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【双碳论坛】蜂巢能源科技股份有限公司高级副总裁、技术中心主任张放南:电池技术发展趋势

发布日期:2022-09-06   浏览次数:1233

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,蜂巢能源科技股份有限公司高级副总裁、技术中心主任张放南发表了题为“电池技术发展趋势”的演讲。
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蜂巢能源科技股份有限公司高级副总裁、技术中心主任 张放南
以下为演讲实录:

各位领导、各位专家、各位朋友大家好,我是蜂巢能源的张放南。我跟大家分享的题目是“电池技术发展趋势”。报告共分为三个部分:第一,对市场做一个简单的分析。第二,对电池的技术发展趋势做一个介绍。最后,对蜂巢能源的产品和技术规划做一个分享。

我对市场的分析,可能做得相对细一点,从细分领域做了一个拆分。目前已经连续4个月,新能源整车渗透率超过25%,提前达到了国家2025年的设定目标。新能源从最初的A00级车型,已经全面覆盖A0级、B级、C级,实现了渗透率的快速提升。A00级和C级目前的渗透率是最高的,A00已经达到99%以上,C级的渗透率达到40%以上。整个市场呈现哑铃型结构,目前主流的A级车市场还有很大的提升空间,相信很快就会出现爆发的机会。根据价格划分,同样印证了不同等级车型在市场占有率上的分布情况。同样是5万以内的车型,以A00为主,目前市场渗透率是最高的。其次是25-35万的中高端车型,目前的渗透率占比也是很高。从15万到30万,主流的市场目前爆发的速度其实比较慢,随着消费的升级,我们认为未来15万-30万区间的车型会实现快速的增长。

结合着市场和车型的发展趋势,以及未来的爆发点,我们对电池的技术发展趋势也做了一个初步的分析。从长期看,圆柱、软包和方型电池将长期存在,但是主流市场仍然是以方型为主。尤其是在国内市场,方型占比超过90%以上,整个国际市场方型的占比在60%左右。但是长期看,这三种形态的电池会持续、长期存在。结合着市场,我们对圆柱、方型、软包的未来发展方向,做一个简单的解读。圆柱和传统的方型是以卷绕类型为主。结合着整车电压的匹配,我们认为未来电池的主要发展方向就是把电池做大,在容量和尺寸上做到极致。当然这个前提主要是考虑轻量化和集成化,通过轻量化设计、极简化设计,使电池的尺寸和容量做到最大,来降低成本,实现体积利用率的快速提升。圆柱主要的方向从早期的18650、21700逐渐发展到现在的4680、46100等等,无论是直径还是高度尺寸都在进一步做大。从原有的几个安时到现在三十多安时,快速提升。未来的方向在增大尺寸的同时,主要的方向是厚度方向,同时做极简化的设计。同时还有短刀和长刀片电池,这两个方向也会长期存在,但是我们更看好短刀的趋势。软包以叠片为主,从早期的355到590到后期更长的发展。整包电池未来的主流方向主要是做集成化、轻量化的设计。热管理部件代替部分电池包的结构件,实现集成化的设计,包括排气通道和电池包的防护结构设计等等,实现由传统的标准模组到CTP、CTC的设计趋势。我们认为这个趋势不会发生大的变化,这是主流的趋势。

针对体系技术路线,从目前全球的装机发展来看,仍然是以三元占主流,大概占到60%以上,但是铁锂近两年来装机的比例大幅提升。目前国内的铁锂装机量已经超过50%。我们相信这个数据会进一步增加。随着刚才提到的电芯集成化进一步提升,我们预计短刀铁锂能够在A级车上实现800公里的续航,B级车上实现700公里的续航。我们认为它的占比未来会进一步增加。从两轮车、低速车一直到B级以上的高端车型,从续驶里程到售价做完分析之后,我们对材料体系的不同车型占比做了一个划分。第一行这个是锰酸锂、铁锂和三元是目前主流的材料体系,下面的无钴尖晶石等是下一步研究内容。300公里以内的车型会以铁锂为主。300-700公里的车型,铁锂、锰铁锂会占据主流的市场份额。在700、800公里以上会有三元,包括中镍、高镍的体系,固态、半固态会成为主流的市场。但是现在技术发展突破是很快的。未来铁锂的主要发展方向就是通过补锂,来实现循环寿命的快速提升,做到12000次、20000次的循环,进一步满足储能和商务车对于循环寿命的要求。我们对材料体系做了一个简单的划分。首先低成本、高性价比的产品,在体系上未来的发展方向主要是三元会从原有的高镍无钴,发展到低镍无钴。去锂化是未来锂电池的一个主要方向,在能量密度相对较低的应用市场,钠、镁等新的电池未来竞争会更加激烈。其他的优化方向,包括壳体薄型化,其他材料规模化和自动化等,同样,控制成本、提升质量、提高性价比也是主要趋势之一。同样,制成技术会从原有的常规电极发展到厚电极、双层涂布等,通过这些工艺技术的提升,使能量密度、电池性能和质量得到进一步提升。

另一个方向就是快充化、高端化。行业里快充需求的明确越来越细,量产的节奏越来越快。我们分析,市场上的车型应该在今年底或明年初实现4C充电、800伏产品的量产。针对快充,我们就未来的主要方向做了一个解读,快充从原有的45分钟到现在20分钟、10分钟。10分钟充电已经能够使整车达到续驶250公里,我们也完成了相应的测试和认证。未来快充是不是进一步提升,由4C提到5C、6C等等,我们认为需要结合着市场的充电桩布局能力,以及现在整车的其他附件配合能力来共同实现。目前4C已经能够满足大部分市场需求。结合充电桩情况,对下一步是否提升快充能力,还需进一步分析。更高的能量密度主要是固态、半固态,以及锂空气等新型化学体系。高安全、高密度成为所有电池企业追求的主要方向之一。

下面介绍一下蜂巢能源在材料体系、技术和产品的布局。首先,蜂巢能源的技术路线。我们把技术路线分成两大类。主要划分的类别是无钴系和传统的三元。我们叫大无钴,包括铁锂、钠电、三元都在其中,未来这部分会达到70%-80%。在整个化学体系的路线方向上,我们做了明确的划分。未来各个技术路线,包括无钴、三元,主要的发展方向是提升能量密度,通过材料技术的提升以及结构的简化、轻薄化等等,最终的主要方向还是在保证安全、降本的前提下,进一步提升能量密度。铁锂的未来发展方向中能量密度的提升就是锰铁锂,三元无钴未来的方向是尖晶石。我们已经有两款产品,实现了无钴化。245Wh/kg的产品主要适配800公里,240Wh/kg会适配600公里的产品。这是蜂巢未来全域电池的短刀化布局。我们覆盖从L3-L6短刀全尺寸,覆盖从1.6-4C的全充电范围,覆盖无钴、三元等全化学体系。覆盖乘用车、商用车、非高速电动车等全域的使用场景。我们现在做的PHEV以及增程式L4产品。短期内PHEV和增程式会出现爆发,市场需求会提升。针对PHEV产品,去年初我们就完成了续驶里程50公里、150公里、250公里的全部布局,重点布局铁锂的产品。我们通过磷酸铁锂来实现这几个里程的PHEV全面覆盖和布局。全域短刀化布局,重点介绍一下L6纯电动产品的布局和应用情况。目前主流布局了5款产品,包括从A0-B级以上,包括传统的SUV到轿跑等稍低底盘的产品。我们做过短刀产品的电池包布置分析,从目前看,短刀产品的成组效率要比传统的电池包成组效率高30%以上。尤其在高度尺寸受限的轿跑车型,它的成组效率会更好一些。这些产品都陆续在开发过程中,184实现量产预计一年左右,196今年实现量产,其他产品会陆续实现量产。这是快充产品的布局。整个市场对快速充电的需求越来越明确,越来越迫切。我们蜂巢对快充产品也完成了布局,包括两款,一款是149Ah,4C产品,已经匹配了客户的整车,完成了冬标和夏标的标定。160Ah,2.2C的产品,能量密度在250Wh/kg,完成了产品的设计和定型,配合整车做相应的标定和开发,明年中旬实现量产。短期内800V,4C产品,需要结合着充电桩、整车其他电器件的情况。我们对电芯的容量做过推导,最终的结论就是150Ah左右的产品适配400-800V,是最优容量的选择。短期内,在充电桩布局快但布局没那么完整的前提下,我们做的800V系统可以兼容400V充电桩。这款产品结合了市场分析、客户需求分析,最终完成产品设计和定义开发。

蜂巢愿携手行业各位同仁共创未来,谢谢大家! 

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