應用，2000年軟包電池在汽車(chē)行業(yè)的應用正式拉開(kāi)帷幕。
軟包電池在國際市場(chǎng)上比方殼電池應用更廣泛，歷史更悠久。放眼歐洲市場(chǎng)，根據EV Sales的數據顯示，2020年歐洲銷(xiāo)量排前20名的電動(dòng)車(chē)中，其中有15款采用的是軟包電池，包括戴姆勒、日產(chǎn)、雷諾、大眾、現代、奧迪、沃爾沃等，大家能想到的大部分廠(chǎng)家，基本上都有軟包電池應用的車(chē)型。
02
三高一低”——軟包的獨特優(yōu)勢
l 高安全
由于軟包電池的形狀是長(cháng)方形，并且很薄，傳熱面積大，非常便于散熱和熱管理，這樣使得電池在極端的情況下都能受控。所以電池正常產(chǎn)熱甚至熱失控發(fā)生時(shí)，熱量能很快釋放出去，另外熱失控產(chǎn)生的氣體也很容易在軟包電池中釋放，能夠迅速的降溫，這些特點(diǎn)都會(huì )使電池熱失控帶來(lái)的破壞性降到最低。
l 高能量密度
軟包采用鋁塑膜封裝的形式，相同容量前提下節省更多的裝配組件，理論上能量密度可以更高。例如，我們的量產(chǎn)電池能量密度達到了285Wh/kg，并且仍在持續提高過(guò)程中，能量密度方面明顯優(yōu)于方殼及圓柱電池。
l 高靈活性
軟包電池的形狀非常適合于未來(lái)新能源汽車(chē)的發(fā)展，形狀可變，尺寸可調，并且重量方面較同等容量的鋼殼電池輕40%，比鋁殼電池輕20%，可以說(shuō)滿(mǎn)足了OEM各種差異化的需求，提供了從超跑到越野車(chē)的底盤(pán)集成化方案。它很適合不同的場(chǎng)景應用。
l 低成本
相比較其他形態(tài)，軟包電池的理論材料成本最低，同時(shí)軟包電池的內阻較小，可以極大的降低電池的自耗電，循環(huán)壽命更長(cháng)，也是成本的降低。雖然當前軟包電池設備沒(méi)有方型電池設備成熟、設備攤銷(xiāo)稍高，但未來(lái)會(huì )大幅改善。方形電池、圓柱電池自1990年開(kāi)始走過(guò)漫長(cháng)的發(fā)展歷程，回顧過(guò)去，90年代的圓柱電池設備遇到的問(wèn)題和現在軟包電池遇到的問(wèn)題是一樣的，我相信在座的設備供應商同仁們，都會(huì )在未來(lái)為我們開(kāi)發(fā)出更高效的軟包設備，一起把軟包電池的優(yōu)勢發(fā)揮出來(lái)。
軟包電池的應用非常廣泛。在巴黎會(huì )議之后，國際社會(huì )提出了碳中和、碳排放的全世界共同努力目標。未來(lái)，在儲能、智慧家庭、智慧城市、能源互聯(lián)、工業(yè)等市場(chǎng)，電池產(chǎn)品應用會(huì )越來(lái)越多，發(fā)展空間將會(huì )非常廣泛。軟包電池獨特的安全、長(cháng)循環(huán)等優(yōu)勢，為上述市場(chǎng)提供了有力的技術(shù)支持。
03
車(chē)用電池的“四大挑戰”
1）能量密度——電池作為汽車(chē)的核心零部件，在滿(mǎn)足新能源車(chē)基本要求的同時(shí)，電池的標準化越來(lái)越受到關(guān)注，但目前電池由于能量密度還比較低，還無(wú)法滿(mǎn)足這些要求。眼下為滿(mǎn)足續航里程及其它性能的要求，需開(kāi)發(fā)多種不同型號動(dòng)力電池。為了持續滿(mǎn)足未來(lái)新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的需求，需要重量更輕、體積更小的動(dòng)力電池。目前量產(chǎn)或已接近量產(chǎn)階段的動(dòng)力鋰離子電池能量密度大約在300Wh/Kg左右，我們未來(lái)需要盡快突破400Wh/kg及1000Wh/L的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)瓶頸。
2）快充——新能源汽車(chē)目前的充電時(shí)間大約是1個(gè)小時(shí)，這個(gè)時(shí)間依然太長(cháng)。想象一下如果我們駕車(chē)從深圳開(kāi)往武漢，中間需要花1小時(shí)停下來(lái)充電，這是什么樣的心情和感受？如果快充問(wèn)題得以解決，我們就不需要背負又大又重的電池，汽車(chē)的成本也會(huì )相對降下來(lái)。目前行業(yè)里的共識是：在不影響續航的情況下，充電的時(shí)間能夠快速降低到15分鐘以下。
3）安全——最近兩年經(jīng)常會(huì )看到有關(guān)新能源汽車(chē)熱失控、起火等報道，電動(dòng)車(chē)的安全已經(jīng)引起行業(yè)的關(guān)注，成為制約新能源車(chē)發(fā)展的、必須克服的技術(shù)問(wèn)題。電池系統安全有可能是產(chǎn)品設計問(wèn)題，也有可能是產(chǎn)品制造問(wèn)題，同時(shí)還有可能是使用不當的問(wèn)題。首先在設計階段保證電池整體系統的安全，尤其是目前在電芯技術(shù)無(wú)法達到絕對安全的階段，更需要在系統整體設計方面確保安全；二是確保無(wú)制造瑕疵，使設計安全得到保障；另外，確保在客戶(hù)使用過(guò)程中電池包控制不超越安全使用邊界。當然，如果能徹底解決電芯本身熱失控問(wèn)題，未來(lái)的模組及系統設計、電池的管理就變得相對簡(jiǎn)單。
4）成本——2000年，我們預測過(guò)如果車(chē)用動(dòng)力電池系統能量密度能達到300Wh/kg，成本能達到$100/kWh， 電動(dòng)車(chē)的普及就不應該成為問(wèn)題?，F在來(lái)看，電動(dòng)車(chē)已經(jīng)開(kāi)始大規模的走向這個(gè)目標。三元電池系統的成本與$100/kWh還有一些差距，但是已非常接近了?，F在我們的整車(chē)客戶(hù)又向我們提出新的成本目標，也就是$80/kWh，如果這個(gè)目標能夠實(shí)現，電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力系統成本與汽油發(fā)動(dòng)機成本基本匹配，整車(chē)的成本不會(huì )高于傳統的汽車(chē)。此外，再加上電動(dòng)車(chē)使用成本低的優(yōu)勢，電動(dòng)汽車(chē)的競爭力將會(huì )變得更強。
l 能量密度提升路徑：
電池能量密度關(guān)鍵取決于電極活性材料。過(guò)去幾年，由于正負極材料方面的發(fā)展，尤其是高鎳/高電壓三元材料及高容量石墨材料，使得近300Wh/kg軟包鋰離子動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化成為現實(shí)。另外，低載量氧化亞硅基及硅基石墨材料的開(kāi)發(fā)及與高鎳三元材料的結合，預計將使320Wh/kg軟包鋰離子動(dòng)力電池很快將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。雖然在提高能量密度方面取得上述可喜的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，但目前還沒(méi)有成熟的技術(shù)解決>400Wh/kg電池的產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。要突破400Wh/kg技術(shù)瓶頸，需要開(kāi)發(fā)更高能量密度的負極，例如：更高載量的硅基石墨、硅、金屬鋰等負極材料；以及更高能量密度的正極材料，例如：>250mAh/g、高電壓三元材料及其它更高能量密度的正極材料。孚能科技從2002年開(kāi)始一直專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)>1000mAh/g負極材料及>250mAh/g正極材料及其產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，目前已實(shí)現285Wh/Kg軟包鋰離子動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化。
孚能科技希望與各位同行，尤其是材料供應商們一起努力，去突破材料上的種種瓶頸，使得動(dòng)力電池能量密度不斷提高，滿(mǎn)足新能源汽車(chē)整車(chē)對動(dòng)力電池續航里程、快充、輕量化、標準化等方面的需求。
l 快充性能提升路徑：
我們知道快充需要解決直流阻抗和離子傳輸問(wèn)題，跟材料及電池設計有很大的關(guān)系。目前鋰離子動(dòng)力電池高快充能力主要受以下兩方面的制約：
1、電池的阻抗。鋰電池充電電壓窗口比較窄，如果電池阻抗太高，在大電流充電情況下很快達到電池規定的截至電壓，造成充不滿(mǎn)電的結果。電池的阻抗大小取決于電池的材料及設計，正負極材料的導電能力及鋰離子遷移能力，電解液電導率、導電輔助材料導電率、載流體等；
2、以石墨為負極活性材料的鋰離子動(dòng)力電池的析鋰。制約目前鋰離子動(dòng)力電池另外一個(gè)因素為負極析鋰問(wèn)題。為了確保不析鋰，在鋰離子電池設計及使用過(guò)程中，負極的電位控制在0伏以上，一旦負極電位低于0伏，在充電過(guò)程中，負極將會(huì )析鋰，從而帶來(lái)安全隱患。大電流充電時(shí)，阻抗太高很容易就充到了截止電壓，達不到滿(mǎn)充的目的，同時(shí)也造成負極過(guò)電壓產(chǎn)生析鋰。如何解決電池阻抗的問(wèn)題以及負極過(guò)電壓無(wú)析鋰，同時(shí)滿(mǎn)足整車(chē)廠(chǎng)電池性能及快充要求，電池廠(chǎng)需在充電能力與其它性能方面找到平衡。對于快充電池來(lái)說(shuō)，目前的技術(shù)只能犧牲能量密度，比如說(shuō)280Wh/kg變更到240Wh/kg，或者采用能量密度低但快充能力比較好的材料以實(shí)現快充的變通方式。軟包電池本身阻抗比較小，形狀非常利于快充電池的設計。歸根到底，我們要從根本上解決石墨不析鋰的問(wèn)題，在電池的阻抗和設計方面就要繼續的挖潛，需要更好的導電劑、阻抗低的正負極材料，提高一些負極材料充電電壓及開(kāi)發(fā)無(wú)析鋰的負極材料。硅材料在這方面有獨特的優(yōu)勢，硅基材料可助力充電能力大大提升，也為未來(lái)的快充提供了很好的方向。對于孚能科技來(lái)說(shuō)，對未來(lái)將會(huì )推出的>300Wh/kg的電池產(chǎn)品，都會(huì )為快充提供良好的解決方案。
l 安全性能提升路徑：
解決電池安全問(wèn)題需要分兩條腿走路。
一是從活性材料上解決，無(wú)論是嵌鋰的負極石墨材料，還是三元正極材料，在極端的情況下都會(huì )出現熱失控的問(wèn)題。比如在負極上，如何解決鋰化后負極材料及SEI膜穩定性的問(wèn)題。熱失控的一個(gè)引發(fā)點(diǎn)是負極SEI分解，熱量引發(fā)了隔膜紙短路及正極材料的進(jìn)一步反應。負極上需做穩定SEI的工作，它的穩定性提高了，帶來(lái)的負面影響就是制約充電速度和電池其他的性能。正極材料方面，在高溫的情況下，它的反應還是非常高，尤其是三元811材料。如何解決高電壓正極材料結構穩定性和高電壓脫鋰后正極材料表面反應活性的問(wèn)題是未來(lái)研究的方向。
另外一個(gè)解決方向是電解液方向。軟包電池在極端情況下也會(huì )出現熱失控，雖然說(shuō)它非常溫和。普遍認為固態(tài)電池是徹底解決目前鋰離子電池熱失控的最終方案。但就現階段而言，固態(tài)電解質(zhì)還不成熟，離真正的應用還有很長(cháng)的一段距離。我們認為發(fā)展的方向應該先從液態(tài)到半固態(tài)(凝膠)，然后再到半固態(tài)（固體電解質(zhì)），最后在過(guò)渡到全固態(tài)電池這樣發(fā)展歷程。半固態(tài)凝膠電池已經(jīng)大大改善軟包電池的安全性，但由于還在使用傳統聚合物隔膜紙，在熱失控情況下，隔膜在130°以上還有收縮和熔化短路的發(fā)生，半固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)將會(huì )彌補上述缺陷，軟包電池的安全性得到很大提高。
終極的目標希望能夠實(shí)現全固態(tài)，全固態(tài)電解液目前還解決不了的是固固界面問(wèn)題，仍然困擾著(zhù)行業(yè)的發(fā)展。對軟包電池來(lái)說(shuō)，無(wú)論是凝膠電池，還是固態(tài)電池，軟包電池工藝及設備的適應性是非常強，不需要在這個(gè)過(guò)程當中對軟包電池的工藝、設備做大幅改動(dòng)，軟包電池的生命力就在這里。所以，孚能科技在創(chuàng )立初期就確立了新能源汽車(chē)動(dòng)力電池三步走的技術(shù)發(fā)展戰略，也就是軟包、疊片、三元加凝膠電解液、半固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電解質(zhì)。
l 成本降低路徑：
成本包括材料成本、制造成本、管理成本、全生命周期質(zhì)保及材料回收成本。如何把電池的成本降下來(lái)？
1） 首先是從材料入手。目前三元正極材料占電芯成本的40%-50%。眼下行業(yè)發(fā)展快速向兩類(lèi)材料傾斜：一是高鎳、低鈷、高電壓、高能量密度正極材料；二是無(wú)鈷、低鎳、高錳、高電壓正極材料。這兩類(lèi)材料有可能在未來(lái)1-2年產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)，兩類(lèi)材料的導入都會(huì )幫助未來(lái)軟包電池在成本方面降低，尤其是第二種高錳材料。新材料的導入永遠都是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展最重要的技術(shù)源泉。
2） 工藝入手：工藝流程復雜，投資成本大，隨著(zhù)整車(chē)要求越來(lái)越高，尤其是一致性要求方面，成本攤銷(xiāo)會(huì )越來(lái)越多。首先是否能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，如用干法制片代替目前傳統制極片工藝？雖然干法制片工藝在電容行業(yè)已經(jīng)實(shí)現了產(chǎn)業(yè)化，目前在鋰電行業(yè)還有很多技術(shù)瓶頸需要克服。未來(lái)，工藝的簡(jiǎn)化可以助力成本大幅的降低。
3） 設備入手：為了滿(mǎn)足整車(chē)的需求，我們對于每一個(gè)工序都要做到數字化可控和視覺(jué)可控，然而，隨即帶來(lái)的則是成本的增加。提升軟包電池的組裝效率是重中之重。生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)發(fā)，從制片一直到封裝，有幾個(gè)環(huán)節制約著(zhù)發(fā)展：1.高速制片：目前五金模切成本太高，激光切還不能完全代替五金模切；2.高速疊片：目前疊片機的速度太慢，無(wú)法滿(mǎn)足電池行業(yè)的發(fā)展。希望在座的設備廠(chǎng)商繼續助力，開(kāi)發(fā)出更加高效的設備。
4） 電池回收利用：鋰離子動(dòng)力電池回收不僅可以協(xié)助保證未來(lái)鎳鈷鋰金屬供應，同時(shí)也可幫助降低電池成本。目前采用傳統的化學(xué)濕法冶煉方法不經(jīng)濟、不環(huán)保、不符合碳排放的要求，需要開(kāi)發(fā)更好的回收技術(shù)，如直接回收技術(shù)，回收后直接使用到產(chǎn)品去，這同樣能大大減少循環(huán)的周期和成本。自2007年開(kāi)始，孚能致力于開(kāi)發(fā)直接循環(huán)材料技術(shù)，希望該技術(shù)能直接回收正負極材料，而不要通過(guò)傳統的化學(xué)濕法來(lái)把材料回收后再合成，重走材料合成的老路。未來(lái)，期待與大家共同找到直接回收的方法，既環(huán)保又符合碳排放要求，共同實(shí)現2060年碳中和的目標。
04
孚能科技| 綠色能源解決方案提供商
孚能科技的使命是提供綠色能源，構建智能世界。作為綠色能源一站式解決方案提供商，從方案設計到大規模、滿(mǎn)足客戶(hù)需求的生產(chǎn)，再到二氧化碳中和、循環(huán)材料的使用，孚能科技在行業(yè)耕耘了將近20年，積累了大量的經(jīng)驗。目前為止，孚能科技有超過(guò)1億片電池在市場(chǎng)上應用，產(chǎn)品遍布全球。此外，我們在全球擁有超過(guò)4000名員工，分布在北美、歐洲和中國。截至2021年3月，孚能科技完成設備安裝的產(chǎn)能共計達到21GWh，全球產(chǎn)能還在進(jìn)一步加速擴大。
希望上述這些觀(guān)點(diǎn)能夠同大家產(chǎn)生共鳴，未來(lái)期待和大家一起努力，與諸位專(zhuān)家和學(xué)者一道研討，攜手助力新能源行業(yè)的發(fā)展。
謝謝大家。
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