广汽埃安李进:动力电池发展趋势及技术探索
发布时间:2023-11-29 11:05:00

广汽埃安新能源汽车有限公司电池研发部总监李进:动力电池发展趋势及技术探索

  李进:首先感谢协会的邀请,今天很荣幸给大家分享一下我们从整车企业角度,我们也是在做电池研发准备量产,我们怎么看近年来动力电池的技术发展的趋势还有我们做的技术探索。

  首先先看一下市场环境,从2021年以来整个新能源市场渗透率是快速拉升过程,2023年预计新能源乘用车的销量达到850万辆,距离900万辆的目标非常近,同时我们广汽埃安从今年前9个月的销量已经达到了35万辆,预计全年可以达到50万的目标。

  从客户需求分析,整个新能源车的销量对我们车企来说要满足客户不断提升需求,我们对用户需求分析来看,目前续航里程、充电速度、价格和品质安全是新能源客户关注的重要因素,目前主流的路线是铁锂和三元,各自还存在一些短板,铁锂进一步改善低温性能、提升快充、能量密度要进一步提升。三元主要解决的是成本和本征安全的问题。

  目前我们对技术路线进行分析,首先看一下封装方式,我们预测方形、软包、大圆柱三种封装方式长期并存,大尺寸化是未来的趋势,有利于提升能量密度、降低成本,通过大尺寸化提升容量,通过降低复材结构件的占比达到降本目的。方形这两种优势都有优势,对长导型刀片这一类整体的Z向空间利用会更好,体积利用率会更高,对于窄厚型未来对于快充、降内阻更有优势,整体我们认为方形成本、寿命、整包利用率、系统安全防护方面具有综合的优势,未来会成为市场的主导地位。

  对于三元我们觉得大圆柱是后续重点的方向,更适合三元体系,也可以带来制造成本的降低,同时容易实现无模组化和平台化,我们预测它在高性能车型上会扩大它的应用规模。

  化学体系,整体分为两个路线,高性能、高性价比,这个是我们大体分的。高性能主要是三元电池为主,后续主要提升能量密度和快充性能,逐步向固态方向发展解决本征安全性的需求。高性价比这一块目前铁锂是市场的主流,占比在不断的提升,由于它目前的成本、寿命、本征安全具有比较大的优势。后续我们认为高锰、高压体系可以实现能力密度进一步提升和成本的降低,进一步取代铁锂。

  还有钠离子电池,虽然现在磷酸铁锂价格下降对钠离子是利空的消息,从长远来说,从摆脱对锂资源的依赖,钠离子电池还是有开发的需求。

  目前磷酸铁锂的材料比容量已经接近理论值,后续主要是通过正极补锂、压密、材料的轻薄化包括复合箔材的应用以及整包设计的优化进一步提升能量密度,由目前的420未来提升到440、450Wh/L的能力,同时我们通过整包利用率的提升,目前从量产63%逐步提升到75%以上,实现整体整车续航的提升,目前在市场上基本搭载铁锂的车型可以提到600km续航的水平,未来我们觉得对于铁锂还要进一步去提升,提到700或者是800,这样相对于燃油车来说基本上感受是差不多的。

  另外一方面对于铁锂电池在满足用户基本续航需求的基础上提升快充是后续的一个发展方向,主要是从电芯层级通过材料、电芯设计的优化大幅提升电芯的快充性能。现在铁锂的快充卷得比较厉害,各个企业从最早的提升能量密度现在开始搞铁锂快充,具体来看材料层面正极主要是通过优化粒径分布减少大颗粒,优化包覆,负极通过原料胶的优化、骨料粒径的优化减少历经,优化碳包覆。电解液层面我们可以做构建SEI包括羟基性溶剂的应用提高锂的溶剂化,同时还有隔膜,可以大幅提升电芯的快充能力,电芯设计层面我们通过极片设计,电芯尺寸和结构的优化提升快充,极片层面从单极耳向多极耳、全极耳的转变,同时多层结构的极片和第一曲度极片的应用也逐渐在量产产品中得到了一些应用。

  另一方面即使我不对化学体系和电池设计进行变更,通过升温加热和充电策略优化可以打幅度提升铁锂电池的充放电速率和缩减充放电的时间。我们可以看到在常温下铁锂从0到100%SOC可以实现平均1.7C的快充,升到40度进行充电其实平均可以拉到2.6C,对快充时间的缩短贡献比较大。

  另外一个充电策略,目前应用比较多的是阶梯充放电的方法,当然阶梯还有很多挖掘的空间,包括把每一个阶梯进行一个细化,达到电池在不同的SOC最大的充电能力,在这方面可以进一步缩短充电时间包括脉冲充电策略的应用,我们在这一块做了很多的探索,包括充放电策略整合在一起,我们优化了一些策略,实现了铁锂电池快充能力大幅度提升,常温情况下即使电池是常规设计不对它进行材料设计的变更,也是可以做到36分钟充满,如果配合升温可以做到26分钟充满。

  目前三元电池+方铝的方案是主流,未来三元和大圆柱是重点的方向,因为它是需求更低的制造成本,但是我们觉得因为现在铁锂本身的续航提得比较高,同时它的快充也在逐步提升,所以对三元的要求也越来越高,未来三元电池可能在快充能力上要达到C级以上的能力。

  46圆柱与传统的21和18的结构上存在差异,也是在整个制备工艺上存在一些差异,前期各个企业包括自己也做了很多的探索,我们认为现在目前它的工艺路线是在收敛过程中,前期可能主要是有极耳揉平和压平,从这张图可以看出下面这条路线我们认为它在生产过程中还是有一些问题,包括金属碎屑、过流能力同时要考虑大圆柱电池在实际应用过程中热安全性的问题,热失控的行为怎么去最终达到无热蔓延的效果,不同的工艺路线还是有一些差异,所以我们认为后续可能重点是在极耳压平包括激光穿焊这些方式最终实现46大圆柱整体的竞争力。

  这一块我们也做了一些探索和分析,目前整体大圆柱相比传统焊接比率和良率有待进一步提升,这是目前制约46快速量产主要的原因,另外我们通过分析对标验证和开发看到目前大圆柱采用钢壳内阻针对方形还是比较大,现在EC充电大部分没有问题,快充的情况下,很多产品的寿命衰减也是比较厉害,目前我们在这一块也做了相关工作,持续降低内阻,目前做到2.2,希望后续做到1.8,以满足3C或者4C以上快充的需求,从这个图可以看到,我们做了对标分析,3C的时候衰减还是挺快的,我们通过工作目前可以做到3C的快充,整体来说对于大圆柱电池除了改善快充,寿命也是需要攻克的。

  三元和铁锂,铁锂成本占比不断的提升有很大的原因是成本的问题,我们也在考虑三元未来在成本情况下能表现出它的成本竞争力,主要还是金属的价格,包括镍价对成本影响比较大,同时另外一个方式通过回收,综合考虑回收实际上三元的成本可以比铁锂综合利用成本要低,但是一个瓶颈是目前生态模式的问题,电池至少用10年、8年,怎么打通生态是当前需要解决的问题。

  另一方面对于未来高锰高电压的体系是未来的一个重要方向,主要得益于平台高、能量密度高、单位耗锂量比较低,理论成本会更低,目前还是有解决相关的技术问题,包括高温产气的问题、锰溶出的问题、内阻的一些问题。

  最后是固态电池,最近也是比较热,包括各大车企发布了固态电池量产的时间节点,国内外对于动力电池来说下一代的电池大家都关注了固态电池,我们也是进行了相关的研究和技术的分析判断,我们整体看下来硫化物目前的技术成熟度相对比较高,近期可能我们认为第一代量产的可能会是硫化物,但是硫化物本身有安全性问题,包括需要遇水产生硫化氢,对加工环境要求比较高,长远降成本还是有难度,硫化物电池要在一定的压力下发挥更好的性能,这一块都是需要进一步解决和突破。远期来看我们认为无机氧化物、聚合物的复合体系是未来更有潜力的一个方向。

  从正极的角度来说我们近期觉得是高镍,后续过渡到负极锰基的材料,从负极的角度说当前的量产是硅,后续往锂金属,我们认为现在也在关注无负极的技术,最终还是会走到无负极的技术和体系,这里面对于固态电池要解决的技术问题,包括高容量长续航的负极技术,还有超薄固态电解膜的技术,还有高面容量的正极技术和界面改性技术,这都是需要进一步突破的一些关键技术。

  最后介绍一下广汽埃安的情况,广汽埃安位于广州番禺广汽智联汽车产业园,成立于2017年7月28日,是广汽集团面向汽车新四化发展智能网联新能源汽车的核心载体。广汽埃安智能生态工厂2019年4月投产,2022年2月第一工厂实现20万产能,2022年10月第二工厂投产,达到40万产能;2023年11月第三工厂启动,提升产能至60万以上。电池是新能源汽车关键核心零部件,广汽集团“万亿广汽”明确要发力“零部件强链延链。我们重点关注电池的资产和研发。

  最后介绍一下广汽自主电池的研发历程,广汽在整车厂是属于较早开始自动化和自主电池研发的企业,我们在2011年的时候开始新能源汽车的研发,纳贿是重度混合的动力车型,2017年埃安成立,同时我们收款BEV电池量产,同时我们开始自主电芯研发。2022年埃安完成混改完成A轮融资,我们集团成立了电池科技公司,2023年12月份开始投产,对于电池的策略我们不是全部自己去生产,我们始终坚持三路并举的一个策略,择优外购、合资合作、自主开发。

  以上是我的分享,谢谢!

  以上为演讲速记,内容未经演讲者审阅。


稿件来源: 电池中国网
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