新材料在线 锂电年会 | 万向A123电芯开发总监李凡群:产业链深度协同 促进电芯安全性标准化
发布时间:2018-12-17 17:16:00

12月13日-14日,由新材料在线?、寻材问料?及动力电池网主办的,以“风起云涌、敬畏与生存”为主题的2018中国新能源汽车产业峰会暨第五届中国动力电池大会在深圳召开。本次盛会,共有30余位行业专家发表主题演讲,吸引到来自材料设备、动力电池、新能源汽车领域600余位产业家和企业代表,共同探讨新能源汽车共同趋势,交流解决方案。


峰会现场盛况


12月14日,万向A123电芯开发总监李凡群以《关于电芯开发中的思考方向》为题进行了演讲。


万向A123电芯开发总监李凡群


以下是新材料在线?根据现场速记整理出的演讲内容:


大家早上好,首先非常荣幸受大会邀请能够在这里做一个交流分享。

这是我在万向第十个年头,万向早在1998年就正式确定新能源的方向,2002年成立万向电动汽车有限公司, 2009年开始了规模化量产车用锂电池,从那时候开始就一直采用了软包作为产品方向,2012年我们收购的A123也早在2007年就量产了软包电池,所以我们一直是中国软包电池的代表企业之一。作为电芯产品技术负责人,今天我分享一点在行业看似进入既是蓬勃期又是寒冬期的个人思考。

万向的新能源布局


首先解释一下万向多年执着的原因。万向是中国最大的零部件公司,在这个领域我们非常成功,包括美国50%的路上跑的车都采用了万向的汽车零部件,电池作为电动汽车最核心的零部件,也是最关键的零部件,当然将成为万向的产业重心,同时新能源事业承载着我们集团已故鲁主席“让天更蓝、水更清、草更绿”的梦想,是利国利民的事业,万向当然要把他的梦想传承下去。


我们规划了很久的万向创新聚能城将会展开实际性的建设工作。在制造方面,万向目前所在6号工业园共有6栋厂房,现在用了4栋,形成了6GWh左右的产能。在明年年底通过最后2栋厂房的建设产能将扩展到10GWh。另外这个月底我们在钱塘江旁边将正式启动万向创新聚能城的工作,在6号地块率先启动厂房的工作,预计明年9-10月会完成相关建设,加上设备安装调试时间,预计2020年初新增17GWh以上的产能,整个2平方公里电芯制造基地后续可以扩大80GWh以上的产能。除了制造外,我们同步启动了近19个实验室的建设工作,结合集团17年开始启动的近2亿美金高压加速计划,在明年年底,万向一二三的研发硬件和软件都会大幅提升。这项工作目前得到了政府的大力支持,将来带来的产值和社会效益可谓是浙江省的一号工程。

另外为了满足欧洲客户在2019年以后的大规模的交付要求,我们在2016年开始就在捷克的Ostrava启动建设了我们的欧洲的生产基地,目前已经正式量产交付了,现在主要是生产模组和PACK,但是我们在目前厂房附近预留了近6000万包电池的土地,预计会在2021年启动相关建设工作。

最后介绍一下我们的固态电池,目前也取得比较大的进展,大家在17年和18年初在A123官方网站上可以看到我们的两个投资计划,分别是Ionic Materials和Solid Power,我们目前既是他们的股东,也是战略合作伙伴,在固态电解质基础上,我们拿出了全电池样品,目前实现了常温0.5C充放下600次循环的寿命,所以我们做出了2023年左右量产固态电池的计划。而大家近期关心的NMC811电芯,我们也会努力在2020年实现规模化量产。

产品安全性和能量密度的思考

接下来谈一下能量密度与安全平衡方面的思考,昨天林博士和王主任都聊了安全的事情。标委会目前准备在2020年采用新GB来替代现在的GB/T,大家可以看到电芯单体安全方面的变化,可能会取消跌落、针刺、浸泡、海拔测试,同时过充和挤压也变简单了,我想没有主机厂或消费者会愿意这个安全等级下降的,所以我个人认为这是电池企业普遍发现自己的高镍电池无法通过目前的安全检测,所以这个诉求是基于电芯制造行业产品开发的自发需求。但是方向可能也是对的,因为我们讲安全是系统层级的安全,不是光将单体的安全,因为我们可能会新增PACK的热失控标准,这会让乘客有充足的时间逃离事故现场,起码生命安全会有所保障。

但是你仔细想一下,单体安全是在降低的,同时却要求系统安全提升,如何实现?后面的合作模式都是整车企业买模组回家做PACK,一个大一点的模组电量都接近7KWh,如果模组内部不做防护,当单体热失控后,PACK是无能为力的。所以热失控设计的重担还是落在电池企业身上,那就是在单体电芯和电芯之间必须做防护。但是这个防护一方面成本比较高,尤其是软包电池,由于单体电池叠放的过程接触面积比铝壳大,所以采用的阻燃性材料量也要更大,所以会让0.6元/Wh的成本目标更为困难。另外增加的空间对电池的电化学工作是不起什么作用的,这会降低系统级别的能量密度,这会让企业应对国家倡导的能量密度对应补贴政策方面产生一定的负面影响。

尽管如此,我们的电芯企业在做产品设计开发的时候,还得坚守底线,不要为了过国标而做样件,报告到手后量产还不是这个状态,这样是非常危险的,会影响到整个行业发展。另外即使我们解决了法规的安全,但是使用中的安全还是没有办法避免的话,同样会冲击行业的发展,大家可以试想一下,2018年大概率销售量会破120万台,后年目标200万台,一旦保持目前的着火概率,城市会经常性的看到熊熊大火,而目前的电动汽车大部分是20-40度电,而一两年后单台车电量会增加到40-70度电,燃烧的惨烈程度会大幅上升,这对消费者的心理会带来极大冲击。所以从电池企业来说一定要从电芯本身热量减少程度、材料级别解决这个问题,而不是光靠外部防护,这也会成为行业发展的至关重要因素。

软包电芯的标准化思考

第二,我的思考是标准化。2016年就做了标准化的意见征求稿,软包有8个尺寸,我们贡献也了3-4个,国家本意少做一点尺寸,回收利用都方便。但这两年来不仅没有减少,而且所有尺寸大幅增加,其中很重要一点,是来自于整车企业,以前所有标准电动汽车参与者比较少,当一流主机厂都认认真真在玩的时候,他们基于自己平台化底盘尺寸,设计全新的电芯尺寸,而且国际化汽车企业之间在尺寸上的交流很少,至少我看到的,已经有5个以上的国际主机厂模组尺寸都不相同,但是基于他们的平台化标准尺寸,也有一些主机厂追随,这让电池企业的负担会略微减少。这些尺寸都是将来的大项目,一方面需要目前电池企业大量新增资金的投入,增加企业很大的负担。

在座有很多软包电池企业,软包电池三个尺寸,厚度、宽度、长度,厚度软包电池企业来说问题不大,因为大部分企业都采用了叠片工艺,厚度可以调节。但是在另外两个方向一旦驱动不好,后面还是比较麻烦的,我认真分析了一下主机厂这两个尺寸上面的需求,实际上有个尺寸比较固定,就是宽度,这个指标是是与汽车底盘高度密切相关的,汽车底盘都差不多,所以电芯宽度都是一百零几毫米,这个方向上绝大部分电芯尺寸都相同。而在长度方向上要从制造设计端去保持一定的柔性,避免因为你的客户变更或者新增导致固定资产投资风险大幅上升,这是我给你们的建议。

8年质保(使用寿命)的思考

我们早期做电池开发,关注循环寿命、日历寿命,做出电池来找客户,很多企业到现在为止都说不清自己的产品如何对应8年质保。甚至有朋友对我说,这是强制性要求,我不签这个合同,拿不到订单,8个月都活不下去,怎么还管得了8年?这是极不负责的行为。要知道,我们现在都是在正向开发,客户已经输入了自己的工况,我们就必须严谨的按照工况进行测试、仿真,来实现这个目标。当然,国内普遍技术能力较弱,验证资源不够、寿命模型做不出来,好不容易搭了模型还不能实测验证修正,同时国内有些主机厂开发时间太短,没有给够时间给电池企业,这些因素都导致了我们的电池系统可能会无法胜任长时间的工作,这在主机厂和电池企业间埋下了一个巨雷。

机械失效的问题,软包电芯的封装失效也是质保的能否实现的关键因素。万向一二三为了验证这个失效,我们早期将模组级别电芯满电状态下放入水中浸置长达一年,还将客户全国各地的常年温度数据统计起来,进行仿真测试,将可靠性保证在最大。而我们也看到了很多软包企业更换铝塑膜和极耳非常随意,制造上也无法保证封装的质量,质保隐患巨大。
接下来是制造技术,很多人说听起来软包感觉差不多,国内很多做软包的企业一开始都是做铁锂制造工艺延伸过来的,包括内部的结构。而有少部分企业想模仿LG,但又面临着专利侵权的风险;由于软包制造技术存在差距,所以我们行业软包电池企业普遍材料利用率/直通率都不高,制造成本下不了,公司没有持续竞争力。

产业链技术协同的思考

我们等会有个圆桌会议,就是讨论是否实现产业链协同?我可能没有时间参加,所以提前表达一下我的观点。

我最近看到了主机厂,比如刚刚发言的长安,他们都在绑定三元材料企业!这是他们供应商的供应商了,所以可以产业链的协同必须要做,而且是要坚决做,不做没有前途。以电池企业为典型,早期我们买不同量产级别的材料,如NMC11,再买标准化的设备,组装设计成电芯,实现了供应链的合作。现在这种开发模式行不通了,因为整个开发模式会发生变化。比如电池的开发,这是需要绑定整个汽车企业的,整车汽车会输入他们完整的技术要求,你拿这个输入的时候很大程度上现有电芯满足不了要求,或者某几项低温满足不了,这个时候要找供应商,可能现有市面上材料也满足不了,你要跟他一起开发,提高某几项性能,满足客户输入的产品。完成之后你才可能给我做下一步的配套。这个时候要很深入加入到开发过程中,你才可能做大项目。

同时我们装备企业也是这样,每家工艺不一样,你现在的一些设备将来可能没有办法加工一些新开发出来的极端材料,所以你一定要去了解材料和工艺。共同合作开发新装备,才会可能有持续化的市场。

这样的技术合作会对产业链进一步洗牌,因为电池企业到最后会寻找有开发能力或者特别好的材料企业,要不然没办法共同开发,或者解决不了问题,或者做出的东西没有竞争力。所以这样的产业链的协同一方面是竞争,另一方面也是联动,会对行业进行深度绑定合作和洗牌。

最后我总结一下,我们开发过程中最基本要尊重法规,我们行业才有可持续性发展;我们型号会重构,建议大家要保证一定的柔性,避免风险;我们寿命是自保企业植根,活得久要高度重视,包括整车企业不能满足政府的法规而已;还有一点是大规模制造技术目前还是不能胜任整个软包,目前还是有些问题,我们还需要创新,需要一些装备企业包括我们的一些工艺开发、过程开发还要进一步努力,最后一点是产业链的深度合作,既是趋势也是竞争力的体现。

谢谢大家。

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