清陶新能源李崢:清陶固態動力電池產品迭代與系統升級

10月28日-29日,由嘉定政府支持,蓋世汽車及國家特聘專家汽車組聯合主辦的“2020第十二屆全球汽車產業峯會暨第八屆汽車與環境創新論壇”隆重召開。此次論壇以“思辨謀局,創新落地”為主題邀請百名權威嘉賓,共同探討中國汽車產業在新形勢、新格局和常態化疫情防控下,有序發展的思路舉措。會議期間,清陶新能源科技有限公司總經理李崢發表了題為“清陶固態動力電池產品迭代與系統升級”的主旨演講。

清陶新能源李崢:清陶固態動力電池產品迭代與系統升級
以下為演講實錄:

首先感謝王老師對我的介紹,也感謝會議主辦方給我這個機會能在這個場合向大家簡單介紹一下我們清陶現在在固態動力電池這個領域做的工作。正如剛才黃學傑老師講的,其未來在動力電池、鋰離子電池後面發展的過程當中,其實核心的創新一定還是從材料這個領域開始的,恰好我們清陶這個團隊也是長時間在新材料的創新領域來做工作。

我今天報告的題目是清陶固態動力電池產品迭代與系統升級,主要我會聚焦在動力應用領域。首先固態電池的概念已經不是新的概念了,特別是在國劇兩年時間裏面無論是資本市場還是OEM都比較關注到了這個領域,固態電池它首先是通過材料創新解決了安全性的問題,因為解決了安全性的問題我們就有更好的機會把更高克容量的材料應用在電池體系中,獲得更高的電壓平台,和更高的能量密度,這樣我們就有機會去進一步降低系統成本,有機會系統性解決目前在新能源汽車、動力電池裏面出現的安全、里程和成本焦慮的問題,在這些領域其實都有很廣闊的前景。

清陶這個公司我後面會有簡單的介紹,其實在14年之前我們主要是依託高校院所的資源來做固態電池及材料的前瞻開發,清陶公司是14年成立的,在16年底的時候我們在市場上公開了固態電池產業化的時間表,目前來看這個時間表我們是基本兑現的,17年我們拿出了固態電池的樣本,在18年底的時候我們的第一條0.1G瓦時的固態電池的產線投產,當然這個產線並不是用來面向動力電池市場供貨的,因為它的產能等各方面都比較低,靈活性比較大,我們當時主要是在特種安全領域做了一些工作。19年的時候,一個是在特種安全領域我們實現了批量供貨,另外就是我們可以裝車的動力電池拿到了機動車行業的強檢報告。到今年,也就是2020年,我們在宜春1G瓦時的動力電池產線已經投產了,我們也和多家主機廠聯合實現了清陶固態動力電池的裝車運行。

清陶的產品主要分為這四個大類,今天會聚焦在動力電池的領域,動力電池也分兩類,一類就是現在講的常規能量型電池進一步突破能量密度,包括超過300Wh/kg,另一方面還有一些更高的突破,就是我們在一些高端產品裏面應用的,可能一步到位的,類似於要對抗重力做功的領域,可能它直接就是從400Wh/kg往上走的,這是我們產品的幾個大的分類。

因為清陶主要是從核心的原材料開始,從這個角度來説我們具有一個充分的研發和量產能力,包括我們自己的固態電池的電解質材料規模化的產線,包括我們的研發中試線,包括我們的材料分析表徵的手段。這是我們量產的能力的展示,主要是我們江西宜春的工廠,1GWh的工廠,CPK目標是超過2.0。

清陶的固態電池之所以有快速的發展,其實最核心的還是從核心材料開始的,一個方面是我們解決了固態電解質規模化生產製造的問題,現在我們所説的固態電解質主要是聚焦在氧化物,具體來説是以鋰鑭鋯氧材料為主體,然後進行宏量化的生產。另外就是對正極材料表面做包覆,我們現在專門設置了一條針對高鎳材料的固態電解質包覆產線,對於負極材料,我們也開發了規模化的補鋰工藝和設備去支持320Wh/kg以上的應用高鎳、高硅比例含量材料的電池的量產。同時在複合電極、原位固化等方面的創新工藝已經獲得了量產化的驗證。

基於核心材料的體系創新和材料工藝的創新,顯然我們可以在電池中獲得更高的安全性,也可以獲得更高的能量密度。比如説我們在傳統材料體系,以石墨為負極主要材料,複合部分硅的材料裏頭現在可以做到320到350瓦時每公斤的能量密度。以金屬鋰為負極的產品,目前我們可以交付的產品做了450瓦時每公斤,但這個並不是在汽車領域應用,因為它還是有循環壽命的影響,但是還可以在一些循環壽命要求沒有那麼高的領域使用。這裏展示的一些報告主要是第三方的認證。

我們自己的理解就是電池體系的創新應該分為三個層面,最核心的原創其實就是核心材料的創新,其次就是關鍵工藝的創新,再輔以系統集成方面的創新,這些創新都對我們電池體系能量密度的提升,以及更好地在新能源汽車領域發展有重要的意義。但是,其中最本質的問題還是材料,因為如果我們在材料體系裏面創新,因為鋰離子電池變化原理上來説大家行業裏面都是比較明確的,如果我們的材料體系不創新,我們只是在電池形狀等方面做創新,這種也有,但是不會出現革命性的創新。工藝創新的作用,一個是把現有的電池裏面材料的容量更好地發揮出來,另外就是對我們降成本有非常大的意義,包括幹混、幹壓這些工藝創新,這些也是對未來新能源汽車這個領域的應用有非常重要的意義。

這個是清陶的電池目前已經裝車應用的樣本,一個是在今年上半年我們和北汽新能源合作開發的第一代產品,基於北汽EX3車型,現在正在進行一些耐久性的測試,因為這是立項比較早的項目,所以沒有用北汽最新的車型。第二個是和合眾新能源在高端SUV哪吒U的平台上進行的開發,我們也進行了一些相關耐久性的測試。後面我們有很多的OEM合作伙伴,因為項目都在保密中,這兩個是公開見報的消息,我們目前也在其他車型,包括也和其他的合作伙伴有一些裝車的工作,只是不太方便現在公開。

這些就是我們固態電池產品的技術路線圖,這個和黃老師剛才講的動力電池路線圖2.0版相比就很局部了,因為我們自己定義在2.0的路線圖裏處在什麼位置呢?處在能量型電池的高端型,沿着這個細分的路線發展。在這個過程當中目前我們看實際上是在2020年這個節點上,實際上我們已經裝車的能量密度大概在300瓦時每公斤左右,明年我們和一些主機廠有裝車計劃的產品目標放在了350瓦時每公斤,現在已經開始做A樣的階段。我們現在做的材料體系中採用石墨作為主要物質,然後採用半固態的體系,經過我們前期的摸底,我們覺得它的能量密度,近幾年能實現裝車應用的能量密度目標基本上定在370到380瓦時每公斤,目前實驗設計已經有了,後面主要是跟主機廠進行聯合的A樣、B樣的驗證。

剛才講到的主要是材料體系或者説電芯本身的問題,今天我還講另外一個我們產品佈局的思考,就是系統集成。因為我們針對今天講的是清陶的動力電池這部分,實際上從客户思維的角度來説,就是車用的動力電池現在行業主要的痛點有哪些?一方面是續航里程的衰減,殘值低;第二個就是安全和耐久性有待提升,同時電池包的熱管理系統很複雜,耗能高;同時電池包存在着過度設計的問題;還有一個很大的問題是電芯的一致性差。我們清陶跟OEM合作,做的是系統級的產品交付,也就是説要把固態電池的特性通過系統級的產品方案去解決現在車用電池的痛點問題,

第一方面,我們發揮的是固態電池本身的熱模型優勢,因為我們脱離了傳統電解液的束縛之後,可以把工作温度上限從55度向上提升擴展;

第二方面就是一致性的優勢,現在的動力電池裏頭,底盤的設計,特別是乘用車裏的電池主要採用的都是長條形式的設計,這是為了保持電池的一致性,但是本身從電池強度的角度來説,固態電池去解決這個問題的話我們可以換一種思路,不用這樣一個一個豎起來做成這種工藝難度較大的矮長條,這樣會在整個電池包設計上實現一種突破;

第三方面,因為固態電解質本徵是安全的,解決了起火的隱患;

第四方面,還有一個很大的特點就是因為它減少了液態的成分,導致它整個體系的抗腐蝕性增加,所以我們現在的評價是日曆壽命會有非常明顯的提升。這個日曆壽命提升是因為我們清陶在一些其他特種領域做了前期的評價工作,得到了較為充分的驗證,通過加速老化的實驗,有相關實驗數據的支撐。

我們理解,我們的工作是把電池電芯本身的特質轉變成解決主機廠痛點的產品優勢,所以我們做了一個總結:simple、smart、safe。首先就是極簡靈活,我們可以把PACK的結構件數量減少45%,其次通過智能管理,把整個電池生命週期價值進行提升,還有安全耐久的特點。

當然我們自己也制定了自己的系統級產品規劃路線圖,我們自己理解在新能源汽車這個方向上來説,不同的主機廠產品定位不一樣,如果是定位的續航里程比較低,A級及以下的車型,可能我們從系統的集成技術來説更多追求性價比,這個部分的市場我們會用現在已經量產的VDA355和390標準模組電池去提供解決方案,當然這種解決方案就有一個特點,它的效率相對來説受到一定的限制。當然我們針對於續航超過6百公里以上的車型,我們計劃在明年到後年開始給主機廠推非標準模組的清陶系統級產品解決方案,這個解決方案就是在保證和追求電芯性能的同時進一步提升成組效率,我們現在規劃爭取在3-5年時間內,把整個系統的能量密度提升到280瓦時每公斤以上。

這是一個簡單的企業介紹,在過去幾年中我們企業有幸獲得了上汽、廣汽、北汽和中國銀行的投資,我們的產品交付包括車用、特種產品交付,以及參與了一些重大項目的產品交付。公司總部在崑山,離這個會場很近,大概車程半個小時的樣子,我們在崑山和江西的宜春都設有量產的工廠,是電池的產線。我們的固態電解質材料目前的產能是120噸每年,我們的材料包覆產線的產能一年可以做到5萬噸,這個產線就在江蘇。我們在江蘇和廣東設有自己的設備生產基地,另外我們還會進行電池回收和梯次利用,最後這個沒有在今天的探討範圍內,但是我們這個產業佈局從14年開始做,目前已經實現了盈利。

從產業發展的趨勢角度來説,進一步還是延續我們剛才的思路,核心還是材料的迭代,材料升級之後我們一定會有工藝的升級和設備開發的跟進,最後實現幾點,第一個是從固態到全固態的轉變,這樣的話安全性能會得到進一步的提升,同時通過規模化的產品來提升產品的良率和一致性,實現多層次協同創新。

目前我們可以固態電池已經在性能上具備明顯的優勢,未來的前景和廣闊,已經成為了一種大的趨勢,我們率先實現了高安全的固態電池產業化,目前的產品已經逐步走入了我們的視野,因為我們現在有相對的靈活性和定製化的開發,也希望和主機廠和上下游的朋友共同合作,一起推動產業的進一步升級,通過我們技術原始的創新讓新能源汽車在這個行業裏實現更大、更快的發展。

今天我的報告就到這裏,謝謝大家。

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