比克电池求索“高能”之路

Auto Review (China) - - CONTENT - 本刊记者/甄文媛

无论是国家发布的调高标准的新版补贴政策、《汽车产业中长期发展规划》,还是消费者与整车厂对新能源汽车更快、更远的迫切要求,提升能量密度已经成为各动力电池厂家集中突破的重点方向。但要真正实现2020年电池单体比能量达 300Wh/kg 的规划目标,对国内多数动力电池厂家而言,压力不可谓不小。比克电池是国内最早开始生产18650 电池产品的企业,2016年在国内三元动力电池市场中占比已达30%,并实现乘用车单车装车量第一。“目前,比克动力电池能量密度已经提高到了232Wh/kg,后续 300Wh/kg的产品也即将面世。我们是目前国内唯一一家能量产 811体系三元电池的企业。”近日,在云度新能源与比克电池联合举办的云度π1媒体试驾会上,深圳市比克动力电池有限公司研发副总裁林建透露了上述信息,与我们分享了比克在实现300Wh/kg的规划目标、确保电池安全等方面的思路与做法,针对高镍电池、动力电池回收利用、固态电池等当前热门话题,林建也从技术角度谈了自己的理解与判断。作为国内走在行业前列的动力电池企业,比克的经验与做法,包括对未来发展方向的判断对整个行业而言具有参考价值。

《汽车纵横》:资料显示,比克在三元锂电池研究方面已经积累11 年的经验,2006年就在全国建立了第一条18650电池生产线。目前在国内动力电池市场上,比克能占多少市场份额?

林建: 2016 年,比克电池的市场份额近10%,在整个国产动力电池市场中坐第二把交椅。而在三元动力电池的市场中,比克电池占有率达30%。动力

电池产能已达 2.9GWh,2016 年装载新能源汽车超过 50000 辆,在为国内新能源乘用车配套国产电池的供应商中,装车量排行第一。

《汽车纵横》:目前国内新能源乘用车产品主要采三元锂电池,例如近期取得工信部产品公告 ( 第 298 批 ) 并进入产品推荐目录的云度π1是一款续航超过 300km的新能源 SUV 车型,搭

载了比克 18650圆柱电芯以满足其动力需求。目前比克的 18650 电池的技术指标达到什么程度?在此类产品上是如何规划的?

林建:目前新能源汽车产品都要求续驶里程更远,速度更快,因此要求电池能量密度更高、电压更高、倍率特性要更好,我们的 18650 和 21700 电池也是国内最早最成熟最稳定的三元动力电池产品。

比克最开始的第一代产品是2.0Ah、2.15Ah 的,都是 172Wh/kg,发展到现在,已经是第三代 2.9Ah 的三元锂电池,能量密度达到 224Wh/ kg,产品可满足满充放1000 次80%(第二代产品满充放 1000 次 80% 以上,其中减小 DOD产品循环可提升到 2000次 85%),后面第四代 3.1Ah的产品可达到 244Wh/kg,循环 1000次后容量仍然超过80%。

从 2018 年 开 始,比克 将 实 现21700电池的量产。这种电池的能量密度会比 18650要高一些,到 2019 年四季度,21700电池的电芯容量将达到6.0Ah,能量密度实现 300 Wh/kg 的

《汽车纵横》:从 2018年开始量产 21700 电池是基于哪些考虑? 18650电池在此之后是否还有提升空间?

林建:我们认为,目前 3.4Ah 的18650电池几乎已经达到极限,再往上走难度极大,达到国家要求的300Wh/ kg更是困难。转换做 21700 电池,由于它的壳体变大,能增加能量密度,更容易实现 300Wh/kg 的目标。特斯拉选择 21700电池也是基于这些考虑。

《汽车纵横》:目前来看,比克的 21700电池能够达到国家要求的300 Wh/kg 的目标,但对于电池成本 1 元/Wh以下的标准,比克实现起来有难度吗?目前影响动力电池价格的主要因素有哪些?林建:影响因素太多,比如上游的碳酸锂、镍、钴等材料的价格一直在上涨,我们一直努力通过自己的自动化生产、降低人力等因素减少了一些成本。但现在很多原材料还处于炒作的阶段,实际上不可能涨这么高,到2020 年我们有希望达到国家的这一要求。

高镍三元材料电池量产难在哪里?

《汽车纵横》:目前随着新能源汽车续驶里程等要求的提高,不少知名电池企业表示或已经开展高能量密度电池特别是高镍三元(CM622和 NCM811)的研发和生产工作,但真正有突破性进展的企业尚在少数。高镍电池的量产难在哪里?目前比克在这一方面的进展如何?林建:目前很多电池企业都在尝试高镍电池,其电池能量密度的提升效果非常显著。但做好的难度大。因为其生产的核心要素之一是无水车间,投资巨大,首先公司要投入先进设备,比如除湿设备,例如松下的生产车间湿度可以低至1%。二是生产时在匀浆的过程中对工艺要求很高,因为高镍材料的碱性 氧化物含量高,吸水后容易形成果冻状物。我们从 2009年就开始摸索 811 电池的生产工艺,前期在工艺上遇到了很多问题,到现在才相对成熟一些,比克电池是目前国内唯一一家能量产811 体系三元锂电池的企业。

继续提升能量密度的瓶颈是什么?

《汽车纵横》:从近期登上工信部产品公告和目录的车型看,磷酸铁锂电池的系统能量密度提升也很快,您如何看待磷酸铁锂和三元电池的能量密度提升潜力?目前动力电池能量密度提升的瓶颈主要在哪里?

林建:磷酸铁锂电池的系统能量密度目前几乎已经到极限了,但三元的提升空间仍然很大,目前这种电池看起来系统能量密度提升的幅度不大是因为三元电池上还需要冷却系统等。

我们判断三元电池能量密度的进一步提升还是要取决于原材料的发展,特别是受制于硅这类负极材料的应用。前期用的石墨负极几乎已经到了极限,目前比克的高镍电池选用硅碳作为负极 材料,日本供的硅材料比容量可以实现800-1000mAh/g,体积变化也不大,我们的 3.1Ah的电池产品也只用到比容量为 500mAh/g 的硅材料,而硅的理论值可以做到 3800mAh/g。所以关键还是材料的创新,如果能有更好的材料,我们还是能够将动力电池的能量密度继续往上提的。

如何做好动力电池梯次利用与回收?

《汽车纵横》:目前如何做好动力电池梯次利用和回收的工作也是业内非常关心的问题。有种观点认为方形电池适合回收,而圆柱形 18650 电池则不适合,您对此怎么看?比克在动力电池回收和梯次利用方面有什么举措?

林建:新能源汽车用的动力电池达到一定年限退休之后,有 60% 到 80%的残余电量,通过回收进行健康度判断,再进行不同模块分解,二次设计制造之后,用在一些低速车、储能领域,是可以把残余电量的能力发挥起来的。而且我们不认为圆柱形 18650 电池在回收时非得要一颗颗拆出来,现在可以通过一

些技术把电池电量放干净,然后溶解分离出有用的金属元素。

因为电池回收话题是一直备受关注的焦点,比克电池梯次利用领域已经成立专门的团队和多个有针对性的研发方向。今年我们会在工业园建起电池回收的样板示范线,示范电池回收解决方案,满足前期(2014 年以前)生产的电池可能出现的小量回收需求。

如何看待固态锂等未来动力电池发展方向?

《汽车纵横》:展望未来动力电池的发展方向,业内有提出固态锂电池、锂空气电池等技术路线,比克对此怎么看?这类电池目前在研发或生产方面要解决的难点是什么?林建:我在攻读博士时期的研究课题就是固态锂电池,它的界面问题很难解决,即固体与固体如何实现充分接触是个难点,比如本来通过热压等手段 将接触面做好,一旦开始循环,正负极的体积出现变化,空气又跑出来了。锂做负极也会有问题,因为它在充放电过程中形成锂枝晶,表面会粉化,体表面积无限增大,一旦在开车过程中出现碰撞等问题导致这些完全暴露在空气中,极易出现燃烧,这种情况下它的安全性不一定比液态电池的好。新的固态电池可能是相对安全的,但处于循环寿命后期的固态电池是相当危险的。我们做电池要考虑它的安全性和全生命周期的循环,所以我认为未来十年之内固态电池不可能有大规模量产。锂空气电池也是负极使用锂材料,也会有类似的安全问题。目前全固态电池等未来电池产品都在比克的开发进程中。

如何平衡高能量密度与高安全、长寿命?

《汽车纵横》:目前业内有种观点认为,动力电池比能量和其安全性成反 比,所以不能盲目追求高比能量,比克如何平衡动力电池高能量密度与安全性的关系?有哪些具体措施?

林建:目前的高能量密度电池中镍含量更高,结构稳定性相对更差,要在能量密度持续提高的情况下保证电池的安全性和循环寿命,从材料设计到工艺等各环节都要进行深入研究。

任何一个单体电芯着火、爆炸是可以通过内部热阻断、断路、泄压、隔离、缓冲等多种技术实现电池系统安全的,不会酿成整包的安全事故。在单体电芯方面,比克的电芯用特殊材料制成,可以防止电池热失控,我们的特殊硬件设计能避免电池在极端滥用的情况下发生爆炸风险。在电池包\ 模组方面,我们的高性能电芯与智能电池管理系统相辅相成,能够实现安全与效能的双保险,任何单一的电芯发生热失控,电池包仍能继续正常工作。我们通过在正极增加 PTC、负极及隔膜增加陶瓷涂层,可以有效提高安全性;通过采用断电泄压技术,能有效降低电池内部热失控的几率。值得一提的是,陶瓷涂层用于负极和隔膜可以提高抗内短路的能力,而比克是国内首家引进陶瓷材料的电池企业。

我们还有专业的电解液研发团队,有自己的配方,在电解液上也做了很多工作提高循环次数和安全性。粘接剂方面,高镍材料因为PH值比较高,如果没控制好,会发生反应形成果冻状物,所以我们对粘接剂也是优中选优。我们的高比能量电池产品经过一系列的导电、电解液、隔膜等的优化,已经能够保障循环寿命和安全性能。

2011 年,我们的产品 18650 电池开始在 200辆北汽福田的纯电动出租车上搭载,至今单车里程行驶超过40 万公里,无一例模组更换事件,电池也无明显衰减。目前我们的累计装车量已经达到9万辆,无一例由我们电池引起的安全事故。

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