鉅大LARGE | 點擊量：543次 | 2023年01月10日
楊紅新：疊片工藝+無鈷技術是動力鋰電池未來趨勢
八月11-十三日，以冬芽為主題的第12屆我國汽車藍皮書論壇在武漢舉辦。為期3天的會議期間，眾多重量級汽車行業人士圍繞著23個討論議題進行演講和對話。
現場，蜂巢能源總裁楊紅新對動力鋰電池格局和未來技術發展路線進行了分析。他表示，疊片工藝和低鈷和無鈷已經成為了電池發展的趨勢。
在他看來，鈷的儲量小且集中，只有710萬噸并把控有限的幾家制造生產，特別容易控。鈷這個問題不消除，不符合未來電動汽車發展的趨勢。
同時無鈷內阻偏高，假如把疊片技術用上，可以再降低它5%的內阻，所以疊片加無鈷這兩種技術的結合，既可以發揮無鈷的優勢，又能解決無鈷的痛點。
疊片和無鈷，一個是工藝制造角度，一個是材料成本和安全性角度，這是基礎性的未來趨勢，可以滿足對成本，對效率、對功率、對壽命各方面的要求。明年六月份，蜂巢能源將會把無鈷電芯推向市場，并進行裝車銷售。
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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
最后他指出，電池公司和整車公司關于電池機理的了解仍然比較膚淺。電芯到底為何突然會自燃？為何會突然熱失控？機理是什么？我們現在都沒有辦法完全弄清楚。
以下為演講部分實錄：
大家下午好，我是蜂巢能源的楊紅新，其實上一場殷總主持得特別好，成功讓充電和換電兩組人懟起來，我是特別想參和上一場的討論。因為我原來是在整車廠工作了十幾年，近幾年是在電池廠工作，所以我也有我的一些想法。
不管是充電還是換電，前提都是車電分離是最重要的，只要車電分離做到了，其實對電池公司都是最大的受益者。因為車電分離以后，消費者購車成本降低了，電動汽車賣得多了，要建換電站，除了車上的電池，換電站也要儲備很多的電池，所以對電池公司是一個利好。
另外一點，剛才提到的標準化問題。我們電池公司也特別關注電動汽車電池的標準化，這個事情短時間肯定很難實現，但是長期看是有機會實現的，取決于電池的體積能量密度到底做到什么樣的水平。
接下來我參和的主題是動力鋰電池格局和技術路線的演化。
剛才提到的電池標準化，其實就是未來一個非常重要的技術路線的演化趨勢。大家了解12V的鉛酸電池，基本都已經通用化，不管是大眾、奧迪還是國產車，都可以用同樣的12V鉛酸電池。
但是鋰電池太大了，它嚴重地擠壓了整車的軸距、輪距和高度，所以很難做到標準化。假如體積能量密度提高一倍，我們把整個電池包的寬度縮短一半，把它集中在車輛的中通道的位置，這個時候是可以做到標準化的。靠什么來實現？肯定是靠從化學體系到結構設計不斷的創新來實現的。
今天，我們想說的是動力鋰電池未來的格局，核心的路線到底是什么？其實走什么技術路線，取決于客戶的需求是什么，取決于整車廠的需求是什么。
客戶跟整車廠到底要什么呢？大家在新聞上經常聽到自燃問題，所以安全肯定要，大家說一次購車成本高，所以成本很重要。大家說現在電池太重，體積太大，所以能量密度也很重要。還有循環壽命，有人想用20年，壽命很重要，有人想快充，功率也很重要，放電功率也很重要，這些都是客戶和整車公司的需求。
那我們做哪一點，不做哪一點，整車廠來說都想要，但是對電池廠來說很難，因為這里面很多指標是相矛盾的。
我們不可能在今天，把安全、壽命、功率每一個拎出來單說。未來的趨勢會變成什么樣？我是希望站在最基礎的角度做一些分析，什么基礎技術可以同時實現多個未來客戶跟整車廠的需求，盡量滿足多樣化的需求。
那么我選擇的主題是疊片跟無鈷，也是有它的原因的，剛才講充電的時候也提到了一個，現在電動汽車的銷售對象，重要還是B端的多，今年開始C端的多了，什么時候電動汽車開始真正的普及？
一定是大量私家車主成為購車主力，占到90%以上，就像現在的燃油車相同。那么什么時候才能夠實現，以及要做什么工作？成本是非常大的一個障礙，也是非常關鍵的一個訴求。
這里面有一個測算公式，是成本回收期的計算，我們把它分成A00、A0、A、B、C不同級別的車，不同級別的車電池價格是不相同的。
不同電池的價格，從縱坐標來看，成本回收期也是不相同的，這里面考慮了很多價差和用車成本的因素在里面。那么市場上將來最主流的電動汽車，其實應該和燃油車相同，是A級車應該占到絕大部分的市場銷量，是最主流的車型。
我們看A級車，實現跟燃油車對等，以及滿足客戶期望的成本回收期，經過測算是3.4年。什么時候能夠實現，保守的測算是2025年。2025年電池的成本可以支持A級主流家用車，在3.4年之內，跟燃油車比較回收回來，就可以達到一個大規模普及程度，這是一個比較新的維度的思考。它不僅僅單純的考慮是初始構成成本，考慮了非常多的因素。
成本既然這么關鍵，影響到我們什么時候實現電動汽車的普及，我們希望2023年更早的普及才好，這樣我們的電池還可以多賣一些。
那么怎么降成本？我們回顧歷史，其實各方面都在降，材料在降，設備價格在降，制造成本在降，設計工藝出現的結構性的成本也在降，都在降。
但是，其實這里面有很多數據，降幅最大的還是四大主材，四大主材類里降幅最大的還是正極，降幅是非常高的。
我們說生產效率，一次成本投入非常大，建一個電池廠的投資比建一個汽車廠還要大。但是假如分攤到5年折舊，10年折舊里面，再分攤到每瓦時的電芯成本里面，設備占成本比是比較低的，幾分錢，但是材料占比是最大的，影響也是最大的。
所以我們的關注焦點，還是要放在主材上。當然技術進步，我們CTP的技術，以及我們長電芯的開發，進一步提高密度，都可以進一步降低成本。
CTP最近比較火，但是我認為它更重要的用途是可以提高安全性。因為我把模組的端板、側板取消以后，可以釋放出大量的空間，這些空間可以用于增大電芯的間隙，就有機會實現一個電芯熱失控，相鄰電芯不出現熱失控這樣的一個目標，這樣的目標實際上已經成為國際跟國內的最重要的目標。
所以CTP不僅可以降成本，還可以提高我們的安全性。這也是汽車行業，電池行業在積極努力創新的地方。
我們提到正極材料，就不得不提到對正極材影響最大的是什么。現在除了磷酸鐵鋰以外，最大的材料供應體系還是三元鋰電池，如鎳鈷錳、鎳鈷鋰，當然鎳占比很高，811電池中鎳占80%左右的，但是鎳在全球的金屬比例當中，用在鋰電池上占比是小的。
鈷是不相同的，手機用的是鈷酸鋰，用鈷量非常大，所以鈷對正離子材料成本影響是非常大的。
我做過鋰電池很多年，下面坐著做電池的前輩，大家可能都了解，2008和2018年，10年中出現了兩次鈷價的劇烈波動，從10元左右漲到40多元，還買不到。
假如電動汽車將來要做到一年一千萬輛，一年兩千萬輛，這種大工業持續制造的商品，是不允許出現這樣的供應鏈問題的。汽車公司講供應鏈安全，它是絕對不允許出現的。這種情況是嚴重的會制約電動汽車的普及的。
那么這張圖是我們公司畫的，其實整個行業也差不多。這張圖有一個特點，越向上的能量密度越高。另外一個特點是，不管是鐵鋰、無鈷、磷酸鐵鋰、四元、三元、固態，在能量密度提高的同時，鈷的含量都在想辦法向下降。從最早的111到523，到6系7系8系，現在NCMA和NCL做到9系的，鎳的含量一直在上升，鈷的含量一直在下降，人類在追求去鈷化和無鈷化上的努力，一直在做各種各樣的功課，從來沒有停止過。
在能量密度提升的同時，它的價值是巨大的，它可以釋放大量的車內空間。我們了解有的電動汽車為了把電池塞進去，坐到后排以后，就像坐小板凳相同，腿是非常難受的，軀干角非常不合理。
假如我們能量密度提高了，電池可以做矮做窄，又可以實現標準化，這絕對是未來永遠追求和努力的方向，就是提高能量密度。
但是路線確實不相同，也會分場景進行應用。磷酸鐵鋰有它的場景，無鈷有它的場景，811有它的場景，場景不同，但是在去鈷這條路上是相同的。我這里面寫的無鈷指的是高能量密度電池的無鈷，磷酸鐵鋰也沒有鈷，但是它是低能量密度電池的無鈷，我們后面說的無鈷電池都是指的高能量密度的。
那么前面講到的是材料，我們再講講工藝，工藝現在軟包鋰電池公司都是疊片的，其他的大部分都是卷繞的，其實各有優劣勢，不是誰對誰錯，但是我們還是要看未來，未來客戶到底要什么。
回到剛開始說到的話題，客戶要的是長壽命的，客戶要的是越小越好的，客戶要的是功率性特別好的。就是所有不合理的要求，合理的要求，他都要你滿足。
那么卷繞工藝，在經歷這么多年的發展之后，遇到了很大的瓶頸，疊片工藝先天上有很大的優勢。比如能量密度的提升，比如穩定性，比如說極耳數量多一倍，工藝性更好，所以疊片工藝是非常有前途的。
尤其是當我們把電池的尺寸越做越大的時候，我們了解最早VDA，后來是590模組電芯，220的，現在比亞迪出的刀片是更長的，574這個尺寸，它和590標準模組可以兼容，這個電芯既可以用無模組在電池包里布置，又可以把它裝到590模組里，兼容性非常好。
但是電芯做得越長，其實能量密度越高，成本越低，因為疊片，每疊一個小的片進去，和每疊一個大的片進去，疊的活性物質的量是不相同的，所以越大，生產量量的效率就越高。
同時，越薄的電芯，散熱性更好，做針刺的話，容易通過。那么疊片是最適合電池的工藝的。
當然還有極耳數量新增了一倍，它的內阻可以新增10%，功率也可以得到提升。還有能量密度，空隙都可以填滿，還有界面是非常良好的，卷繞不會出現左邊的S變形，包括邊緣位置的斷裂出現的紋路，所以從安全性能上來講，疊片也是非常好的。
另外就是膨脹，它初始膨脹力和中器后期膨脹率率卷繞的，所以對模組的壓力也會更小，也會提高安全性。
疊片和無鈷，一個是工藝制造角度，一個是材料成本和安全性角度，是基礎性的未來趨勢，可以滿足對成本，對效率、對功率、對壽命各方面的要求。
鈷這個產品，確實是非常非常重要的，每年都有人會蘋果公司，會TSLA，說他們使用的鈷來源不干凈，這也成為整個行業非常痛的和不可回避的問題。
鈷的儲量這么小，只有710萬噸，而且還特別集中，只有幾家公司可以制造生產，特別容易控。電動汽車單車用量又非常大，ModelS已經用了9系高鎳電池了，但是單車用量還要消耗掉13.68公斤的鈷，所以鈷這個問題不消除，肯定是不符合未來電動汽車發展的趨勢。
大家都了解要去掉鈷，或者把鈷減少，但是技術的挑戰確實是非常多的。其實沒有鈷的，高能量密度的電池的理論，在20年前日本的學者就提出來過，但是這么多年來，要不就是大家投入精力少，要么就是技術沒有做得很好，沒有解決鋰鎳混排的問題。假如8%-10%鋰鎳混排不能解決的話，產品穩定性、倍率性都是非常差的。
解決方法有很多種，經過很長時間的摸索，包括我們也做了很多年的摸索，從新增鎳的含量，包括一些技術等等，來提高它的穩定性。總體來講就是提高陽離子模式摻雜、單晶，太專業的就不在這里講了。
從測試數據來看，新鮮的電池，就是剛剛生產的電池的鎳混排可以控制在3.5%左右，是非常低的。
那么循環到后期的電池，鋰鎳混排控制在小于5%以內，是很好的解決了前面提到的鋰鎳混排的問題，同時金屬溶出這個問題，也是無鈷電池必須要解決的。
從右邊的這個圖上來看，跟811比較，我們的鎳、錳的溶出率都小于811的材料，所以循環壽命和穩定性都是非常好的。而且我們做了2噸電池的測試，已經量化了。
從產品上來看，無鈷材料、無鈷電池一定要是高能量密度的才可以，假如能量密度過低就是磷酸鐵鋰，沒有價值了。它的能量密度一定要接近811的水平，同時是安全的，比7系的三元更安全，循環壽命好，成本還要低。
還是回到剛開始說的，客戶什么都想要，我們就做一個什么都能滿足他的要求的產品。從實際數據來看，這些目標都已經滿足了。
這是我們的動力性的測試，唯一一個還有問題，就是第一張圖，20%的SOC下，就是DSOC下的功率性能是偏弱的，因為沒有鈷以后，它的內阻在低溫下會偏高。
我們也在做解決方法，在測試。其他的功率性能都是挺好的，包括零下30攝氏度的低溫性能，還可以支持70%的續航，包括零下20攝氏度的低溫充電，界面保持得非常好。
還有高溫循環壽命，可以超過1200次，常溫循環壽命1C1C，我們100%可以超過2500次，811只能做到1500次。
針刺我們做的不是刺穿的，是按照歐洲客戶要求做的淺刺，歐洲客戶要求，刺穿三層電極，只要不起火，不爆炸就算可以，我們刺穿了六層，右邊的圖片來看都是非常好的。
還有150度的熱箱，高能性能也是高鎳材料最害怕的，我們也順利的通過了150度熱箱的測試，還有140%的SOP的過充，還有外部短路，包括一些其他的測試數據。
以上講的是無鈷材料的進展，大家都說無鈷材料這么難，真的可以量產嗎？現在可以負責任地告訴大家，肯定可以，明年六月份我們就會把無鈷的電芯推向市場，裝車，裝到車上銷售。
那么無鈷還有一個問題，就是它的內阻是偏高的，假如把疊片技術用上，可以再降低它5%的內阻，所以疊片加無鈷，這兩種技術的結合，既可以發揮無鈷的優勢，又能解決無鈷的痛點。
那么我們在把它做成長電芯，做成薄電芯，L6的長電芯，大概將近600毫米長，做成右邊的無模組的LCTP的Pack，我們叫矩陣式Pack，一個電池包里放兩臺電芯，沒有模組。它的能量密度，比傳統的設計提高了9%，空間利用率提高了17%，電量提升了24%。
長城一款采用這種布置形式，無鈷、無模組的電池可以做到880公里續航，同時也可以做成有模組的，就是裝到MED590的模組也可以，兼容性非常好。
以上就是我有關對未來電池技術路線的一些分享，不管怎么樣，安全、壽命、能量密度各方面的追求，都是沒有止境的。
現在我們電池公司，整車公司，關于電池機理的了解還是非常膚淺的，電芯到底為何突然會自燃？為何會突然熱失控？機理是什么？我們現在都沒有辦法完全弄清楚，
當然我們有比較初步的認識，但是還沒有做到研究透，假如真的研究透了，缺陷就可以防止掉。
所以我們現在也在做一些研究工作，就是在極低的溫度下，零下160攝氏度，用液氮冷凍熱失控的步驟，在電芯剛剛出現內短路和出現的初期和后期，把它凍住，然后瞬間把它靜止，看它的界面，看它的機理等等，這只是其中的一個研究。
目前我們對電芯這個行業的研究，還要不斷地努力和提升。未來的方向，我們希望通過蜂巢能源，通過孚能、力神，我們共同努力，把滿足客戶的動力鋰電池的技術，不斷推向前進，不斷滿足客戶的需求，我的分享就到這里。謝謝大家!
