张耀:“双碳”背景下动力电池的挑战和策略

  2022年3月25-27日,2022中国电动汽车百人会论坛在线上举办。本届论坛主题为“迎接新能源汽车市场化发展新阶段”,邀请政府有关部门和汽车、能源、交通、城市、通讯等领域的行业机构和领先企业代表,就涉及新能源汽车市场化发展新阶段政策调整、碳中和目标下国际合作与政策协同、市场与消费新方向、交通能源基础设施协同发展、商用车可持续发展、氢能产业多场景应用、下一代动力电池产业化及产业投资与创新等方面展开深度研讨。其中,在3月27日举办的“动力电池论坛:下一代电池产业化之路”主题论坛上,欣旺达电动汽车电池有限公司副总裁张耀发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

  尊敬的王秘书长,现场和线上的各位领导、各位专家,先生们、女士们,大家好!我是来自欣旺达电动汽车电池有限公司的张耀,很荣幸有机会跟各位汇报一下动力电池工作的进展。我汇报的题目是“双碳”背景下动力电池的挑战和策略。
  我的报告分为四个部分:首先,我介绍一下“双碳”背景下动力电池面临的机遇和挑战,然后再给各位汇报一下欣旺达动力电池产品解决方案,以及欣旺达的“双碳”行动,最后是欣旺达电动汽车电池有限公司介绍。
  “双碳”目标是全球共识,中国承诺。
  2015年,联合国气候变化大会通过了《巴黎协定》。《巴黎协定》的目的是将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内,并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内。这是2020年以后全球应对气候变化的行动做出的统一安排。
  在2020年9月22日,我们的习大大在第75届联合国大会一般性辩论上宣布,中国将提高国家自主贡献力度,二氧化碳排放力争于2030年前达峰,2060年前实现碳中和。这是中国庄严的承诺。
  实际上,中国的“双碳”目标达成充满挑战,这里是国际能源署给出的统计数据和预测。
  在2019年,我国的交通和电力碳排放分别占到全国总量的9.2%和53.1%。这两个领域实际上一直保持着高增长。对于交通领域来讲,实际上有挑战。国际能源署2017年曾预测,到2040年,交通运输部将有可能成为中国碳排放不能达峰的唯一部门。要实现“双碳”目标,我们认为节能与新能源汽车都同样重要。
  在2020年,中国汽车工程学会制定了《中国节能与新能源汽车技术路线图2.0》。在2020年版本基础上我们可以看得到,混动新车在传统能源乘用车的比例是有所提升的,从原来2025年的20%提升至50%,从2030年的25%提升至75%。实际上也是对节能汽车的肯定,也同样认为节能与新能源车同样重要。
  实际上,中国和欧洲在电动化上面走在前列,尤其是新能源新车走在前面。放眼全球来看,实际上电动化进程仍然充满挑战,其在燃油车的替代上面,仍然有非常大的阻力。可以看到,2025年,燃油车将继续保持69%,HEV、BEV分别占到20%和7%。预测到2030年,据波士顿咨询公司的预测,我们燃油车仍然有48%,HEV、BEV增长到27%、19%。
  在提高乘用车低碳化上面,我们必须了解应用场景,必须认真地分析影响作为移动场景的挑战,欣旺达做了一些分析跟各位分享一下,影响HEV的渗透率来讲,我们有三大方面、三大重点。首先是消费者面对HEV的节油率,感到不显著,和预期比的差距。另外一个,对HEV的电池来讲,觉得容易坏,维修成本高。另外,HEV车型往往价格更高一些,这是三大痛点。我们分析了BEV的挑战,我们叫做四大焦虑,首先是里程焦虑,充一次电续驶里程不够长。充电焦虑,想做到跟加油一样方便、快捷。另外就是保值焦虑、安全焦虑,新能源汽车往往在保值上面落后于燃油的乘用车。这是影响渗透率的关键。
  针对于这个挑战,欣旺达提出了我们自己的方案。
  首先,混动和纯电动两者的解决方案。左手混动、右手纯电,能够匹配各种电动化场景的需求,助力交通领域的“双碳”目标达成。在这一领域上面,欣旺达秉承安全可靠性优先,根据应用场景的需求,不断通过材料创新、结构创新和工艺创新提升产品的竞争力和性价比,加快电动化的进程。
  在安全性解决方案上面,在去年的百人会我们的同事陈斌斌院长代表公司做了“不起火的欣旺达动力电池解决方案”,安全解决方案方面我这里不再赘述,实际我们所有产品都集成了不起火的安全解决方案和技术。
  在混动方面我们提供了三种类型的产品线和产品解决方案:48V轻混、HEV和插电式混动。48V我们产品具有高冷启动功率、长寿命和高耐久性的特征。在HEV上面,我们有高功率、长寿命以及高兼容性,模块化设计特征。在PHEV方面,我们适配的车型囊括纯电里程从50—250公里的类型。在纯电动领域,我们面向不同场景客户的需求,提供了四种类型的解决方案。首先是经济型的,通过采用创新的磷酸铁锂和磷酸锰铁锂企业,最高能量密度可以达到180Wh/kg。对于运营车领域,我们提供了8年80万公里质保的三元磷酸铁锂的解决方案。对中高端的个人乘用车的要求,我们提出了长续航和超级快充两种解决方案,对于长续航来讲,能量密度最高可以达到210Wh/kg,充一次电可以跑1000公里,对于超级快充来讲,我们充一次电同样可以维持在700公里左右,充电时间10分钟就可以实现400公里续航,解决了四大焦虑。
  除了产品线的持续迭代之外,我们也成立了先进电池研究院,致力于电化学储能前瞻性技术的研发,包括固态电池、金属锂电池、钠离子电池等,为我们的客户持续提供具有市场竞争力的创新技术。
  下面就具体的产品向各位汇报一下我们开发的进展。
  就HEV而言,我们目前已经量产两代。第一代,我们已经实现了国外同类产品的替代。第二代,我们在性能上面已经超过了国外的同行,实现了70C放电、60C脉冲充电,这样的高功率确保了高节油率。在寿命方面,我们能做到6万次保持80%的SOH,达到20年的超长质保,解决HEV维护的烦恼。同时,我们所有的HEV产品线采用标准化的电芯、模块化系统设计,确保了规模的效益,降低了HEV系统的成本,加强了跟各个不同类型的整车厂的合作和配套。这些HEV产品配置的实现,离不开欣旺达的创新,具体来讲这三大类创新,包括材料、结构和工艺,这些创新的取得是欣旺达和产业链的各个合作伙伴协同创新的结果。
  首先,在材料方面,我们采用了笼式正极,我们用低钴的偏组分设计实现了低成本、高稳定性,同时巧妙地应用三维锂离子通道正极,实现了高功率。在电解液方面,我们同样也有创新的设计,实现了低阻抗,还有低发热量。在结构创新方面,刚才已经提到了模块化的CTP的技术,实际在这个上面我们有一致性提升的技术,同时能够降低内阻、降低温升。在工艺方面,我们采用超薄电极工艺,以及零压差缺陷工艺,实现了高的品质,保持了高的能量密度和功率密度,提高生产效率。
  就BEV超级快充电池而言,我们预计在年底量产,这个产品用在我们终端客户上面,充一次电可以实现700公里的续驶里程,充电10分钟就可以增加400公里的续航,我们可以无限快充次数,达成10年20万公里质保的要求,提升了不起火的安全解决方案,解决了BEV市场渗透率的四大焦虑:里程焦虑、充电焦虑、保值焦虑、安全焦虑。跟HEV产品一样,这些产品特征的实现,离不开三大类创新,在材料创新方面我们采用了高电压低钴正极,实现了高镍材料同等的能量密度,热稳定性提升20%,在结构方面,我们采用了3D液冷结构,实现了温升低、温度一致性有显著提升,在工艺方面,我们采用CPE的电极,以及HSHP的叠片工艺,同时兼顾了低内阻、高电流密度。
  在产品解决方案上面欣旺达作出了应对,同样在自身制造环节也有“双碳”的行动。欣旺达高度重视可持续发展,已经成立了集团副总裁牵头的工作团队,持续降低动力及储能电池的碳排放足迹,同时我们设定了集团的碳达峰和碳中和目标,30年碳达峰、40年碳中和。在业务持续快速增长的情况下面,欣旺达集团承诺,二氧化碳排放小于800万吨。
  我们积极的建立绿色智能制造,实现电池制造环节零排放。具体来讲有三个措施:第一个,在各个制造基地、各个园区采用智能电网和自主开发的储能系统,实现园区用电的绿色化及高效化和集约化。具体来讲,包含光伏、电网的多能互补管理技术,光储充一体化的停车场充电站的技术,也包括分布式储能和负载自主动态响应的管理技术。同时,各个制造基地与当地政府和合作伙伴一起建立起区域性的战略合作,逐步将绿电使用比例提至90%。然后是智能制造环节,我们已设立有专门的、专业的工艺创新团队、智能开发团队,持续通过工艺设备的创新,实现工艺的简化,降低排放,实现高效率制造、高精度的制造。第二点,实际上我们在精益规划上面,采用了数字孪生技术,使得我们产线的占地面积每瓦时的能耗以及每瓦时的人力成本降低,这样有利于降低制造环节的碳排放。最后,我们在智慧能源管理上面,采纳大数据和人工智能技术,实现更高效的能源管理。
  最后,在全产业链布局上面,我们在全产业链布局上面欣旺达已经迈进了坚实的一步,已经初步完成了产业链的布局。一方面有利于保证供应链的安全,另外一方面也实现了资源的循环利用。我们实际上分析了电芯和电池产品的碳排放的构成,我们发现正极材料里面金属的循环利用以及电池包中间电池中的铝和铜的回收利用,不仅对我们的供应链安全十分关键,实际上对碳排放的目标达成具有非常重要的意义,是因为我们很多供应环节里面有额外的工艺的话会造成更多的碳排放,并且我们电解铝实际上在工艺上面有碳的排放,我们如果循环用铝的话可以有效的降低,实际上我们已经采用了可以落实的计划,逐步开发新的技术,提升回收资源的比例和效率,以及回收资源在产品中的质量,帮助“双碳”目标达成。
  除了低碳技术之外,低碳的管理技术也非常关键,欣旺达成立了点链公司,开发了区块链的技术,借助开发出来的区块链技术,欣旺达可以和行业内的各个伙伴一起,实现电池碳足迹全生命周期的追溯,当然可追溯的不止是谈,也包括资源循环利用、社会责任等,有利于碳排放的管理,促进碳排放目标达成。
  最后,请允许我花点时间介绍一下欣旺达集团以及欣旺达电动汽车电池有限公司。
  欣旺达是电池行业的老兵,成立于1997年,这是国内最早从事锂电研发、制造、生产的企业。经过20多年的发展,欣旺达已成为电池行业里面的前五名、在锂电行业的前三名。目前经过各位产业链合作伙伴的支持和分工合作,我们在3C消费电子领域已经成为全球的龙头。
  我们的动力电池是欣旺达集团的子公司,我们这块业务也秉承我们集团优良的发展基因和发展路径,和行业的头部玩家一起共同成长,我们2017年就实现了批量的交付国内客户,在国内客户批量交付方面,2018年就成为了国外雷诺、日产汽车的供应商,在2020年实现了BEV、HEV所有产品线对外的深度合作以及批量交付,尤其是海外的HEV、BEV的批量交付。现在在不断的完善基地的布局,扩充产能,以满足我们战略合作伙伴配套的需要、高质量的交付和快速响应的需要。
  欣旺达非常重视研发和创新,在上市公司里面,在锂电行业中间,我们是排名前三的,在2020年我们研发投入18个亿,依托高的研发投入,我们设立了一系列研发平台,打造了一个好的研发队伍。具体来讲,我们研发平台包括院士工作站、博士后科研工作站、工程技术创新中心、智能制造研究院、电芯研究院、系统研究院以及总部研发中心,这些研发平台在有益的发挥作用。目前为止,已经授权专利达到747项,研发设备,大型研发设备达到2200多套,研发人员超过1500人,其中博士78名、博士后29名,职员超过5000人。同时我们也是建立起开放的研发体系,积极和国内外顶尖高校开展产学研合作,在基础研发方面投入,是现在基础研发领域的创新,促进行业进步,为我们的客户提供更好的创新技术和服务。
  欣旺达是全球化的公司,它的客户是比较好的,产品是销往全球各地的,所以很早以来就建立起了全球化的布局,包括销售、研发和制造。
  在动力电池也同样如此,目前在深圳设立总部、设立研发中心,在广东、江苏、山东、江西设立有制造基地,并且不断在完善,在欧洲、在美国的制造基地在规划中布局将来,在不久的将来会逐步释放产能,匹配我们客户的需要,为我们的客户提供快速的交付和高质量的交付。
  接下来介绍一下我们应用的情况。经过几年的发展,动力电池应用取得了一些成绩,在过去这一年里,动力电池装机量位于国内第六、全球前十,总出货量达到3.9GWh,这里其实包含了出口的一些装机量。同时按照拥有的车辆数来看,BEV达到20万辆、HEV同样达到20万辆,尤其是在去年全年,国内外的BEV、HEV都实现了批量交付,也获得了我们客户尤其是头部客户的认可。这是我们取得的一些小的进步,当然这些进步跟碳达峰、碳中和目标比还微不足道,跟欣旺达的运营相比,还有很长的路要走,欣旺达希望和行业内各位专家、各位头号玩家一起携手共进,共同推进产品创新、技术创新,加快电动化进程,尤其是交通领域的电动化进程,为早日实现碳达峰、碳中和目标不懈努力。
  谢谢大家!
  (注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
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