百人会动力电池论坛干货集锦:技术创新涌现,国际竞争加剧

梁冰

动力电池是新能源汽车的心脏,是新能源汽车发展的关键。2016年,中国新能源汽车产销分别完成51.7万和53万辆,动力电池出货量达到了280亿瓦时,动力电池技术进步对整个电动汽车发展起着关键性的作用。【电动汽车百人会特别策划:大佬演讲精华+分论坛干货

如何引导技术进步,如何保障电池安全,如何让电池行业更好地支撑电动汽车产业发展,在1月15日中国电动汽车百人会动力电池分论坛上,中国科学院物理研究所研究员李泓、北京理工大学教授吴锋、宁德时代新能源科技股份有限公司创始人曾毓群、松下株式会社AIS社首席技术官生驹宗久、万向A一二三系统有限公司工程副总裁陈旸、微宏动力系统(湖州)有限公司副总裁仝志明、深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司总经理、三星SDI中国区副总裁韦巍给出了他们的观点。

李泓:预期首批全固态锂电池最早2020年进入市场

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中国科学院物理研究所研究员李泓

从技术分析的角度,液态电解液锂离子电池的短板在于体积膨胀问题难解决,离子在有机溶剂中非均匀析出。第二是自发和电解液发生反应,逐步导致电池隔膜也不能稳定存在,安全性、自放电等方面还不能满足需求,非常多的企业和研发团队把希望寄托在全固态锂电池方面。

李泓表示,目前全固态锂电池开发面临几个挑战,首先是在电极层面,怎样满足正负极课题和固体电解质的离子传输。其次是循环过程中正负极材料怎样像液体那样保持非常好的接触。最后是金属锂电极的体积变化还有锂固体的变化。

李泓预期首批全固态锂电池2020年到2025年进入市场。目前科学院正在从少量液体逐渐到全固态金属锂电池,通过逐渐增加固体电解质,增加负极中的锂含量,兼顾全固态锂电池的优点和液态锂电池的优点,逐步改善现有电池的技术,建立一个新体系。

吴锋:用数字化和信息化处理技术保障电池安全

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北京理工大学教授吴锋

最新发布的动力电池行业规范意见稿中,对电池企业提出了年产能不低于80亿瓦时的要求,对比旧版规范的要求扩大40倍。吴锋指出,80亿瓦时生产能力的要求有待斟酌,因为在十三五提出的电池指标,可能需要一些颠覆性的技术和工艺,也会对设备提出新的要求和变化,因此马上提出那么高的产能要求会有问题。

对于动力电池的安全性,吴锋提出电池能量信息化技术,通过电池能量数字化和信息化处理,屏蔽单体电池物理化的差异性,解决电池系统的短板效应,从而保证电池系统的安全性与循环寿命,从根本上来保证电池系统的安全性。

近年来北京理工大学研发出了一系列硫基复合材料、硅基复合材料、氟化物等多电子反应新材料,为进一步构建450~500瓦时/公斤的高能比电池示范体系提供了材料基础。北京理工大学还研制出长寿命硫复合的正极材料,具有自组装层结构的硫复合正极材料和基于氧化锌纳米片导电插层的高性能锂硫电池,兼具较高的能量密度和高功率电池,在300C充放条件下达到32千瓦/公斤的功率密度,同时可释放出110瓦时/公斤的能量。能量密度接近锂离子电池,相当于磷酸铁锂,功率密度则与超级电容相当。还有具有分级结构的富锂锰基正极材料,硅负极柔性技术与长寿命化,也是通过导电聚合物包覆实现。

曾毓群:宁德时代全链条研发动力电池产品

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宁德时代新能源科技股份有限公司创始人曾毓群

曾毓群认为,电动汽车市场化进程是一个由点到面的普及过程,运营型市场如出租车、公交车、物流车等,跑的越多越节省成本。性能型市场追求高大上,车企应该根据电动车的特点开发出新的平台;动力电池需要进行全链条研发,从材料研发到整个系统研发。一个电池包在设计之初就要给出一个可靠性的指标,质保时间要具体到8年或者10年,并统计每一年的返修率。

在创新电池技术上,宁德时代的10-15分钟快充电池,瞄准运营型市场。超循环寿命电池,瞄准了储能、梯次利用,还有高效的热管理保障健康快充。高能量密度的电池,整车续航里程可以超过500公里。通过建造智能化的制造系统工厂,电池产品全程可追溯,在可靠性和安全性的结点上,有1481个结点需要控制。

曾毓群表示,低速状态下系统的能量效率较低,60%~80%不等。城市工况是低速运营,在考虑降低电池成本、提高充电性能、快充性能和安全性的同时,应尽快提升低速状态下系统的能量效率。规模化是唯一可以促进技术升级,同时保障安全的做法,目前市场对锂离子电池的成本压得太低了。

纵观全球动力电池市场,2016年出货量松下排第一位,7.2G瓦时,比亚迪7.1G瓦时,宁德时代6.8G瓦时。但从配套领域看,CATL已经服务国内外大型的乘用车企业,乘用车市场供货已经超过了1/3。随着纯电动乘用车比例的增加,韩国和日本的电池企业今后几年的排位会进一步上升,而且在2008年到2012年期间就开始规划布局,到2020年前后国外量产的项目基本上定点完毕,或者紧锣密鼓地定点,对中国电池企业未来的市场占有率提出了很大的挑战。

生驹宗久:松下大连汽车锂离子电池工厂将在年末实现生产

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松下株式会社AIS社首席技术官生驹宗久

生驹宗久介绍,松下动力电池已经使用在45个车型当中,未来还会有41种车型搭载松下动力电池。他预计,从2017年开始汽车电池领域的有效需求将会以平均每年8%的速率增长,未来10年中国将会成为世界第一大市场。而松下在无锡、苏州的电池工厂历史都超过了15年,苏州工厂的电池包和锂离子的软包电池和圆柱形电池在2015年已经完成了超过5亿的累计圆柱形电池出货量。在建的大连汽车锂离子电池工厂将在今年年末实现生产。

能量密度是动力电池的核心指标之一,松下的下一代插电式混合动力汽车动力电池的能力密度将会增长50%,未来将会增长100%。对于纯电动汽车,松下的下一代动力电池的能力密度将会提升100%,未来将会提升130%。同时,松下通过与30多家机构展开合作,正在共同研发空气电池、多离子电池和固态锂离子电池。

松下不仅有汽车电池、电池系统、自动充电、直流的转换器、纯电动汽车的裂变器的产品,还有车载显示屏、车载娱乐系统、传感器、摄像头和开关等汽车相关全系列产品。

陈旸:万向A123从动力电池基础材料研究寻找技术突破口

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万向A一二三系统有限公司工程副总裁陈旸

万向A123通过对动力电池基础材料的研究,研发出超级纳米磷酸铁锂电池,与纳米磷酸铁锂电池相比,超级纳米磷酸铁锂电池的功率提高了50%到60%,具有标准设计、无序主动冷却、高能量密度等技术特点,得到市场广泛应用。

在高比能三元电芯的研究过程中,万向A123与阿贡国际实验室合作三元材料热安全性方面的研究,合成622材料的热稳定性明显得到了改善;与中美清洁能源中心对高比能电池机理和硅碳负极进行合作研究。三元电池研究方面,230电芯在室温下,一期、两期的循环寿命达到2800次,电芯容量损失20%,45摄氏度的情况下,可以达到1500次。

万向很注重创新发展,而人才是关键。万向A123在全球布局,将工程中心设在斯图加特、杭州和底特律,通过全球人才的参与,帮助中国汽车的发展。

仝志明:微宏今年推出230瓦时/公斤不燃烧电池产品

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微宏动力系统(湖州)有限公司副总裁仝志明

微宏针对不同车型,在电池能量密度上进行差异化设计,公交车上配置的电池能量密度约为120、150瓦时/公斤,而在出租车上的电池能量密度大概170瓦时/公斤左右,这两个技术目前已经产业化,并且在市场上开始大规模的推广。微宏电池在市场上已经配装超过15000台公交车,其中超过1000台是在欧洲。微宏的第三代快充技术比第一代的钛酸锂能量密度提高了1倍,可以应用到更广阔的市场。

仝志明认为,要满足市场对2C甚至3C以上倍率充电的能力,充电站电压平台需要从现在的400V提升到700V电压平台。

关于全固态锂金属电池技术,微宏开发了一套新的技术体系,要开发一个不可燃烧的有机溶剂,代替现在的AC、PC这些东西。第二,在固态电池中,真正安全的是无机物,耐温能力非常高,同时使用微宏开发的耐温隔膜,300度收缩不超过1%。这两个技术组成的这套新的体系已经马上到了产业化的边缘,预计今年年底会把产品推向市场。

微宏计划在今年推出230瓦时/公斤不燃烧电池产品,下半年推出300瓦时/公斤的产品。目前微宏的产能大概4G瓦时,预计到2018年的时候能够进一步增加到10G瓦时。

岳敏:贝特瑞硅负极黏结剂2017年实现商品化

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深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司总经理

岳敏认为锂电池的未来是“太阳能+锂电池”。当太阳能发电的成本小于煤电、石油发电成本的时候,就能改变整个世界的产业格局。2017年,硅系材料商品化在中国也会开始。

在高镍高能量密度正极材料上,中国的企业在三年之内能够实现赶上,三年以后可能会出现赶超。但首先要提升生产线的自动化、数字化、智能化程度,然后要在技术上突破,要具备个性化、独特性、差异化,要有大质量的概念和大的创新,要做颠覆性创新。

为了实现350瓦时/公斤,硅是必然之路。但只硅用现有体系肯定不行,所以贝特瑞研究石墨烯复合导电材料,针对硅负极的黏结剂2017年实现商品化。针对高镍正极、硅碳、黏结剂整个体系的开发,因为要考虑低温、快充的问题,贝特瑞提出多元复合的概念。

韦巍:三星在西安和天津布局三级研究机构

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三星SDI中国区副总裁韦巍

近年来,三星总共生产了2500多万个电芯,在约26万辆车上做了供货。三星SDI的核心竞争力之一,研发机构分为三层,第一层与三星综合研究院一起来掌控的,主要是研发10年之后的技术,中间这一层是三星SDI和其他三星子公司一起成立的研究机构,这部分主要研发的是五年之后的技术,最下面一层是三星SDI所拥有的,主要关注从现在到未来三年左右的技术发展。

在能量密度提高上,韦巍以3吨重的SUV车为例,三星在2019年将做到500公里的续航里程,2021年将达到600公里,在2025年的时候将做到700公里的续航里程。在快充方面,在今年的底特律汽车展上,三星刚刚发布了一个65Ah的新电芯,计划在2020年开始投产,目标是20分钟之内充满电。

三星在不断提高能量比的同时,通过不同型号方形电池采用共用尺寸的方式,减少投资成本,优化和集中产能,提高工厂的效率。通过三年的时间,三星在中国培养了800多位工程技术人员,同时在西安和天津正在建立从原材料到量产的研发能力,同时会把这些研发能力汇集到全球的三级研究机构里面。

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