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【双碳论坛】苏州清陶新能源科技有限公司总经理、清陶研究院院长何泓材:固态动力电池产业化机遇与进展

发布日期:2022-09-06   浏览次数:1194

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,苏州清陶新能源科技有限公司总经理、清陶研究院院长何泓材发表了题为“固态动力电池产业化机遇与进展”的演讲。
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苏州清陶新能源科技有限公司总经理、清陶研究院院长 何泓材
以下为演讲实录:

尊敬的各位领导,各位嘉宾,大家上午好!我是来自清陶能源的何泓材。非常感谢组委会的邀请,让我有机会参加此次论坛,非常遗憾,因为疫情我不能到现场,而只能通过远程视频方式与大家交流。

我今天的题目是固态动力电池产业化机遇与进程。首先是行业背景。在座的都是汽车行业的相关专家,应该说目前我们正处在第三次能源革命的变革时期,正在经历从化石能源到可再生能源的转型时期。我们今天的论坛主题是“双碳”,在第三次能源革命中,我们的“双碳”战略,特别是碳中和,既是变革的目标,也是变革的手段。要实现我们的碳中和或者“双碳”战略,必须要从工业生产乃至交通领域这两大碳排放领域想办法,去实现我们的减碳和零排放。工业生产的减碳需要新能源发电和电池储能的结合和应用推广。交通领域则是需要新能源汽车和动力电池技术的应用推广。

这两个领域要实现零排放,或者减碳排放,其实都离不开核心技术锂电池。电动汽车电池的生产制造、充电过程其实也是一个消耗能源的过程,有人认为电动汽车能不能实现有效减排,是一个值得考虑的问题。针对此,国际清洁运输理事会做了一个研究,也发表了研究报告,报告表明,我们即使考虑了汽车乃至电池整个制造、维护、燃料消耗以及电力生产相关的能耗排放,与燃油汽车比较的话,电动汽车确实是显著减少相应排放的,无论是绿色发电占比比较高的欧洲还是美国。碳排放比较高的中国乃至印度,电动汽车都有比较显著的减碳效果。因此,用可再生电力供电的电动汽车是我们实现巴黎协定目标的重要技术。我们的新能源汽车进入了快速增长期,新能源汽车在汽车市场渗透率有提高,整个充电汽车进入了快速增长期。

现在的纯电汽车技术支撑还是锂电池。我们看看固态锂电产业化又有怎样的机遇。传统的锂电池目前虽然已经广泛应用,但是它存在着技术上的一些痛点。第一是安全问题,关系到每一个使用纯电汽车的人的安全。其实主要原因是存在着易燃易爆的电解液,非常容易出现事故。第二,现有的锂电池能量密度接近极限,难以提升,续航里程接近天花板,很难有更好的提升。第三,成本问题。目前动力电池占整车的成本比较高,缺乏降本手段。针对这种情况,我们亟需电池技术的突破,来满足日益增长的用户需求和市场需求。可以说这是传统锂电池存在的痛点,使得新技术的产业化具有可行性和必要性。

到目前为止,锂电池的固态化基本是大家公认的发展趋势。固态锂电池是用固态电解质材料替代液态电解液,其实其技术的核心和壁垒是相关材料的创新和开发。可以说经过这几年的发展,固态电池已经成为动力电池领域的新赛道。其核心是固态电池材料,材料突破之时就是固态锂电池产业化的时候。固态电解质其实已经进行了很多研究,几乎有十年左右的时间,固态电解质的导电研究取得了突破性进展。

材料性能的突破将助力固态电池技术的产品化,目前已经变成了动力锂电池的新赛道。固态锂电池使用固态电解质,相对安全、不可燃、耐高温,可在更宽的范围内安全使用,特别是在高一点的温度范围内可以安全使用。针对一些物理、机械的破坏,或者电器的耐用,电池也不会出现起火、爆炸等安全隐患。因此,它的安全性能得到了明显提升。

我们没有了安全性能的天花板之后,也没有了传统的液态电解质对电池材料体系的限制。固态电池的能量密度,目前已经开发的产品,最高可以达到500wh/kg,可以使纯电汽车续航超过1000公里。随着这些年的发展,固态锂电池产业日渐成熟,将是下一代动力电池技术的必然趋势。

固态电池本身也处在技术迭代过程当中,随着材料创新,进一步提升电池性能,通过工艺创新,降低电池成本。到目前为止,几乎所有的固态动力电池都还是半固态的形式,用固态电解质部分替代电解液,即使在这样的体系里,我们的电池研究已经使能量密度和安全性能都优于传统的液态锂电池。我们今后将会在材料、工艺,成本方面,取得进一步的提升。

首先材料方面,电解质朝着更稳定的趋势发展,逐渐导入更高容量,或者更高电压的正负极材料体系。在工艺上,随着相应的固态材料应用,我们可以尽量简化工艺,进行迭代和改进。工艺改变以后,产线设备投资降低,由此带动电池成本降低。因此,我们在固态电池技术迭代过程当中,整个电池将朝着更安全、更长续航、更便宜的方向发展。

经过过去几年的发展,固态动力电池已经到了产业化前夕,目前整个现状给大家做一下汇报。首先固态锂电池在新能源汽车领域进行推广的同时,也在特种电源、国防、军工、民用储能等领域出现了批量的应用和推广。这些领域的应用和推广,也对新能源汽车动力电池的使用奠定了很好的基础。这是清陶的关键时间节点,我们在2016年首次公开固态电池产业化时间表。2020年,我们的1GWh固态动力电池产线投产,多家车企装车验证。今年我们也进行了规模化量产生产线建设。我们的固态电池上车已经非常接近了,已经进入了规模化量产的新阶段。

清陶的思路是立足材料创新,布局设备开发制造,攻关固态电池工艺,整合材料、装备和关键工艺三位一体,形成一系列自主可控的核心技术,提供性能优势明显的固态锂电池产品和交付方案,以解决客户以及不同行业的一些痛点,去满足他们的需求,引领产业。

下面重点介绍一下我们在动力电池领域的两个产品,一个是典型的车用动力电池电芯的测试总览,这个产品能量密度相对不高,大概在270千瓦,但是我们也完成了电芯级别的基本参数,以及相关的参数表的30多项测试。从电芯级别的测试来看,都取得了非常好的效果。模组方面,也进行了各种测试。

在电池系统层级,我们也做了高温防模等三大类20多项实验,并且全部达到了车企的要求。我们把相应的测试结果进行了总结,车企客户对我们的测试结果总结如下:这两个支柱图,其实是一个简单的比较。我们的电池在安全性能方面,包括过充、极限加热等方面,相比于传统的液态电池,有明显优势。在电力性能方面,如能量密度、高温环境的能量特性、功率特性上也体现了优势,指标是比较突出的,我们的固态动力电池产品满足了装车条件。

接下来对我们的典型高比能固态动力电芯做一下介绍。首先是与上汽集团联合开发了一款电池,能量密度达到了368瓦时/公斤,单体总量是116Ah,这款电芯也做了相应的模组,整包在车上,做了测试,也获得了强检的报告。我们还在上海机动车检测中心进行了强检,整个电池的循环寿命可以超过1000次。我们将这样一个电池进行实车装车的测试,以CLTC综合续航工况实测的续航里程可以达到1038公里。我们通过材料的创新,采用了高镍的固态复合正极。这是首家获得国标强检报告的固态动力电池,也达到了车用级别的安全,并实现了高集成效率。我们通过755mm高集成效率大模组,使得系统能量密度超过255wh/kg,实际续航超过1000公里。

对于一个创业企业来说,工程化能力和极限制造能力是所有电池创新企业的必修课,也是最大的考验。我们清陶通过电池制造、设备制造等能力建设,让我们的产业化制造能力得到快速提升,目前从各个方面对产品质量进行了保障。而随着整个产业的规模化和产能建设,我们的价格也在快速下降。我们的电池成本在快速下降。今年的价格跟液态电池非常接近了。我们的产能建成投产之后,我们的电池瓦时成本将降到1块钱以下。

总体来看,到目前这个阶段,固态动力锂电池即将进入规模化的新时代,在这个过程当中,工程能力和极限制作能力是电池创新企业的重要必修课,清陶将坚持以市场为导向,以客户为导向,利用核心材料技术优势,为广大客户提供定制化服务,将坚持材料创新,实现极限成本控制,通过快速扩大产业规模形成市场影响力。清陶也非常感谢广大供应商和客户的鼎力支持,将与更多产业合作伙伴共同成长。以上是我的汇报交流,感谢大家聆听! 

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