梅骜:高能大圆柱电池推动产业与应用“双变革”

  11月10日-12日,由中国汽车工业协会和武汉市人民政府共同主办的“2023中国汽车供应链大会暨第二届中国新能源智能网联汽车生态大会”在武汉经开区举办。本届供应链大会以“踔厉奋发,攻坚克难——打造安全、韧性、绿色汽车供应链”为主题,设置了“1场战略峰会、1场大会论坛、9场主题论坛”共11场会议,围绕供应链安全与布局、新型汽车供应链打造、传统供应链升级、全球化发展等热点话题进行深入交流与探讨,寻找构建世界一流汽车供应链的对策、方法和路径。其中,在11月11日下午举办的“主题论坛一:动力电池——前瞻突破,引领发展”上,广州凌顶能源科技有限公司创始人兼CEO梅骜发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:

  感谢秘书长的介绍,很高兴有这个机会受到协会邀请做这个分享。刚才前面几个报告好多领导和专家都提到大圆柱这个事情,我自己个人之前十多年一直在车企做电芯和电子包开发,所以有些心得和想法跟大家做一些分享。
  我的题目是:高能大圆柱电池推动产业与应用的双变革,我们先从周期角度来看动力电池的产业。这是列举的一线当前动力电池行业和产业的现状情况和现象,首先,这个是电池联盟公布一些数据,前三个季度动力电池产销差异,换算过来有50多个G库存。第二个是降价,刚才也有些领导提到武汉本土楚能新能源公司,将储能电池的价格已经压了0.5元/瓦时的价格,而今年6月份公开的储能项目的中标价格则都是0.6元/瓦时。第三,从去年开始陆续有多家电池企业都宣布准备筹划IPO上市,开辟新的融资渠道。总体来说整个动力电池现状可以用产能过剩,搞价格战,拼规模,希望撑下去来描述。实际上大家现在确实都非常卷,卷价格,所以当前行业处在这一个周期下的下行阶段。
  我们反过来回看一下,从技术的视角看这十年,动力电池这一周期发展变化过程,在过去的十年整个动力电池都是围绕以提升性价比的角度来做技术发展。在过去十多年中,主流以磷酸铁锂和三元两个电池技术路线,通过各方面、各个角度的技术,来提升性能,降低成本,例如,十多年前动力电池起步的时候以磷酸铁锂为主,后来三元通过材料优化与改性,以及厚度尺寸变化逐步提升性价比。后来磷酸铁锂推出刀片电池这种极致的体积利用率技术方法之后,它的性价比大幅度提升,最近又提出磷酸锰铁锂技术路线,整体来说整个动力电池发展是以材料和结构两个维度的创新提升性价比,两个技术交替发展。
  我们看当下什么状况?还是从材料和结构两个角度来说。从材料来说,三元过去通过一系列提镍降钴的方法,降低钴的含量,把成本降低,但现在钴的含量已经非常小了,此外,提升电压来提升能量密度降低成本,现在充电电压也到了4.3伏、4.4伏,也接近现有电解液的使用边界了,磷酸铁锂到磷酸锰锂,虽然成本有一定降低,但是影响不是很大,还有一些辅材的优化对成本影响并没有那么影响。所以从材料角度来说,技术创新进入性能提升和成本降低的瓶颈期。
  结构上来说,总体在过去这十年来,结构的发展始终围绕电芯做大,降低电芯成本,和提升电池包的空间利用率,两个角度。现在电芯不管是长了扁平化的刀片,还是几PT变厚的方式,尺寸已经到了一定的极限,再继续提升对生产制造要求会非常高。利用空间,电池包应用也到极限,所以结构方面的技术也进入到一个相对平稳状态。
  总体来说材料和结构的技术都进入平稳和瓶颈期,导致当前各家企业生产制造的产品同质化明显。因为同质化,所以只能拼规模、拼成本,拼价格,也就造成刚才前面所述行业“卷”的现状。
  我们再来思考一个问题,动力电池行业与技术未来会如何发展?什么样的技术才是有机会、有能力,去推动下一个动力电池产业发展的周期?我们认为从汽车行业和动力电池发展历史来看,大概两个要素,第一,不以牺牲性能为代价,降低动力电池成本的电池技术。实际上就是继续提升性价比。第二个,围绕材料和结构为底层的创新技术,满足这两个条件,才是有机会推动下一个产业发展的技术。
  回到今天的主题,大圆柱电池为什么是未来有机会真的推动下一个产业技术发展的技术?首先,从它的性能和成本角度来说,左边显示的是大圆柱性能,性能相对方形来说,大圆柱是最适合高能量密度体系的结构,不管是从圆形本身更耐膨胀收缩,还是从继续能量密度往高了走的安全性。从成本上来说,通过高速和高效率生产制造,是有机会把成本做得比方形更便宜,所以高能大圆柱在性能和成本上都有未来发展很好的潜力和优势。
  另一个角度是技术创新,高能大圆柱电池是从材料和结构两个角度都有相应的创新的技术,材料上来说,现在使用传统都是三元或者铁锂配普通石墨,高能大圆柱可以更好使用含硅负极,并且再度把高镍三元正极使用起来,并会拉动相应匹配的材料和工艺技术的创新。从结构上来说,现在所谓46直径大圆柱电池,虽然看起来相对原来18和21都感觉只是直径和高度变化,但内部结构各种工艺和设计有很大不同,以及相应的创新,也带来很多工艺上的难点。与此同时,成组结构相对现有的方形来说也有一些创新,方形来说冷却、组装、胶这些相对比较容易,四个大圆柱如果采用液冷,包括特斯拉形式侧面水晶管冷却,或者是上下两端的平板式冷却,都相较过去方形电池有很大区别。另一个角度也是结构创新或者是架构创新,刚才很多领导提到,未来超充或者快充会用800伏高电压,在保持同样电量情况下,电压提升势必带来需求电池容量的降低,容量降低给圆柱这种小容量带来天生的优势,刚才说方形把容量做大,才能把成本做低,未来高电压把容量做小了之后,圆柱小容量的成本和性能优势就会体现,总体来说大圆柱电池在材料和结构都有相应的技术创新。
  由此来看,高能大圆柱电池满足驱动动力电池产业发展新一周期的两大要素,是真正的下一代的动力电池技术路线。
  这样一个新的技术对我们未来产业会带来哪些变革或者发展?首先是材料,它会带动一些新材料的需求,包括高镍三元正极材料的推广应用,以及含硅负极的使用。与此同时,相应匹配一些辅材,包括导电剂、粘结剂等,以及含硅带来一些补锂剂等性技术,会把一系列全新的辅材技术和产品导入和拉动。结构方面,结构件也会带来发展。上面这是材料角度上对整个产业的影响。
  再一点是生产工艺和设备,为什么会带来一些变化,而且必须带来一些变化。左边可以看到,现在方形和圆柱两类电池生产制造方式的差异,方形电池一般现在都做到200多安时左右,圆柱30安左右,制作一颗方形的容量大概需要制造六到七个圆柱,也就是大圆柱生产制造速度和效率必须是方形六到七倍,即大圆柱电池未来必须要到300或者更高的ppM,这样才能把生产效率追平或者有优势,基于这样的思考和理解,未来制造大圆柱的方式一定不是现有的制造工艺和方式,或者现有的设备多台套复制,势必带来一些工艺组装甚至运输方面工艺和技术的变革。
  再一点对整个电池产业格局影响。刚才提到现状是大的方形铁锂配方形三元,大概600公里以下一般都使用方形铁锂为主流,600公里、700公里以上都是用方形三元。高能大圆柱出现首先是替代传统方形三元的市场比例,因为它成本和性能更优,安全性更好。未来最终,高能大圆柱电池的绝对成本依旧是不能比磷酸铁锂方形成本低,但是它带来的是性价比的提升。现在我们认为主流里程600公里够用,如果你做到1000公里需要多花8到10万块钱,未来如果大圆柱把成本做下来,只增加两三万块钱,三四万块钱,对于消费者来说可能会选择更高性能的车型产品,这将拉动把整个车的主流续航里程往更高拉,由此扩大大圆柱在整个市场应用占比,所以在整个新的发展周期下,一些新的规格,包括现有和新的竞争态势,还有新的参与者进来,对整个产业格局发生相应变化。
  再一点对产业应用方面的影响。因为能量密度提升,除了改变刚才提的一些在车载动力电池市场应用和产业格局,还在其他应用领域,例如,电动航空、智能机器人方面都会有相应提升和突飞猛进的改变。本质还是能够推动整个社会电动化和智能化。
  最后再简单介绍一下凌顶,我们凌顶能源是一家专注做高能量密度大圆柱电池的一家科技公司,名字取自于“会当凌绝顶,一览众山小”中的凌顶两个字。公司是一个新的初创科技公司,去年6月份注册成立,起步是由广汽做天使轮投资设立。我和我们的团队同事一直在车载动力电池行业深耕十多年,我自己也是负责电池包和电芯开发十多年,团队其他同事都是从一线车企、主流动力电池企业中,加入到我们公司来。从核心技术来讲,大圆柱电池未来的核心就是要把性能提升,成本降低,把能量密度做高,我们公司主要只做含硅负极的产品,除了和一些负极材料厂做硅负极材料的合作开发,我们在粘结剂、导电剂技术和极片设计上有自己的经验和knowhow,我们会自己合成一些新型补锂剂,少加一点把性能提升,同时把硅的用量降下来。与此同时,为了解决高能密度大圆柱电池的安全性,我们走的是安全性电解液的路线,也是解决电芯单体安全性的新的角度和一个路线,把现有电解液安全性进一步提升,甚至做到不可燃其实也是一个性价比更高,或者更容易产业化的思路。总之,我们公司采用以上这些角度,把我们的高能大圆柱产品的性能提升。
  成本角度上,今天不多做介绍,包括材料和结构和工艺的创新。本质上来说是把结构设计更加简单,容易制造,把工艺窗口做大,这样良率提升之后,成本有机会降低。
  这是我们公司一些产品,能量密度做到大概320到350瓦时每公斤的能量密度特性,我们未来也会持续以大圆柱这个为基础,持续提升它的性能,通过新型正极材料,做到350、400、500瓦时每公斤,未来继续降低成本希望有机会把成本向磷酸铁锂挑战。公司将持续围绕性能和成本这两个方面建立我们自己的竞争优势。
  最后在市场方面,我们起步着眼于电动航空、无人机领域,未来向车载和智能机器人领域发展拓展。总体就报告这些,谢谢!
  (注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
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