這里有關(guān)于磷酸鐵鋰、三元鋰電池、固態(tài)電池和快充的一些看法。
本文為勵(lì)展博覽集團(tuán)及NE時(shí)代于4月25日-26日聯(lián)合主辦的 "第三屆AWC2019新能源汽車(chē)三電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與測(cè)試技術(shù)大會(huì)" 演講嘉賓的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)錄。

演講人：楊建軍 愛(ài)馳汽車(chē)電池高級(jí)經(jīng)理

演講主題：動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)分析

楊建軍：各位來(lái)賓大家下午好，非常高興有機(jī)會(huì)分享動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)和看法。這個(gè)話題不是新話題，因?yàn)槲覀兂岁P(guān)心過(guò)去，關(guān)心現(xiàn)在，還關(guān)心將來(lái)，下面我就這個(gè)趨勢(shì)談一些具體的看法，當(dāng)然有很多議題可能在不同的場(chǎng)合已經(jīng)有談過(guò)，在這里我會(huì)給出有不同的解讀。

關(guān)于電池發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)家有非常清楚的規(guī)劃，可能有些地方比較激進(jìn)，尤其到比能量大于350wh/kg部分。在這個(gè)發(fā)展規(guī)劃中，電池比能量的提高基本上從高克容量的正極材料、負(fù)極材料著手，同時(shí)還有一些電解質(zhì)的改變，帶來(lái)的好處是電芯比能量一直不斷地增加，但循環(huán)壽命和安全性有比較大的減少；比能量提升的好處在同樣的體積下面和同樣的重量條件下，電芯能量裝得越來(lái)越多，因此整車(chē)?yán)m(xù)行里程就越遠(yuǎn)，從而解決了電動(dòng)車(chē)?yán)锍探箲]問(wèn)題。國(guó)外調(diào)查研究結(jié)果表明，續(xù)行里程焦慮臨界點(diǎn)在大概400公里，像特斯拉的車(chē)上面裝了大能量的電池，基本每個(gè)型號(hào)的車(chē)可以跑到400公里以上。對(duì)這個(gè)趨勢(shì)，我不需要講太多，我相信很多論壇的都會(huì)談到這些，下面具體講一下今天具體的議題。

報(bào)告主要講四個(gè)方面，第一、在后補(bǔ)貼時(shí)代，磷酸鐵鋰、三元，誰(shuí)應(yīng)該成為乘用車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)？第二、模組的標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)，尤其是國(guó)家推了標(biāo)準(zhǔn)模組尺寸標(biāo)準(zhǔn)，電池包標(biāo)準(zhǔn)化和平臺(tái)化的大背景下，行業(yè)出現(xiàn)模組尺寸類(lèi)型越來(lái)越少，模組向幾種經(jīng)典的尺寸集中，非主流尺寸的模組可能慢慢會(huì)被標(biāo)準(zhǔn)化模組代替，這對(duì)行業(yè)的發(fā)展是有幫助的。第三是快充和高倍率的趨勢(shì)，尤其是電動(dòng)車(chē)上，快充的真正需求是什么？最后簡(jiǎn)單講一下固態(tài)電池的趨勢(shì)，我是基于別人已有的資料講一下自己的觀點(diǎn)，可能沒(méi)有非常詳實(shí)地從頭到尾地分析，只是簡(jiǎn)單的談一下看法。如果有什么疑問(wèn)，后面結(jié)束時(shí)可以相互交流。

下面進(jìn)行第一個(gè)議題：
磷酸鐵鋰和三元商品化的兩個(gè)正極材料，都存在兩個(gè)指標(biāo)，第一個(gè)是理論的克容量，第二是實(shí)際克容量。左邊是理論的克容量，磷酸鐵鋰是170mAh/g,三元基本在280mAh/g, 對(duì)磷酸鐵鋰來(lái)講，因?yàn)檫@個(gè)材料非常穩(wěn)定，可以把鋰的95%以上正極鋰用來(lái)嵌入嵌出，目前商業(yè)化的產(chǎn)品已發(fā)揮到161mAh/kg，再向上會(huì)碰到理論上的天花板，而三元材料，隨著正極鎳含量的提高，可容量也會(huì)從155mAh/g提升到196mAh/g。由于克容量的提升，三元電芯的比能量可以從205wh/kg提升到255wh/kg, 三元模組的比能量可以從185wh/kg提升到230wh/kg，而磷酸鐵鋰電芯和模組比能量只能保持160wh/kg和144wh/kg。

對(duì)于磷酸鐵鋰和三元電芯，我們從電芯極限成本、比能量、循環(huán)壽命、比功率和安全五個(gè)緯度作了比對(duì)，三元材料的比能量非常高，磷酸鐵鋰壽命長(zhǎng)、安全性好、有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，對(duì)比功率而言，這兩種材料都不會(huì)有太大挑戰(zhàn)，尤其電池包的電量增大之后。

再分析一下車(chē)的需求，車(chē)一般分為小、中和大，對(duì)應(yīng)不同的車(chē)有不同的續(xù)行里程需求，不同續(xù)行里程需求代表不同電池包電量；對(duì)于小車(chē)一般要求電量比較低，在100~200km的續(xù)行里程，甚至到300km續(xù)行里程；對(duì)中級(jí)車(chē)，續(xù)行里程需求在300~400km，這會(huì)是電動(dòng)車(chē)的主流續(xù)行里程。對(duì)大車(chē)而言，比如特斯拉Model S，一般車(chē)比較大，裝的電池電量大、重量大，車(chē)的重量也會(huì)增加很多。

目前電池包的平臺(tái)化和標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)愈加明顯，模組標(biāo)準(zhǔn)化必須適應(yīng)這一趨勢(shì)。這一趨勢(shì)會(huì)限制異形模組發(fā)展，因?yàn)楫愋文＝M結(jié)構(gòu)和加工復(fù)雜，成本增加，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。基于標(biāo)準(zhǔn)三元模組開(kāi)發(fā)的平臺(tái)化電池包，可以在長(zhǎng)度方向上拉伸或縮短，這樣做可以減少模具、工裝的費(fèi)用，壓縮開(kāi)發(fā)周期的和驗(yàn)證周期，減少驗(yàn)證費(fèi)用?；谶@樣的平臺(tái)，三元電池包電量可以從18kwh做到72/84kwh。如果使用更寬的平臺(tái)化的電池包，電量最大可以做到100kwh。對(duì)于磷酸鐵鋰電池來(lái)講，如果用6個(gè)*4排VDA模組的電池包平臺(tái)，電池包電量能做到18~42kwh左右；如果選用更寬更大的電池包，電池能做到50~61kwh。在外形上三元和磷酸鐵鋰的電池包實(shí)現(xiàn)了共平臺(tái)，但由于三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰電池電壓平臺(tái)的差異，相比三元標(biāo)準(zhǔn)化模組4串結(jié)構(gòu)，磷酸鐵鋰標(biāo)準(zhǔn)化模組比較適合用5串結(jié)構(gòu)，因此電池串聯(lián)數(shù)會(huì)從96串變?yōu)?10串。由于電芯串?dāng)?shù)的改變，從板放在模組中會(huì)妨礙電池平臺(tái)化開(kāi)發(fā)，使用分布式BMS會(huì)是一比較好的解決方案。但磷酸鐵鋰和三元的OCV特性不同，BMS應(yīng)用層的算法應(yīng)該作適應(yīng)性的變更，如此才能保證相應(yīng)的性能精度。

基于磷酸鐵鋰和三元都能做到的電量---36度電電池包進(jìn)行比較經(jīng)典的對(duì)比：不同材料體系電池包的重量不同。電池包重量會(huì)影響到整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，在同樣的NEDC考察工況下，磷酸鐵鋰每百公里會(huì)多消耗約0.5度電，如果用快充按每度電2RMB來(lái)計(jì)算，每百公里使用成本會(huì)增加約1元，如果整個(gè)生命周期按30萬(wàn)公里，在使用成本上磷酸鐵鋰會(huì)增加2700多元錢(qián)。目前磷酸鐵鋰和三元811的單價(jià)差作為橫軸，每瓦時(shí)差別如果是只差5分錢(qián)的話，磷酸鐵鋰價(jià)格沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)，會(huì)比811三元多約650元；如果單價(jià)差1毛錢(qián)，磷酸鐵鋰物料價(jià)格就會(huì)少1150元。平衡點(diǎn)在0.05元到0.1元之間。如果加上綜合使用成本，磷酸鐵鋰和三元的平衡點(diǎn)在0.1元到0.15元之間，再考慮到磷酸鐵鋰優(yōu)異的循環(huán)性能，用在B端車(chē)比較劃算。

基于上面的分析，我們可以得到一些結(jié)論。磷酸鐵鋰因?yàn)楸饶芰肯拗?，磷酸鐵鋰比較適合用在小車(chē)和中級(jí)上，電量能做到18~42kwh，尤比較適合用在B級(jí)以下的車(chē)型。另外根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景決定，到底用磷酸鐵鋰還是用三元，還需要具體問(wèn)題具體分析。

第二個(gè)話題，模組標(biāo)準(zhǔn)化。關(guān)于模組的法規(guī)，兩年前國(guó)家發(fā)布了推薦性的標(biāo)準(zhǔn)化尺寸電芯和模組標(biāo)準(zhǔn)，給出了推薦性的尺寸。在沒(méi)有發(fā)布這些標(biāo)準(zhǔn)尺寸之前，行業(yè)內(nèi)模組的尺寸各種各樣，形狀也不同,無(wú)論圓柱形電芯、軟包裝電芯還是方殼電芯。為什么當(dāng)時(shí)會(huì)有不同形狀的模組出來(lái)？有一定歷史原因，原來(lái)的電動(dòng)車(chē)都是基于傳統(tǒng)的乘用車(chē)做改裝而成，為了適應(yīng)整車(chē)車(chē)身需求，把電池做得千奇百怪的。隨著整車(chē)底盤(pán)做標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)家適時(shí)地推出標(biāo)準(zhǔn)化模組，影響力比較大的是VDA模組。圓柱形，方殼還有軟包裝，都有VDA形狀，但是這三種模組能完全替代嗎？不見(jiàn)得。圓柱形VDA模組很難做熱管理，軟包裝和方殼VDA模組是否能通用，可能也要根據(jù)具體情況去分析，后面會(huì)用一個(gè)實(shí)例分析軟包裝和方殼VDA模組為什么無(wú)法通用。其次談一下VDA模組的三個(gè)長(zhǎng)度355、390和590，這三個(gè)尺寸是充分研究了車(chē)上的尺寸需求后得出來(lái)的。但考慮到模組加工難度，355尺寸比較短，所以比較容易實(shí)現(xiàn)了。現(xiàn)在比較多的廠家能提供這種模組，目前是主流。390模組，目前能夠提供得還是比較少。590更少，所以在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，355模組還是主流，其他發(fā)展起來(lái)之后，355模組也不會(huì)淘汰。

電池包要做到平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化，可能要考慮用標(biāo)準(zhǔn)模組來(lái)做。如果是XP4S的模組，軟包裝模組兩個(gè)銅排一側(cè)比較便利，為了把端子做到兩端，必須增加跨界銅排，這對(duì)于軟包裝來(lái)講很尷尬，使本來(lái)具有比能量?jī)?yōu)勢(shì)的軟包裝模組變的不明項(xiàng)，同時(shí)會(huì)增加體積和成本，另外，會(huì)對(duì)電池包的法規(guī)驗(yàn)證和濫用測(cè)試通過(guò)性帶來(lái)挑戰(zhàn)。是否有解決方案呢？個(gè)人看法，可以把軟包裝模組做成VDA的某個(gè)倍數(shù)，用奇數(shù)串聯(lián)的方法，這樣就可以去掉24個(gè)銅排，這種潛在的解決方案一旦形成共識(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)之后，成本肯定會(huì)降低，更能夠滿足用戶的需求。

基于這個(gè)可以得出，VDA尺寸是模組標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)，尤其355模組在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)會(huì)占據(jù)大量市場(chǎng)份額。軟包裝考慮和硬殼模組VDA在包級(jí)兼容，柔性大模組是個(gè)很好的方向。

下面再講一下快充和高倍率趨勢(shì)。很多都看過(guò)充電5分鐘通話2小時(shí)這個(gè)手機(jī)廣告，對(duì)于4000mAh電量的電芯，充電5分鐘能充35%的電量，充電倍率約為4.2C，這是一個(gè)很好的體驗(yàn)。但是這個(gè)體驗(yàn)在電動(dòng)車(chē)上是不是能夠借鑒呢？讓我們先做一些分析的。用極限的方法來(lái)挖掘用戶的潛在需求，假設(shè)用20C的、電量只有2kwh的電池包，3~5分鐘可以充滿2kwh，但滿電也不能跑很遠(yuǎn)的續(xù)航里程。如果用63kwh的大電池包，充電倍率只有1.2C，但是可能在15分鐘內(nèi)充到19kwh電量，它就可以滿足90%單次的私家車(chē)的運(yùn)用場(chǎng)景(約120km)。兼顧了時(shí)間和里程，這個(gè)應(yīng)該是它的優(yōu)勢(shì)，但這種電池包并不是高倍率電芯？整個(gè)電池系統(tǒng)里面，電芯占了80%以上的成本，倍率的提高以為比能量下降和成本的增加為代價(jià)。微信朋友圈里經(jīng)常會(huì)說(shuō)歐洲要用450kw或350kw的超充樁，這個(gè)是否是趨勢(shì)？有可能是，但如果用目前乘用車(chē)商品化的最大電量100度電電池包來(lái)評(píng)估，如果用450千瓦充電，電芯顯然是無(wú)法滿足要求的？最近特斯拉起火，極有有可能是累計(jì)了很長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電流，最后發(fā)生內(nèi)短路導(dǎo)致安全事故。同時(shí)，考慮到電網(wǎng)的負(fù)荷，電動(dòng)車(chē)大量普及時(shí)，電網(wǎng)很難承受。

前面提到，倍率的增加會(huì)帶來(lái)成本上升，我們分析了一下從1.2C到4C，到7C、15C、25C，電芯的每瓦時(shí)的單價(jià)會(huì)從零點(diǎn)幾元增加到五塊多。再分析電池包的價(jià)格，7C 20kwh的電池包的價(jià)格和1.2C,70kwh差不多了。提高了充電倍率，但是單次續(xù)航里程并不會(huì)增加，失去了高倍率的意義。比較可行的方案是，電池包能量做上去，倍率進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘?，可能?huì)降低一定的比能量，但價(jià)格會(huì)增幅會(huì)較少，循環(huán)壽命也會(huì)明顯改善。從上面分析可知，快充需求并不是追求高倍率，而是充某一段時(shí)間，能夠保證有足夠的續(xù)航里程，而不是一味的提高超充樁的倍率。結(jié)論，快充一定要在滿足續(xù)航里程基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)靥岣叱潆姳堵剩@樣能保證比較好的性價(jià)比。

目前固態(tài)電池有氧化物、硫化物、氫化物等六種類(lèi)型。看了雷達(dá)圖后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)每一種電解質(zhì)都不完美，而如何把電解質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，會(huì)是一個(gè)潛在的克星方案。目前發(fā)現(xiàn)，行業(yè)常溫性能比較領(lǐng)先的固態(tài)電池供應(yīng)商，都是把某幾種固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合起來(lái)使用，甚至需要加一些液體的才能解決固態(tài)電池的界面問(wèn)題。到目前為止，固態(tài)電池的供應(yīng)商還不能真正量產(chǎn)的電動(dòng)車(chē)用的固態(tài)電芯。對(duì)固態(tài)電池的趨勢(shì)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的權(quán)威機(jī)構(gòu)給類(lèi)似的趨勢(shì)線。趨勢(shì)有兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，先是液態(tài)和固態(tài)共存于市場(chǎng)，這是固態(tài)電池發(fā)展醞釀期，這個(gè)階段存在的原因是目前的固態(tài)電池還是用現(xiàn)有的材料體系，只是把電解質(zhì)改成固態(tài)。但價(jià)格無(wú)法和液態(tài)競(jìng)爭(zhēng)，唯一優(yōu)勢(shì)就是它的安全。第二個(gè)階段爆炸性的發(fā)展階段，只有把固態(tài)電池基礎(chǔ)性的東西做好，取得一些突破發(fā)展，達(dá)到液態(tài)電池沒(méi)辦法企及比能量之后，同時(shí)解決了壽命和功率問(wèn)題，固態(tài)電池才會(huì)大規(guī)模發(fā)展。

結(jié)論，目前我們固態(tài)電池供應(yīng)商普遍采用多種固態(tài)電解質(zhì)混合，加一些液態(tài)混合成半固態(tài)量產(chǎn)，然后由半固態(tài)發(fā)展到全固態(tài)。第二，相同正負(fù)極材料，固態(tài)電池比能量小于液態(tài)電池，高價(jià)格會(huì)使液態(tài)固態(tài)兩者共存。有了根本突破之后，把壽命和功率問(wèn)題解決了，固態(tài)電池才會(huì)進(jìn)入第二個(gè)階段。

以上是我的報(bào)告，謝謝！

提問(wèn)：快充主要還是基于對(duì)于里程的要求，而不是過(guò)分地追求充電功率。愛(ài)馳汽車(chē)這邊有沒(méi)有考慮過(guò)，從車(chē)主這邊他會(huì)對(duì)充電時(shí)間上會(huì)有更多的興趣呢？

楊建軍：愛(ài)馳在做這方面的考慮，我們也一直在關(guān)注電池的需求，充電時(shí)間絕對(duì)是電動(dòng)車(chē)的用戶要關(guān)心的一點(diǎn)，但是實(shí)際上關(guān)心兩個(gè)東西，關(guān)心充電時(shí)間同時(shí)還關(guān)心在這個(gè)時(shí)間內(nèi)充的電能跑多遠(yuǎn)，后者是他們關(guān)心的重點(diǎn)。目前要么把電池包做大，電池包大了之后同樣的充電功率，倍率可以下降。也可以在大電量基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高倍率，充同樣的電量，但充電時(shí)間縮短，同時(shí)壽命會(huì)增加，有可能會(huì)是更好的方案。

提問(wèn)：我來(lái)自奇瑞，愛(ài)馳是否會(huì)考慮換電的方式？這樣就減少了充電時(shí)間的要求。

楊建軍：愛(ài)馳也有一些能量棒的宣傳，我們的架構(gòu)基于兩個(gè)電池包，一個(gè)主電池包就是傳統(tǒng)的A包，還有一個(gè)B包方案，這是目前比較好的趨勢(shì)。它的好處在于，如果你不需要這個(gè)電池包的時(shí)候，你可以拿下來(lái)，這個(gè)電池包大概有18~21度電，100多公斤，這樣可以減少整車(chē)重量，提高整車(chē)經(jīng)濟(jì)性。

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