孚能科技董事長(zhǎng)王瑀：軟包，未來新能源乘用車市場(chǎng)的寵兒
編輯丨麥 子
美編丨CBEA獨(dú)耀
▲圖為孚能科技董事長(zhǎng)王瑀作主旨發(fā)言
日前，“第二屆新能源汽車及動(dòng)力電池（CIBF2021深圳）國(guó)際交流會(huì)”在深圳隆重召開。孚能科技董事長(zhǎng)王瑀在開幕式專場(chǎng)作主旨發(fā)言。
以下為孚能科技董事長(zhǎng)王瑀發(fā)言內(nèi)容（整理）：
*注：以下軟包電池均指軟包鋰離子電池
非常感謝組委會(huì)的邀請(qǐng)，也非常感謝在座的各位對(duì)本次會(huì)議的支持，希望大家通過這次會(huì)議對(duì)鋰離子軟包電池有進(jìn)一步了解，一起把軟包電池做好，為新能源汽車未來的蓬勃發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
01
軟包——時(shí)間的朋友，未來新能源乘用車市場(chǎng)的寵兒
1990年索尼公司率先開發(fā)了鋰離子電池，1994年軟包鋰離子電池被提出，1996-1997年多家日本公司開始了液態(tài)及凝膠鋰離子軟包電池產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，現(xiàn)在鋰離子軟包電池幾乎壟斷了3C市場(chǎng)。隨后，軟包電池開始在汽車方面的開發(fā)應(yīng)用，2000年軟包電池在汽車行業(yè)的應(yīng)用正式拉開帷幕。
軟包電池在國(guó)際市場(chǎng)上比方殼電池應(yīng)用更廣泛，歷史更悠久。放眼歐洲市場(chǎng)，根據(jù)EV Sales的數(shù)據(jù)顯示，2020年歐洲銷量排前20名的電動(dòng)車中，其中有15款采用的是軟包電池，包括戴姆勒、日產(chǎn)、雷諾、大眾、現(xiàn)代、奧迪、沃爾沃等，大家能想到的大部分廠家，基本上都有軟包電池應(yīng)用的車型。
02
三高一低”——軟包的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
l 高安全
由于軟包電池的形狀是長(zhǎng)方形，并且很薄，傳熱面積大，非常便于散熱和熱管理，這樣使得電池在極端的情況下都能受控。所以電池正常產(chǎn)熱甚至熱失控發(fā)生時(shí)，熱量能很快釋放出去，另外熱失控產(chǎn)生的氣體也很容易在軟包電池中釋放，能夠迅速的降溫，這些特點(diǎn)都會(huì)使電池?zé)崾Э貛淼钠茐男越档阶畹汀?/p>
l 高能量密度
軟包采用鋁塑膜封裝的形式，相同容量前提下節(jié)省更多的裝配組件，理論上能量密度可以更高。例如，我們的量產(chǎn)電池能量密度達(dá)到了285Wh/kg，并且仍在持續(xù)提高過程中，能量密度方面明顯優(yōu)于方殼及圓柱電池。
l 高靈活性
軟包電池的形狀非常適合于未來新能源汽車的發(fā)展，形狀可變，尺寸可調(diào)，并且重量方面較同等容量的鋼殼電池輕40%，比鋁殼電池輕20%，可以說滿足了OEM各種差異化的需求，提供了從超跑到越野車的底盤集成化方案。它很適合不同的場(chǎng)景應(yīng)用。
l 低成本
相比較其他形態(tài)，軟包電池的理論材料成本最低，同時(shí)軟包電池的內(nèi)阻較小，可以極大的降低電池的自耗電，循環(huán)壽命更長(zhǎng)，也是成本的降低。雖然當(dāng)前軟包電池設(shè)備沒有方型電池設(shè)備成熟、設(shè)備攤銷稍高，但未來會(huì)大幅改善。方形電池、圓柱電池自1990年開始走過漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，回顧過去，90年代的圓柱電池設(shè)備遇到的問題和現(xiàn)在軟包電池遇到的問題是一樣的，我相信在座的設(shè)備供應(yīng)商同仁們，都會(huì)在未來為我們開發(fā)出更高效的軟包設(shè)備，一起把軟包電池的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來。
軟包電池的應(yīng)用非常廣泛。在巴黎會(huì)議之后，國(guó)際社會(huì)提出了碳中和、碳排放的全世界共同努力目標(biāo)。未來，在儲(chǔ)能、智慧家庭、智慧城市、能源互聯(lián)、工業(yè)等市場(chǎng)，電池產(chǎn)品應(yīng)用會(huì)越來越多，發(fā)展空間將會(huì)非常廣泛。軟包電池獨(dú)特的安全、長(zhǎng)循環(huán)等優(yōu)勢(shì)，為上述市場(chǎng)提供了有力的技術(shù)支持。
03
車用電池的“四大挑戰(zhàn)”
1）能量密度——電池作為汽車的核心零部件，在滿足新能源車基本要求的同時(shí)，電池的標(biāo)準(zhǔn)化越來越受到關(guān)注，但目前電池由于能量密度還比較低，還無法滿足這些要求。眼下為滿足續(xù)航里程及其它性能的要求，需開發(fā)多種不同型號(hào)動(dòng)力電池。為了持續(xù)滿足未來新能源汽車行業(yè)發(fā)展的需求，需要重量更輕、體積更小的動(dòng)力電池。目前量產(chǎn)或已接近量產(chǎn)階段的動(dòng)力鋰離子電池能量密度大約在300Wh/Kg左右，我們未來需要盡快突破400Wh/kg及1000Wh/L的產(chǎn)品開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)瓶頸。
2）快充——新能源汽車目前的充電時(shí)間大約是1個(gè)小時(shí)，這個(gè)時(shí)間依然太長(zhǎng)。想象一下如果我們駕車從深圳開往武漢，中間需要花1小時(shí)停下來充電，這是什么樣的心情和感受？如果快充問題得以解決，我們就不需要背負(fù)又大又重的電池，汽車的成本也會(huì)相對(duì)降下來。目前行業(yè)里的共識(shí)是：在不影響續(xù)航的情況下，充電的時(shí)間能夠快速降低到15分鐘以下。
3）安全——最近兩年經(jīng)常會(huì)看到有關(guān)新能源汽車熱失控、起火等報(bào)道，電動(dòng)車的安全已經(jīng)引起行業(yè)的關(guān)注，成為制約新能源車發(fā)展的、必須克服的技術(shù)問題。電池系統(tǒng)安全有可能是產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題，也有可能是產(chǎn)品制造問題，同時(shí)還有可能是使用不當(dāng)?shù)膯栴}。首先在設(shè)計(jì)階段保證電池整體系統(tǒng)的安全，尤其是目前在電芯技術(shù)無法達(dá)到絕對(duì)安全的階段，更需要在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方面確保安全；二是確保無制造瑕疵，使設(shè)計(jì)安全得到保障；另外，確保在客戶使用過程中電池包控制不超越安全使用邊界。當(dāng)然，如果能徹底解決電芯本身熱失控問題，未來的模組及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電池的管理就變得相對(duì)簡(jiǎn)單。
4）成本——2000年，我們預(yù)測(cè)過如果車用動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度能達(dá)到300Wh/kg，成本能達(dá)到$100/kWh， 電動(dòng)車的普及就不應(yīng)該成為問題。現(xiàn)在來看，電動(dòng)車已經(jīng)開始大規(guī)模的走向這個(gè)目標(biāo)。三元電池系統(tǒng)的成本與$100/kWh還有一些差距，但是已非常接近了。現(xiàn)在我們的整車客戶又向我們提出新的成本目標(biāo)，也就是$80/kWh，如果這個(gè)目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，電動(dòng)車的動(dòng)力系統(tǒng)成本與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)成本基本匹配，整車的成本不會(huì)高于傳統(tǒng)的汽車。此外，再加上電動(dòng)車使用成本低的優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)汽車的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)變得更強(qiáng)。
l 能量密度提升路徑：
電池能量密度關(guān)鍵取決于電極活性材料。過去幾年，由于正負(fù)極材料方面的發(fā)展，尤其是高鎳/高電壓三元材料及高容量石墨材料，使得近300Wh/kg軟包鋰離子動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化成為現(xiàn)實(shí)。另外，低載量氧化亞硅基及硅基石墨材料的開發(fā)及與高鎳三元材料的結(jié)合，預(yù)計(jì)將使320Wh/kg軟包鋰離子動(dòng)力電池很快將進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。雖然在提高能量密度方面取得上述可喜的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，但目前還沒有成熟的技術(shù)解決>400Wh/kg電池的產(chǎn)業(yè)化問題。要突破400Wh/kg技術(shù)瓶頸，需要開發(fā)更高能量密度的負(fù)極，例如：更高載量的硅基石墨、硅、金屬鋰等負(fù)極材料；以及更高能量密度的正極材料，例如：>250mAh/g、高電壓三元材料及其它更高能量密度的正極材料。孚能科技從2002年開始一直專注于開發(fā)>1000mAh/g負(fù)極材料及>250mAh/g正極材料及其產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，目前已實(shí)現(xiàn)285Wh/Kg軟包鋰離子動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化。
孚能科技希望與各位同行，尤其是材料供應(yīng)商們一起努力，去突破材料上的種種瓶頸，使得動(dòng)力電池能量密度不斷提高，滿足新能源汽車整車對(duì)動(dòng)力電池續(xù)航里程、快充、輕量化、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的需求。
l 快充性能提升路徑：
我們知道快充需要解決直流阻抗和離子傳輸問題，跟材料及電池設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系。目前鋰離子動(dòng)力電池高快充能力主要受以下兩方面的制約：
1、電池的阻抗。鋰電池充電電壓窗口比較窄，如果電池阻抗太高，在大電流充電情況下很快達(dá)到電池規(guī)定的截至電壓，造成充不滿電的結(jié)果。電池的阻抗大小取決于電池的材料及設(shè)計(jì)，正負(fù)極材料的導(dǎo)電能力及鋰離子遷移能力，電解液電導(dǎo)率、導(dǎo)電輔助材料導(dǎo)電率、載流體等；
2、以石墨為負(fù)極活性材料的鋰離子動(dòng)力電池的析鋰。制約目前鋰離子動(dòng)力電池另外一個(gè)因素為負(fù)極析鋰問題。為了確保不析鋰，在鋰離子電池設(shè)計(jì)及使用過程中，負(fù)極的電位控制在0伏以上，一旦負(fù)極電位低于0伏，在充電過程中，負(fù)極將會(huì)析鋰，從而帶來安全隱患。大電流充電時(shí)，阻抗太高很容易就充到了截止電壓，達(dá)不到滿充的目的，同時(shí)也造成負(fù)極過電壓產(chǎn)生析鋰。如何解決電池阻抗的問題以及負(fù)極過電壓無析鋰，同時(shí)滿足整車廠電池性能及快充要求，電池廠需在充電能力與其它性能方面找到平衡。對(duì)于快充電池來說，目前的技術(shù)只能犧牲能量密度，比如說280Wh/kg變更到240Wh/kg，或者采用能量密度低但快充能力比較好的材料以實(shí)現(xiàn)快充的變通方式。軟包電池本身阻抗比較小，形狀非常利于快充電池的設(shè)計(jì)。歸根到底，我們要從根本上解決石墨不析鋰的問題，在電池的阻抗和設(shè)計(jì)方面就要繼續(xù)的挖潛，需要更好的導(dǎo)電劑、阻抗低的正負(fù)極材料，提高一些負(fù)極材料充電電壓及開發(fā)無析鋰的負(fù)極材料。硅材料在這方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，硅基材料可助力充電能力大大提升，也為未來的快充提供了很好的方向。對(duì)于孚能科技來說，對(duì)未來將會(huì)推出的>300Wh/kg的電池產(chǎn)品，都會(huì)為快充提供良好的解決方案。
l 安全性能提升路徑：
解決電池安全問題需要分兩條腿走路。
一是從活性材料上解決，無論是嵌鋰的負(fù)極石墨材料，還是三元正極材料，在極端的情況下都會(huì)出現(xiàn)熱失控的問題。比如在負(fù)極上，如何解決鋰化后負(fù)極材料及SEI膜穩(wěn)定性的問題。熱失控的一個(gè)引發(fā)點(diǎn)是負(fù)極SEI分解，熱量引發(fā)了隔膜紙短路及正極材料的進(jìn)一步反應(yīng)。負(fù)極上需做穩(wěn)定SEI的工作，它的穩(wěn)定性提高了，帶來的負(fù)面影響就是制約充電速度和電池其他的性能。正極材料方面，在高溫的情況下，它的反應(yīng)還是非常高，尤其是三元811材料。如何解決高電壓正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和高電壓脫鋰后正極材料表面反應(yīng)活性的問題是未來研究的方向。
另外一個(gè)解決方向是電解液方向。軟包電池在極端情況下也會(huì)出現(xiàn)熱失控，雖然說它非常溫和。普遍認(rèn)為固態(tài)電池是徹底解決目前鋰離子電池?zé)崾Э氐淖罱K方案。但就現(xiàn)階段而言，固態(tài)電解質(zhì)還不成熟，離真正的應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段距離。我們認(rèn)為發(fā)展的方向應(yīng)該先從液態(tài)到半固態(tài)(凝膠)，然后再到半固態(tài)（固體電解質(zhì)），最后在過渡到全固態(tài)電池這樣發(fā)展歷程。半固態(tài)凝膠電池已經(jīng)大大改善軟包電池的安全性，但由于還在使用傳統(tǒng)聚合物隔膜紙，在熱失控情況下，隔膜在130°以上還有收縮和熔化短路的發(fā)生，半固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)將會(huì)彌補(bǔ)上述缺陷，軟包電池的安全性得到很大提高。
終極的目標(biāo)希望能夠?qū)崿F(xiàn)全固態(tài)，全固態(tài)電解液目前還解決不了的是固固界面問題，仍然困擾著行業(yè)的發(fā)展。對(duì)軟包電池來說，無論是凝膠電池，還是固態(tài)電池，軟包電池工藝及設(shè)備的適應(yīng)性是非常強(qiáng)，不需要在這個(gè)過程當(dāng)中對(duì)軟包電池的工藝、設(shè)備做大幅改動(dòng)，軟包電池的生命力就在這里。所以，孚能科技在創(chuàng)立初期就確立了新能源汽車動(dòng)力電池三步走的技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，也就是軟包、疊片、三元加凝膠電解液、半固態(tài)固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電解質(zhì)。
l 成本降低路徑：
成本包括材料成本、制造成本、管理成本、全生命周期質(zhì)保及材料回收成本。如何把電池的成本降下來？
1） 首先是從材料入手。目前三元正極材料占電芯成本的40%-50%。眼下行業(yè)發(fā)展快速向兩類材料傾斜：一是高鎳、低鈷、高電壓、高能量密度正極材料；二是無鈷、低鎳、高錳、高電壓正極材料。這兩類材料有可能在未來1-2年產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)，兩類材料的導(dǎo)入都會(huì)幫助未來軟包電池在成本方面降低，尤其是第二種高錳材料。新材料的導(dǎo)入永遠(yuǎn)都是推動(dòng)行業(yè)發(fā)展最重要的技術(shù)源泉。
2） 工藝入手：工藝流程復(fù)雜，投資成本大，隨著整車要求越來越高，尤其是一致性要求方面，成本攤銷會(huì)越來越多。首先是否能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，如用干法制片代替目前傳統(tǒng)制極片工藝？雖然干法制片工藝在電容行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前在鋰電行業(yè)還有很多技術(shù)瓶頸需要克服。未來，工藝的簡(jiǎn)化可以助力成本大幅的降低。
3） 設(shè)備入手：為了滿足整車的需求，我們對(duì)于每一個(gè)工序都要做到數(shù)字化可控和視覺可控，然而，隨即帶來的則是成本的增加。提升軟包電池的組裝效率是重中之重。生產(chǎn)線開發(fā)，從制片一直到封裝，有幾個(gè)環(huán)節(jié)制約著發(fā)展：1.高速制片：目前五金模切成本太高，激光切還不能完全代替五金模切；2.高速疊片：目前疊片機(jī)的速度太慢，無法滿足電池行業(yè)的發(fā)展。希望在座的設(shè)備廠商繼續(xù)助力，開發(fā)出更加高效的設(shè)備。
4） 電池回收利用：鋰離子動(dòng)力電池回收不僅可以協(xié)助保證未來鎳鈷鋰金屬供應(yīng)，同時(shí)也可幫助降低電池成本。目前采用傳統(tǒng)的化學(xué)濕法冶煉方法不經(jīng)濟(jì)、不環(huán)保、不符合碳排放的要求，需要開發(fā)更好的回收技術(shù)，如直接回收技術(shù)，回收后直接使用到產(chǎn)品去，這同樣能大大減少循環(huán)的周期和成本。自2007年開始，孚能致力于開發(fā)直接循環(huán)材料技術(shù)，希望該技術(shù)能直接回收正負(fù)極材料，而不要通過傳統(tǒng)的化學(xué)濕法來把材料回收后再合成，重走材料合成的老路。未來，期待與大家共同找到直接回收的方法，既環(huán)保又符合碳排放要求，共同實(shí)現(xiàn)2060年碳中和的目標(biāo)。
04
孚能科技| 綠色能源解決方案提供商
孚能科技的使命是提供綠色能源，構(gòu)建智能世界。作為綠色能源一站式解決方案提供商，從方案設(shè)計(jì)到大規(guī)模、滿足客戶需求的生產(chǎn)，再到二氧化碳中和、循環(huán)材料的使用，孚能科技在行業(yè)耕耘了將近20年，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。目前為止，孚能科技有超過1億片電池在市場(chǎng)上應(yīng)用，產(chǎn)品遍布全球。此外，我們?cè)谌驌碛谐^4000名員工，分布在北美、歐洲和中國(guó)。截至2021年3月，孚能科技完成設(shè)備安裝的產(chǎn)能共計(jì)達(dá)到21GWh，全球產(chǎn)能還在進(jìn)一步加速擴(kuò)大。
希望上述這些觀點(diǎn)能夠同大家產(chǎn)生共鳴，未來期待和大家一起努力，與諸位專家和學(xué)者一道研討，攜手助力新能源行業(yè)的發(fā)展。
謝謝大家。
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