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【双碳论坛】中国汽车技术研究中心有限公司首席科学家、总师办公室新能源专项总工程师、新能源检验中心总工程师王芳:双碳目标下的动力电池产业研析

发布日期:2022-09-06   浏览次数:1210

由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社联合主办,天津经济技术开发区管理委员会特别支持,日本汽车工业协会、德国汽车工业协会联合协办的第十八届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛(简称“泰达汽车论坛”)于2022年9月2-4日在天津市滨海新区召开。本届论坛以“强信念 稳发展 开新局”为年度主题,邀请重磅嘉宾展开深入研讨。

在9月4日 “双碳论坛:动力电池技术的突破与变局”中,中国汽车技术研究中心有限公司首席科学家、总师办公室新能源专项总工程师、新能源检验中心总工程师王芳发表了题为“双碳目标下的动力电池产业研析”的演讲。
中国汽车技术研究中心有限公司首席科学家、总师办公室新能源专项总工程师、新能源检验中心总工程师 王芳
以下为演讲实录:

尊敬的各位同行们,线上的各位朋友,大家上午好,我今天给大家分享的题目是“双碳”目标下的动力电池产业研析,也算是抛砖引玉,想从整体的浅显分析,去看我们新能源汽车产业发展过程当中应该关注的焦点和未来发展的重点和难点。

第一部分是电池发展的新形势。上半场大家讨论了很多关于“双碳”的话题,也应该是很清晰的了解到在“双碳”目标下,汽车产业的要求和诉求。大家知道在全国的碳排放当中,交通领域本身就占了一个比较大的比重,在交通领域里面,地面交通,汽车板块所占的份额更是非常大。

全球各个国家都在陆续提出对于汽车能源变革的诉求。在这个过程当中,我们国家也提出了参与节能交通工具推广的政策。五部委都在贯彻落实相关的低碳目标。要求就是有序开展纯电动、氢燃料电池、可再生合成燃料汽车试点。这样的大环境,刺激了新能源汽车的快速发展。另外,各国在工业领域的发展过程,也在加快自己“双碳”目标的实现,另一方面,陆续出台了很多新的政策,而这些政策对于我国的新能源汽车和动力电池的发展又提出一些新的挑战。欧盟、美国、日本都在陆续提出未来关于碳贸易的政策和制度。比如欧盟在车辆生产阶段、使用阶段和回收阶段,都有相应的政策出台。未来我国的动力电池想要走进国际市场,它所面临的是全生命周期碳减排的核算与要求。

第二就是回收环节,对于二次原料的回收利用,明确提出在未来的材料使用当中,可回收材料的占比,这些都是有明确的信号。未来动力电池企业要想进入到国际市场,必须充分考量和评估低碳贸易制度的考量。

在这种大背景下,我们在未来一段时间内,或者是未来动力电池布局过程中,我们有这样几个名词是需要放在重点板块考量的,在全生命周期内,循环、绿色、低碳以及耐久的发展,是我们的特性。一方面我们需要考虑到循环经济,考虑到动力电池的回收,考虑到原材料的再生利用,另一方面我们需要考虑从原始的原材料,大宗的原材料到电池的原材料,再到回收、利用、再生的全生命周期的生产制造的低碳化过程。再包括制造、电池本身的绿色。也就是说在“双碳”目标下,我们需要考量能源的安全、环境的保护、气候的改善,都是动力电池在未来的布局当中,必须要重中之重考量的要素。

另外一个,耐久,一个很简单的名词,它蕴含的意思非常多。无论是原材料还是电池,在使用的过程当中,必须考虑到把电池的使用品质提升到最高,要不断提升新产品的研发,提升新产品的制造水平。要综合提升动力电池在全生命周期内使用的有效性、低碳性、环保性。

所以对动力电池在“双碳”目标发展下的新形势进行考量时,就需要对动力电池全生命周期内的价值进行系统的管理和挖掘。包括从设计整车电池的前端环节,包括使用、能源企业的环节,也包括再生可梯次环节。我们需要不断提升产品管理能力和利用能力,也需要加快电子资产的流转能力。这里面不断衍生出对动力电池产业来说很多新的业态和产业模式。

以上是第一部分的内容,从整个生态背景下,动力电池在发展中可能面临的显著变化。

第二,从电池的成本来考虑。随着新能源汽车的发展,大家明显感受到,特别是2022年,新能源汽车进入快速发展阶段。随着新能源汽车的快速发展,动力电池的装机量也在快速提升。动力电池的装机量,包括铁锂都有明显的提升,这个提升,我们看看背后的一些诉求。因为“双碳”目标对于动力电池的要求,跟其他的产品一样,无论是从前端的生产制造过程,还是使用过程,还是我们回收再生利用资源的过程,最重要的是能源结构。我们自己产业能做的是什么呢?除了能源结构调整以外,能够做的是通过技术的革新,去协助能源结构的变化,实现真正意义上的动力电池的零碳生产。

我们从生产制造的品质、回收方面做一个分享,我们看看原材料。随着新能源汽车的发展,再推演一下未来的一二十年内,比如到2025、2030年,新能源汽车发展的态势是什么样的。我们现在已经在调整期待值了。随着新能源汽车的产量增加,动力电池的配套量必然会有明显的提升。动力电池配套量的提升,也对我们的锂、镍等金属提出了更高的需求量。除了镍以外,其他的资源对于我们来说都有非常高的挑战,我们看下这个数据,更清晰。从几个图,大家可以看到,未来一段时间内,除了镍,在理想的情景下,供给始终可满足需求;对于锂和钴来说,在很长一段时间内,都处于供不应求的状态。这种情况对于我国来说,动力电池的挑战会更大。大家可以看到,锂资源,我们占到7%左右,实际上镍和钴占到1%左右。镍的资源相对比较丰富,供需还能达到平衡。

其实,前两年的原材料价格上涨,也能看到这样的态势。引发了大家对动力电池的很多讨论。实际上动力电池本身作为车辆的关键零部件,它本身所占的成本比例在40%左右。而它自己作为集成的电池产品来说,它的原材料所占的贵重金属份额非常高。从原材料来说,大家都在积极布局,包括我刚才提到的几个方面都要考量。

第一,大家考量的是矿产资源的把控,或者是对它的前端的布局。这是国内的材料企业,或者原材料企业在矿产资源方向上的布局。但是截至到现在,我们也基本都考量在内了。

第二,我们能做的还有后面的回收利用。

第三,是技术革新。除了原材料以外,想要更好地发展动力电池,在未来的市场当中有核心竞争力,也要不断尽全力进行技术革新。大家也看到,这两年内,几乎主流的企业,都在不断推出他们的新产品,这些产品也有很多的名字,包括动力创新,技术创新,我们看到企业的不断尝试和产品性能的不断提升。我们看到在性能方面,动力电池的技术取得重大进展,“十三五”的时候,有四家企业承担了300Wh/KG的研发,为全行业的高性能技术革新做出了很多尝试。新材料、新体系的电池取得了一些进展,比如400Wh的新型材料也在进行电池的实验。

新体系的电池也在不断突破。截至“十四五”之前,新型电池的开发。比如锂空气、锂硫、固态电池,锂空气的能量密度能够达到510多,固态基本目前在研中的样品可以达到420,钠现在能看到的是160WH/KG。大家都在不断尝试新技术的突破。除了性能方面,我们希望提高全生命周期的品质,大家也在不断提升电池的安全性,能够让它长期、健康地使用。安全性方面,从材料到系统都在不断提升电池的安全性,提高电池管理系统的热管理特性。通过这些手段的综合利用,电池的综合品质快速提升。这也是在未来动力电池行业,无论是低碳化发展,还是资源高效化发展都必不可少的创新。

第四,回收再生。我们期望当我们的原材料使用到电动汽车上,最终能够通过资源的再利用,回到电池的原生材料,这需要我们不断探索和提升。在未来一段时间里,也有一些政策规定,保障回收材料在原材料里面的百分比。目的是实现真正意义上的闭环的全生命周期的材料使用。

我们国家高度重视这些问题。昨天的大会上,相关领导也提到了要不断加强这方面管理和推动。现在已经发布了十多项政策,我们也规划了30多项标准,去不断完善整个回收梯次利用再生的环节。一开始我就提到,对于电池的再生利用,其资源回收量随着新能源汽车的发展以及使用周期的迭代过程,会不断提升,在2025年之前,我们还处于一个平缓增速的态势,但是从2025-2030年,我们将进入一个相对快速增长的状态。对于锂、钴、镍、锰的回收量也会有明显的提升,这个提升也会随着回收技术的不断革新而提升,对电池再生材料的品质和性能进行评估,我们期待能够达到动力电池的需求。它在动力电池使用里面的占比也会不断提升,这也在很大程度上降低我们对国外金属材料的依赖度。

同时,我们通过回收再生,考虑到电池的梯次利用再生里面的减排核算,我们也可以产生非常大的经济效益、减排效益。

最后一部分,在动力电池发展过程中,每一个环节都需要我们尽全力做到极致,共同提升动力电池真正意义上的低碳化,实现能源环境资源充分利用。我们中汽中心这些年一直在做相关工作,包括政策标准等各个方面,我们一直做的是关注共性技术的发展,全力助力动力电池在“双碳”目标下的健康发展,包括研发、生产的环节,也包括使用环节和回收环节。

在过去的十多年里,大家对我比较了解的是我一直在做测试、评价、标准化工作,我们通过过去十多年的时间已经建立起电池全生命周期的综合测评能力。走到现在,面对新产品的开发,面对我们动力电池未来发展的诉求,还有什么事可以做呢?虽然说完备了测评体系,但是做得越多,我们就发现,能做和要做的也越多。比如说,当我们关心了新能源汽车的保有量达到1000万辆以上,我们也不能忽视在这个过程中车辆的事故也不断出现。我们把这个事故当中行业或者消费者关心的热点问题做一个梳理,可以找出三个问题,一个是快充,一个是托底,还有一个是没有任何征兆的自燃。如果放大看,深究背后动力电池的安全,它跟电池全生命周期内的损伤累积,以及全产业链,从材料到整车使用的安全技术的诉求都相关。我们会关心怎么能够全力协助产业,把它的快充、托底、自燃,进行准确、快速的评估。

比如说充电,快充可能只是一个短暂的过程,大家觉得你的快充性能怎么样,好像很简单,但实际上,对快充的评估是一个在全生命周期内,考虑到电能质量情况下,考虑到充电环境情况下,去看它的充电效率和安全的综合评估过程。其实它是一个全生命周期内电热力、多维度的安全问题。现在事故的复现过程中也在评估,通过原位CT扫描系统发现结构的微变化,我们能实现多维度的综合评估。

刚才提到托底,但电动汽车在使用过程中,除了托底,还有频繁的颠簸,还有城市交通里面经常发生的磕碰,这个过程中,电池的微量机械破坏在全生命周期内的积累,我们要做评估。在这个全生命周期过程中,它发生了什么样的状态以后我们需要去关注、警示、更换它,这是我们需要考量的。

再说热安全。热本身是全产业链的事,它关系到材料的热特性、电池的热边界,BMS的热管理、系统的热防护技术,甚至包括整车的热扩散阻断。我们前天也提到,我们新建了一个安全等级最高、环保等级也最高的整车火烧实验室,可以做整车和电池包的热扩散和火烧实验,我们就能够对从烟气、热力多角度综合评估电池的全生命周期全层级的热安全。

另外我们有一个监控预警平台,协助大家对电池使用过程中的画像进行分析和诊断,也可以对它进行一个高效的预警。

大家这两天也跟我们的同事有交流,知道我们在运营着国家溯源大数据平台,我们也在出台一系列政策和标准,希望能够给企业在回收的产品设计、二次交易以及残值评估,以及梯次产品的预警和再生能源的核算等方面提供更多的支撑,能够协助我们这个行业更好、更健康、更快地实现资源在全生命周期的再生利用,真正意义上实现低碳和零碳的发展。

我的介绍就这么多,大家也看到我们门口的新能源沙盘,欢迎大家有机会能够去我们新的创新基地参观交流和合作,谢谢大家! 

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