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动力电池技术新能量足(产经观察·走近“新三样”)

2024年01月24日 12:20:40 人民日报

河南商丘鼎能吉研科技有限公司动力电池全自动干燥箱焊接生产线。

徐泽源摄

山东吉利欣旺达动力电池有限公司锂电池生产线上,工人正在操作设备。

新华社记者 郭绪雷摄

我国动力电池累计销量达616.3吉瓦时,同比增长32.4%;累计装车量387.7吉瓦时,同比增长31.6%;累计出口达127.4吉瓦时,同比增长87.1%。全球装车量前10名的动力电池企业中,中国企业占据6席……1月11日,2023年动力电池产业成绩单出炉。

得益于持续不断的技术创新、产业结构创新和商业模式创新,我国动力电池产业市场规模连续7年全球领先,产业领先地位持续巩固。

直击续航、补能“痛点”,持续发力材料体系创新和结构创新

电池体积利用率达83.7%,排名全球第一;充电15分钟,续航增加超500公里,是目前全球量产充电速度最快的磷酸铁锂电池……2023年底上市的极氪007纯电轿跑,首次搭载了75度电、最大续航里程达688公里的极氪自研金砖电池。这一电池不仅让磷酸铁锂电池包质量能量密度比传统三元锂电池包提升超10%,更真正实现“一刻充电行千里”。

6时30分从上海出发,20时33分抵达厦门,全程不加电行驶1044公里……2023年12月,蔚来汽车创始人、董事长兼首席执行官李斌测试蔚来“150度电池包”,耗时约14小时成功完成1000公里续航挑战。

继量产动力电池单体能量密度突破300瓦时每公斤、纯电动乘用车平均续驶里程超过460公里之后,2023年我国动力电池企业持续发力结构创新和电化学体系创新,技术水平再上新台阶。

“为了能在‘寸土寸金’的电池包内放置更多电芯,工程团队对电池包结构进行了彻底改造。”极氪智能科技副总裁谢世滨告诉记者,相较传统设计,金砖电池采样线路总长度缩短了157米,核心零部件数量减少35%。

极氪通过对电池仓空间的极致利用,让动力电池续航能力更强。零跑汽车则选择了电池底盘一体化(CTC)技术。2024年1月10日,零跑汽车宣布,3月上市的全新车型C10将搭载零跑CTC2.0技术。“体积利用率可达79%,零部件数量减少28%,结构件成本降低27%,整车扭转刚度提升48%,系统轻量化水平提升15%,还可实现不起火、不爆炸、720秒无热扩散。”零跑电池产品线副总裁宋忆宁说,从大模组到无模组,从电池外挂到一体集成,国内企业坚持差异化创新,站上全球电池技术前沿。

相较于结构创新,以固态电池为代表的动力电池电化学体系的颠覆性创新,将有望彻底解决动力电池的续航、补能和安全难题。2023年7月,丰田汽车宣布固态电池研发实现重大突破,并将于2027年实现量产。此后,上汽、广汽、长安等车企都表示将于2027年前实现固态电池量产。

走进清陶(昆山)能源发展股份有限公司,研发人员正与上汽创新研究开发总院的工程师们紧锣密鼓地推进第一代半固态电池的量产工作。“我们与上汽联合开发的第一代半固态电池,今年三季度将率先量产,并搭载在智己品牌的全新车型上。”清陶能源总经理李峥说,搭载这一代半固态电池技术的新车最大续航里程可超过1000公里,充电10分钟续航增加400公里。接下来,第二代半固态电池,在性能更优的前提下,将比现有的电池产品成本降低10%—30%,并快速完成“10万辆级规模”的量产搭载。

“眼下,我们正在稳步推进钠电池、磷酸锰铁铝电池、凝聚态电池实现量产,同时积极储备面向未来的下一代电池技术,以期引领新能源行业降本增效。”宁德时代首席制造官、工程制造与研发体系联席总裁倪军告诉记者,面对行业新机遇新挑战,我国动力电池企业没有也不会停止创新的脚步。

破解成本、效率“难点”,推动产业结构、商业模式创新

地面一尘不染,设备洁净整齐,进入要穿白色防尘服……走进浙江衢州极电新能源科技有限公司三电智能制造工厂(以下简称“衢州极电工厂”)电芯车间,仿佛置身于一间庞大的医院手术室。这里的空气洁净系统,能确保每立方米空气中5微米以上的粉尘颗粒少于293个;近乎“0水分”的控制系统,让车间湿度仅为撒哈拉沙漠一年中最低湿度的一半水平,确保单电芯水分含量比例小于万分之二。

这座建筑面积146万平方米、全球最大的三电及储能系统智能制造综合基地,由吉利控股全资打造,从建设到投产只用了14个月。2023年,涉足电芯制造且已取得阶段性成果的整车企业,不只吉利一家。

2023年11月24日,时代长安动力电池有限公司生产的首款标准电芯在四川宜宾三江新区下线。按照规划,长安汽车将在2030年推出液态、半固态、固态等8款电芯,形成不低于150吉瓦时的电池产能;首款成组效率达到86%的CTC技术,将于今年量产。

半个多月后,广汽埃安旗下因湃电池智能生态工厂竣工。该工厂投资109亿元,规划建设36吉瓦时动力电池和储能电池产能,可满足60万辆新能源汽车的装载需求。据悉,广汽自主研发、电芯能量密度可达400瓦时每公斤的固态电池,计划于2026年量产装车。

“新能源汽车竞争进入下半场,焦点除了智能化,还有能源补给。整车企业要有能力提供更加便捷、更加便宜、更加绿色的能源,来满足消费者对绿色出行的需求。”广汽集团总经理冯兴亚说,广汽发力能源生态板块,旨在提升硬产品之外的软性竞争力。

吉利控股集团总裁、极氪智能科技首席执行官安聪慧表示,动力电池是新能源汽车最核心、最昂贵的零部件之一,事关成本,也事关安全、续航和充电效率等用户直接体验。车企全栈自研电池,是提升技术实力、深挖品牌“护城河”、掌握竞争主动权的关键一环。

“不管采用外购电芯还是自研电芯,对整车企业而言,都要做到电与车的完美结合。”安聪慧说,平台化、通用化、标准化的外购电芯与为车量身定制的电芯,在用户体验上的区别可能就是98分和100分,“这两分的差距,就是极氪的差异化竞争优势。”

“整车企业布局动力电池全产业链,并在电芯自研自产上取得实质性进展,改变了动力电池既有的产业分工和产业结构,推动了技术进步和产品迭代。”中国汽车工业协会秘书长助理、动力电池产业创新联盟副秘书长王耀表示,2023年,我国动力电池商业模式创新也取得突破性进展,其标志性事件是蔚来汽车先后与长安、吉利两大主机厂在换电业务上展开合作。

据介绍,换电模式以及由此催生的纯电动汽车“车电分离”销售模式,是我国新能源汽车商业模式创新的重大成果之一。工业和信息化部多次明确表示,支持新能源汽车换电模式发展,并启动应用试点。但是,由于各车企、各电池企业电池包规格不统一,换电站无法兼容,让这一模式无法充分发挥出优势。

“换电模式共享化,有助于突破动力电池全生命周期管理的关键障碍。”王耀认为,传统模式下,车身与电池的所有权和处置权在消费者手中,给规范化、规模化回收利用带来一定难度,“车电分离模式有望催生专业的电池银行、电池管理公司,它们租售、托管的电池有规模、易规范、数据齐全,有利于提升电池报废后的梯次利用和拆解回收效率。”

围绕安全、减碳“焦点”,全面实施智能化、绿色化转型

18道关键工序,全流程产线100%自动作业;超200台智能搬运机器人,实现自动上线、线边物料循环配送等多场景自动运输;行业首创的极片“双泵耦合技术”与“β射线与激光双光控制监测反馈系统”,在线实时纠错……步入衢州极电工厂,高度自动化、智能化带来的高效率和高品质,让人大开眼界。

“作为浙江省首家三电‘未来工厂’试点企业,衢州极电工厂以‘5G+工业互联网’为载体,深度融合大数据、人工智能、数字孪生等先进技术。如今,电芯工厂实现了单线每2.5秒下线一颗电芯的行业领先水平,电池工厂实现了1分钟每条产线可同时处理46颗电芯的行业高效率。”谢世滨说。

全面推进智能制造,让我国动力电池企业在成本、效率、产品良率等核心指标上持续领跑全球,为产品“走出去”打下了坚实基础。同时,我国动力电池企业积极应对欧盟电池法案,通过打造零碳工厂、建立国际互认的碳足迹核算体系等实施绿色化转型。

打开厂房设施管理系统电子看板,宁德时代旗下四川时代新能源科技有限公司五大工厂的实时能耗一目了然。

四川时代厂房负责人胥彬告诉记者,系统检测分析发现,工厂63%的能耗由设备产生,37%的能耗来源于生产用气及制冷设备。企业随后将节能降耗的关注点由用气制冷转向设备端。2023年3月,四川时代研发了一套全新的生产全环节能耗数字化管理系统,让设备可实现按需开机,还能像智能手机“熄屏”一样进入待机模式。

目前,四川时代80%以上的能源来自水电,每年可减少碳排放40万吨。“全水电+零碳天然气”的绿色能源解决方案,帮助企业在2022年3月成为全球首家电池零碳工厂。“接下来,我们将全力推动节能减碳向上游一级、二级供应商延伸。”四川时代新能源科技有限公司总经理朱云峰说。

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责任编辑:乔妙妙

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