中创新航刘静瑜:动力电池可持续发展之路( 二 )


高电压、三元电池技术,是我们在资源、安全、极致平衡理念下推出的非常有影响力的创新 。我们是行业内第一家将中镍 5 系产品将能量密度提升到与高镍 8 系相当的水平 。并率先采用高电压 5 系产品实现 600 公里续航 。经过持续的迭代升级,我们即将推出的 6 系高电压产品,能够达到 300Wh/kg 的水平,可以支持到 1000 公里以上的续航 。我们认为未来几年高电压电池产品密度可以达到 320Wh/kg,覆盖绝大部分高性能车的续航要求 。高压化技术在大幅提升能量密度和安全性的同时,也实现了锂、镍资源的高利用率,其次也在积极采取更多镁元素,相比传统三元材料减少对镍的依赖 。
当前电池中锰含量提高 30% 以上,随着技术的不断进步,可以预见锰的替代比例会越来越高,磷酸锰铁锂电池的研发,是高锰化趋势的另一个体现,我们是行业内最早量产磷酸锰铁锂电池的厂家 。2014 年推出的锰铁锂三元负荷电池技术,为我们即将推出的新型高锰铁锂电池奠定了非常好的基础 。
我们也一直致力于电池的低钴化和去钴化研究,大力投入低钴三元材料以及无钴材料的研发 。在过去的几年,三元电池钴含量降低了 50%,未来通过材料及电池技术创新,也望将三元材料变为二元材料,将钴含量降低到非常低的水平 。同时,不断扩大磷酸铁锂、锰酸锂等电池的推广应用,大大降低对钴资源的依赖 。除了以上的技术,贫液化、半固态也都能够在提升能量密度和安全性的同时实现资源的高利用率 。
以上是讲如何以更少的资源,特别是稀缺资源来获取更多的能量 。随着 TWH 时代的到来,与其同等重要的是资源的循环利用 。我们认为,基于材料层级的再生,是最高效的资源循环方式,也将成为未来主流的回收再利用路线 。因此,这也是我们材料技术创新以及材料技术路线选择的重要考量 。
比如 300Wh/kg 以内,我们优先采用中镍三元路线 。除了前面提到的资源经济型以外,还有材料的标准化以及更利于材料层级的再生使用 。我们仅用两款中镍高压材料,覆盖绝大部分的应用需求,确保我们可以聚焦开发对应的再生回收技术,做到最低成本的资源再利用 。同样的,我们选择高锰铁锂的技术路线,而非磷酸锰铁锂或三元的路线,也是基于未来再生回收的考量 。
再比如近期大家都非常关注的锂资源回收利用问题,如果能够实现材料的再生使用,锂资源的回收率一定是最高的,可以接近 100% 。我们认为电池材料高效再生利用,一定是未来动力电池可持续发展的重要支撑 。我们希望和产业链的伙伴一起为这种新型回收再利用模式的实现共同努力 。
产品安全是企业生存与发展的基石,我们认为不以安全为前提的高能量密度,犹如无源之水、无根之木,是没有意义的 。在实现高比能量的技术创新过程中,我们始终将安全放在第一位 。产品安全不仅取决于材料与化学体系层面的本征安全,也取决于产品层级的系统设计,以及产品全生命周期的安全管理 。比如磷酸铁锂的本征安全性能更好是行业的共识 。但磷酸铁锂电池系统也可能失控,也可能起火 。同时,本征安全相对较差的高镍三元,电池系统实际运行也可以做到安全可控 。我们采用高锰化的中镍高电压材料,在实现高比能量的同时,正是坚持了对本征安全的高要求 。同时,制造过程采用了相应的精艺管理,在系统管理层面采用了热安全设计,从而让三元系统安全大大提高 。
另一方面,为了使用安全,我们还针对性的进行了生命周期的安全管理,总的来讲,以产品的使用安全和能量密度为驱动,我们定义并实现了材料更高的本征安全水平,进一步以此为输入,确定了系统设计的要求,制造管理的要求、运行管理的特征和算法,最终在多种解决方案的快速迭代中,实现能量与安全的极致平衡 。
除了材料和系统层级的创新,结构和制造层面的创新,也是中创新航创新发展理念的重要一环 。设计与制造需高度融合,在这里我提出三个方向:极简制造、极限制造、智能制造 。极简制造的核心,体现在设计与制造的高度融合,就是要从根源上解决问题,从产品自身的出发,做到产品的极简设计,进而推动制造过程的简化,实现极简工艺 。随后,制造装备也能够进一步精简,实现极简装备,减少复杂度和单位固定资产投资的强度 。去年我们发布的 OS 电芯,零部件数量已经简化了 25%,使工序数量也简化了 30%,相应的成本也降了很多 。这就是极简制造理念在我们产品设计上面的体现 。