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宁德时代谈钠电池:我们不但在储能这块有这个想法,在动力电池这块,也考虑用钠电来取代锂电

作者:中国储能网新闻中心 来源:WNEVC大会秘书处 发布时间:2022-09-26 浏览:

中国储能网讯:由中国科学技术协会、北京市人民政府、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局联合主办的第四届世界新能源汽车大会(WNEVC 2022)于8月26-28日在北京、海南两地以线上、线下相结合的方式召开。

在8月28日下午举办的技术研讨“动力电池关键技术创新”上,宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家吴凯发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

尊敬的董扬理事长,尊敬的各位嘉宾,大家好。给大家介绍一下,第一新能源的机遇和痛点在哪里;第二在这些方面宁德时代技术创新做了一点什么工作;第三个说说新能源的机遇和痛点。大家一致认同说到2030年这个行业的规模比现在还有数倍的增长。但无论如何,即使大家这么乐观,但从技术角度看,我们新能源的今天还没这么完美,大家根据用户感受的痛点来说,与传统燃油车比,还有很多痛点今天还未得到很好的解决,包括续航里程焦虑,购买成本的焦虑,价钱普遍比燃油车贵一点,安全的焦虑,充电时间太长了,冬天比夏天里程掉的快,还有二手车残值等等,大家普遍反映不放心。

从上面几个痛点,宁德时代在技术创新做了一些工作,今天集中给大家做一下汇报。先简单介绍一下宁德时代。宁德时代经过多年的研发布局,已经形成了从材料开发到产品的设计,系统的集成,材料的回收利用,再到回收之后二次利用整个研发的产业链已经形成。研发投入一直算比较大,2021年公司的研发投入应该有70几个亿,2022年这个数字还在继续扩大。我们有12000多名优秀的研发工程师,同时还和很多高校有广阔的产学研合作,在宁德有一个总部的研发机构叫做21C实验室,我们在其他多地也有一些分支的研究院,像上海的研究院等等,也和众多大专院校研究所展开广泛的合作。从成果上也可以看到,到今天我们的专利已授权、加上正在申请的,应该超过12000件。

2013年我们首先把磷酸铁锂用到了电动车上,给某品牌出货。2016年三元用到电动车上,2020年我们首创了C2B技术,同时还有一个NP1.0技术,2021年我们公司推出了钠电池用于电动车上,2022年我们首创了M3P材料,也包括最近一直在和外界发布的,新结构的麒麟电池包技术。2023年计划推出我们的NP2.0版本,同时我们还有新一代的电池,叫做宁德时代。

今天时间有限,我大概就从三点上给大家展开介绍一下宁德时代技术创新,围绕着我们乘用车协同的解决方案。大家知道今天在乘用车上,从电芯的解决上主要有两类,一个叫磷酸铁锂,一个是三元铁锂,这两个特点大家有可能都了解。这块我们在技术创新上又做了工作,就是如何把这两个话题尽快来做一些新的补充,满足更多的一些需求。讲三个点,第一个叫做纳米,第二个叫M3P,第三个就是高端的长续航电池如何做到NP。

短里程的电池包,比方说三五百公里,现在普遍用的是磷酸铁锂电池技术,市场有个大的需求,如何进一步降低成本。碳酸锂的价格在飞速上涨,昨天我印象中在主会场听到上汽的陈总谈了一个看法,说我们现在的锂资源本身就不够这么多,导致成本涨的很快,可能也有炒作的原因,大家做储能就别用锂资源了,你们用钠,用煤,把锂都集中在动力电池上,是不是就能缓解资源的问题,把成本能下降一点。

我给陈总报告了两句,我说我们不但在储能这块有这个想法,同时我们在动力电池这块,也考虑用钠电来取代锂电,这样也能进一步缓解这个问题。钠的一个不足就是能量密度不够,我们能做到320、330瓦时每升,比铁锂还是低一点,铁锂能到400瓦时。不管如何,某些车你发现他的车里空间还是有的,但是成本更重要,在这样的场合我们认为钠离子还是不错的,但是钠离子简单说就是低成本的解决方案。

实际上经过我们的研发看到,因为负极钠用的是硬碳,硬碳比一般的石墨有好的特性,在快速上硬碳是比较好的,比方说我们今年研发的钠离子,低温能量保持度还能达到90%以上,这个像对A0级的车是非常好的办法,因为这样的电池包追求低成本,他的系统做的不那么复杂,而钠像低温还有因为硬态导致的快充优势会得到很大提高,所以说在这样的应用场景钠离子非常好应用,我们计划明年底会把这个产品推向市场。

第二块是关于我们M3P的介绍,这个材料我们公司发布了,刚才谢总提过磷酸锰铁锂,这个材料和我们的材料应该说基本类似,锰的平台稳定性很差,所以应用很难。我们公司经过很多计算,包括实验,把这个在料优化了,优化完后,今天这个材料的效果可以达到它的热稳定性,或者我们说本身安全和磷酸铁锂是一个水平的,它的成本和铁锂也在一个水平上,它的能量密度是接近我们的高压三元的,加在一起,可以想像应用前景一定比较好。这种材料能量密度接近三元,我们叫做颜值够高,以后要靠它的实力去吃饭。可以看到我们研发的材料的功率性比三元比铁锂更好。第二个,在低温的能量保持率上也比三元比铁锂更好,我们的材料明年也会推向市场,我们要靠这个实力在某些应用场合去碾压三元和铁锂。

最后一个锂矿,要说重要性,如果一个电池包内,比方说有100个电芯,出现一个电芯或者一串电芯有问题,不要像放鞭炮一样产生热扩散,这样外面能看到一些烟,但是他不会看到火,不会对车产生大量火,所以这个很重要。行业前几年也经过一些深入探讨,我们上一次国标强调升级时,大家也认可这个事,但是多长时间不算问题呢?不超过5分钟发热就行,这是我们上一版的标准,应该说在很多场合是够的,因为5分钟目标是给大家出现问题了,判断冒烟了,有报警了,给大家逃亡的时间,应该是够的。

但是在有些应用场合这个时间还不足,比方说我们的车晚上在地下车库回家睡觉了,它这个车出现自燃,五分钟不着火时间还是远不够的,最后车库可能会着起来,一样会发生巨大的风险。我们一直认为,就是把热插拔的时间放在一线上才是合理的安全指标。我们也和很多终端车厂,甚至包括用户做过一些访谈,从我们接触到的来看,终端车厂超过86%,后续的产品都要求5分钟扩散,虽然国标要求满足5分钟是可接受的,无论如何从安全角度来看,在提下一代动力电池强标升级的时候我们还想做这个题,能不能把五分钟变成无热扩散,这是我们的方向。

要说达到NP,不同话题可能不一样,比如铁锂它本身安全性较好,相对来说容易做到,但是你会发现到高镍、高硅,高端场景应用难度还是不小的。我们公司昨天介绍麒麟电池叫做“无麒麟不高端”,至少高端的里程同时必须有高端的安全,没有高端的安全就不叫高端,所以我们高端麒麟上解决好NP是必须的。NP我们计划做四代,第一代叫被动性扩散,第二代是主动隔离,第三代叫烟气控制,第四代是故障智能。

我们做一代确实看到了刚才谢总说的现象,当防爆阀喷开的时候,电芯是方的,上面有两个极柱,防爆阀往上喷,但下落是随机的,随机可能落在极柱上导致短路。这是我们之前的一代,防爆阀喷上去一落下来导电的物质有可能连通高压,我们判断谢总的做法,他们留出一个通道出来把它引流,我们现在的做法是底部并没有,因为底部要留下防爆空间,这个空间已经有了,我可以把它二合一,所以把空间留在了底部,底下是一个空间,我们做了一个导流的装置,喷出来的物质按我们指定的路线走到施压口,这是2.0技术。这就是我们展示的一个包,这个包把一个电芯,某一个正电芯故意点着了在里面把它短路,热短路,让它产生这个问题,你会看到一个电芯把这个气喷完了,包也结束了,目前这个产品已经通过验证,明年就会上市,大家可以在市面上见到这种电池包。

刚才说的NP,如果说我们一个电池包中这么多电芯有一个电芯出问题了,如果让它像边框一样产生连锁反应怎么办?这里介绍一下我们现在已经出货的技术。一个电芯出问题有很多种情况,有外部的原因,也有电芯内部的原因。外部的话增加防护,大家想一下,充电桩有问题了,底部磕碰了,离地间隙这都比较好解决,客户更关心电芯里面出问题。电芯里面出问题就是内短路,如果一个电芯内短路了,你永远无法保证不出问题。我们想了一个办法,用的正极铝箔、负极铜箔,让铝箔和铜箔在发生短路的时候变成保险丝,发生短路它像保险丝一样立刻熔断,而不让热量聚集,这已经是在市场上有应用的技术了。

仅仅用一个保险丝让一个电芯不容易出现安全问题,你有百分之百把握吗?保险丝大家知道偶尔因为短路而不起作用的时候也是会存在,不是百分之百保险。着火有三个要素,要有还原剂,也有氧化剂,还需要点火源,三者都要必备才会着火。锂电池里面的溶剂主要是碳酸酯类的,和汽油类似,易着火,我把里面电解质换掉,不用业态的碳酸酯,用全固态电池是可以更安全的,但可惜由于一些关键技术问题没得到好的解决,现在固态电池还没法得到好的应用。

在这个基础上有人就提出半固态,半固态也可以叫半液态,打个比喻,汽油车装满油了,假如油有泄露,泄露的油的火花可能会着,这是燃烧的必然要素,但是如果油箱只有半箱油,如果汽油漏了有火花会不会着呢?要彻底解决这个问题怎么办?必须着火三要素要卡掉一个方面。我们公司也做了很多研究工作,固态电池始终没有达到量产化,但是我们找另外一个方向,应该说大概有一些突破。大家注意,这个是实用词,比方说黄老师专业是凝聚态物理,我这个凝聚态是形容词,今天这里时间有限,我们这个产品明年年底能走向市场。

这里说最后一句话,我们且听下回分解,今天的报告就讲到这儿。最后,也预祝本次大会圆满成功,谢谢大家。

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关键字:钠电池

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