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储能观点丨建议把电池针刺试验列入强制性标准!万钢/李立泉/CATL/BYD发言!

储能世界网讯:1月16日-17日,在中国电动车百人会论坛(2021)上,万钢/李立泉/宁德时代董事长曾毓群/比亚迪董事长王传福等嘉宾提及电池储能技术未来发展,详细如下:全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢:

跨界融合是发展的新趋势。我想这里边有三个值得我们去认真地研究一下。

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首先是“车、路、网、云”新能源汽车和信息通信产业的融合发展。在新一轮科技革命的影响下,智能网联是智慧城市、智能交通实现融合的抓手,来构建数字化通信信号感知系统,打通客流、物流、信息流,实现信息与城市、交通充电设施的互联互通。而融合发展将为5G、智能化道路、智慧城市数据、大数据管理、数据安全等很多产业提供产业融合的平台,来共同推动相关产业的转型升级,推动产业深度交叉融合,形成新型的产业生态体系。

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从另外一个方面看,汽车和能源双向融合也成为大趋势,要加强新能源汽车和电网的V2G的双向互动。新能源既是一个电力的消费体,同时又可能成为电力的储存体。实现新能源汽车和电网的能量高效互动,降低新能源汽车的用电成本,提高电网的调峰效率、安全响应能力。而促进新能源汽车和可再生资源的高效协同,有一点特别值得重视,就是开展“光储充放”,也就是分布式光伏发电和储能系统、充放电多功能一体化。因为我们都知道直流快充电压越高,对电网是有冲击的。现在特别是利用光伏和波谷电的储能,电池二次利用来缓解高压直流充电对电网的冲击。

我想谈的第三点,就是还是要抓住我们的创新能力,来进行前瞻部署。

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从去年一年的技术趋势来看,动力电池的单体能量密度已经达到或者超过300wh/kg,而且成本在下降。大家关心的动力电池低温适应技术也得到了新突破,特别是扁平化和超长结构叠片工艺、刀片电池,动力电池与车辆电动化底盘一体化设计的创新,比如CTP电池系统等等,都是通过工业制造的提升、设计的提升,大幅度提升了系统能量的密度。

近期我们还需要解决单体电池正极从低钴向无钴的方向、负极向加硅的方向发展,同时各种功能性的电解液和功能性的隔膜的开发,以及正负极干法制备工艺能够大幅度提高电池的质量。从电池系统上,用智能化的技术来优化热管理系统,主要解决冬季预热加温,解决低温问题,以及充电中和满充后降温散热的安全性风险。

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从中长期的角度来看,一方面要持续推进热失控和热扩散的防控大数据安全预警技术等,系统提高电池系统的安全性,同时面向未来,要加强正负极材料、固态电解液,特别是在固态电池当中,解决正负极以及电解液之间的界面问题、电导力问题,这样才能系统推进固态电池行稳致远的原始创新。

最后我想谈一下我对碳达峰、碳中和怎么践行绿色发展新理念的看法。

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今年9月22号,习近平主席在75届联合国大会上宣布,中国将提高国家自主贡献的力度,采取更加有力的政策和措施,使二氧化碳的排放力争于2030年之前达到峰值,努力争取2060年之前实现碳中和。中央经济工作会议的公报当中明确了做好碳达峰、碳中和的工作,作为今年的重点任务之一,要求抓紧制定2030年前碳排放达峰的行动方案,同时支持有条件的地方率先达峰。所以汽车界有很多朋友也提出,我们汽车能不能作为有条件的产业能够先行一步,大家共同认为构筑面向低碳化发展的创新体系,优化汽车产业碳排放的制度和完善交易体系,加大财政和金融相关的政策扶持力度,形成有助于汽车产业产能结构的市场环境,最后通过深化体制改革来力争汽车产业碳达峰、碳中和的目标如期达成。

这里我想特别讲一讲的就是我对于发展新能源、推动氢能和燃料电池产业发展的看法。

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但是作为新能源的载体,电力和氢气具有来源多样化、驱动高效率、运行零排放和互相可转化的特征。燃料电池汽车可以广泛地应用于交通、建筑、工业和更高效的储能领域。比如说现在在广东佛山已经有了燃料电池电力驱动的轻轨;在水下交通上面也正在研究燃料电池的应用;也有氢能、燃料电池和光伏结合的在无人机上面的应用;在工业和建筑领域的应用已经很多了。这里特别想提氢能和电力是互相可以转化的,也就是说波谷储电、波峰供电,燃料电池蓄能发电系统和抽水蓄能发电当中可以互补,特别是在供电高峰区里面建立蓄能发展、发电,这是很好的发展方向。

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在去年能源法意见稿特别提出氢能要纳入国家能源战略体系,明确氢能在能源体系中间的定位。据我所知,国家有关部门也正在制定国家氢能产业发展的中长期战略规划,新一轮的燃料电池示范也是开放当中。去年我调研科技冬奥会的时候也得到了很好的启示,国家电网公司研发了世界首个直流电网,形成了可再生资源的大规模吸纳和稳定输送的能力,可以保证2022年冬奥场馆的绿色电能。同时,张家口市也组建了产学研用相结合的研究院,建设了可再生资源制氢厂和车用燃料电池动力的系统的产业链,目前已经有254辆燃料电池汽车在城市里进行示范,预计2022年冬奥会将有3000辆燃料电池汽车保障运行,这里最珍贵的就是探索了一条从太阳能到制氢这条路线上的一个商业可运行的一套系统。

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我们多少年来分布在各地建设了很多燃料电池汽车示范城市,目前已经有累计运行车辆超过5000辆,累计运行的里程超过1亿公里,已建和在建的加氢站超过140座。

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在汽车领域当中,按照相关部门的研究材料,知道中重型商用车在我国汽车保有量中占比不大,也就是5%左右,但是颗粒排放物占比达到68%,氮氧化合物占比甚至超过90%。从它消耗成品油的比例来看,二氧化碳排放要占50%左右,因此在商用车领域推动氢能燃料电池应用,对于实现碳达峰、碳中和是有十分重要的意义的,而且燃料电池也适应于长途交通和重载交通。

当时重点解决城市交通,今天要解决跨城市交通问题,因为它占了差不多我们这个汽车排放的半壁空间。同时我也希望能够结合这个事情,让氢能的多元化应用能够走入到这个过程当中。应该说氢能源汽车,远不如电动汽车走得那么远,但是它仍然是一个很具有前景、很具有吸引力的发展前途。

中国工程院院士陈立泉:

另外,习主席倡导构建全球能源互联网,以清洁和绿色方式满足全球的电力需求。同时最近又指出,2030年前我们的碳排放要达到峰值,要达到这一点的话,非化石能源占比将达到25%,那么风电和太阳能的装机总量将达到12亿千瓦以上。2020年5亿千瓦,所以未来10年每年要增加0.7亿千瓦,所以任务是相当艰巨的,2060年我们要实现碳中和,这就是习主席最近发布的我们中国的一个时间节点。

这样我们一定要特别强调能源互联网,能源互联网就可以实现能源的低碳化。那么要发展能源互联网一定需要储能,储能现在一个是锂离子电池、一个是钠离子电池,所以这就是新一代电池的重要性。

下面就介绍一下交通电气化,包括几个方面:

第一个,电动汽车,这个是大家很熟悉的,我们从2000年开始就有电动汽车的计划。

第二个,我们目前一定要关注电动船舶。一艘万箱船的硫排放量相当于15万辆重型卡车,对环境污染是相当厉害的,所以我们一定要发展电动船舶,特别是远洋船舶,我们可以发展无人的电动轮船。

第三个,电动飞机,最近中国从2017年开始连续三年在中国开了电动航空的会,所以电动飞机的发展是未来我们发展的一个方向。

因为这三样东西:电动汽车、电动船舶和电动飞机,对改善环境都是相当重要的。

能源互联网有五大特点:第一个,所用的能源都是可再生能源。第二个,是分布式的、分散的。第三个,是互联的,如果说要构建网,一定要把它连起来。第四个,这个网连起来以后是开放性的,随时可以把多余的能源卖出去,也可以从网上去买所需要的能源,是开放性的。第五个,这个是智能化的,都是由智能控制的。这五大特点一定都需要电池,一个是锂离子电池,一个是钠离子电池。

比亚迪股份有限公司董事长王传福:

当前,电动车行业构建“十四五”新发展格局,机遇前所未有,发展时不我待。惟有奋进,方可成功。关于未来发展,我再提几点建议。

第一,继续完善电动车安全法规标准。汽车工业正处于变革的关键期,变革要有创新的技术、产品和引领行业的标准,要能解决市场的痛点。十多年前,推广电动车,消费者最关心的是续航里程;而现在,全国电动车保有量已约500万台,消费者最关心的是产品安全。比亚迪推出的“汉”车型持续热销,正是因为解决了消费者最关心的安全痛点。电动车的安全,关键在于动力电池。针刺试验是动力电池测试中非常有效、苛刻的一种方法。2015年旧版国标《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》明确规定,单体蓄电池进行针刺试验时,应不爆炸、不起火。因此,我们建议把动力电池的针刺试验逐步列入强制性标准,同时把目前热扩散试验要求的不短于5分钟,提升到不短于30分钟。

第二,增强双积分价格的可预见性,参照农业的粮食储备调节机制,建立积分池管理机制。积分供需关系受行业各车企产量、油耗等多重因素影响,具有不可预测性,会导致某些年份积分供大于求,某些年份积分供小于求。通过设立积分池管理制度,可在积分供大于求的时候,把多余的积分放入积分池,在供小于求的时候,再把积分拿出来使用,以此调节各年份积分市场的供需平衡,保证双积分政策的有效运行。

第三,私家车电动化需要插电混动和纯电动双管齐下。去年电动车市场是两头涨,一头是中低端车,另一头是中高端车。除纯电动之外,插电混动技术依然是一条重要的技术路线。我国新能源汽车产业发展规划明确“三纵”并行的发展路线,插电混动与纯电都是国家重点支持的技术路线,也是全球主流技术方向。插电混动实现了“短途用电、长途用油”的行驶模式,对我实现“2025年20%”的发展目标具有重要意义。比亚迪新推出的DM-i超级混动,将进入紧凑级、中型和大中型SUV等燃油车占绝对主导地位的细分市场,加速电动车对传统燃油车的替代。

宁德时代新能源科技股份有限公司创始人、董事长曾毓群:

目前锂离子电池已经广泛应用于私家车、公交车、物流车,正在实现对移动式化石能源的替代。在此基础上与智能化相结合,逐步延伸到矿山、港口、船舶等特定领域,实现了对特定场景的化石能源替代。从发电端看,光伏和风电成本持续下降,即将全面进入平价上网并最终实现低价上网阶段。高比例可再生能源的发展给锂离子电池储能应用也提供了广阔前景。

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更长远一点看,未来5年,锂产业市场将迎来井喷期,快速进入TWh时代。高效率、高品质的交付是重要的核心竞争力,我们与全球的顶级玩家同场竞技,上下游必须全力以赴共同迎接挑战。

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本周三,权威机构SNE发布了2020年全球锂电池统计数字,虽然受疫情影响2020年全球的动力电池装机量还是达到了137GWh,保持了17%的增长,其中宁德时代装机34GWh,连续4年位列世界第一。

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从2021年开始,全球锂电池市场需求会有明显的提升,但反观供给端是否能够满足需求?目前看全链条的产能供给增长相对较慢,有效供给不足。

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电动化和智能化正在向各种应用场景加速渗透,需要千差万别,需求变化多端。多元化和平台化为各场景提供最优的技术解决方案,它是一个很需要解决的有效途径。在乘用车领域我们开发了12V锂电池的辅助电源,和传统的铅酸电池相比重量减少了80%,体积减少了60%,而且可以终身免维护。我们开发的48V和HEV的电池包可以实现60C的高倍率放电,开发的PHEV电池包可以实现10C以上倍率的自动能量回收,开发的BEV电池包可以实现超过1000公里续航、10分钟快充充电、16年200万公里的使用寿命,基本解决了消费者的历程焦虑、充电焦虑和寿命焦虑。

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商用车领域,多数是生产工具,所以车型复杂多变。针对这一需求我们开发了长寿命电池,保证了高强度运营的质保需要;标准化电池包有效提高了通用性;和产业链合作伙伴推出了车电分离、电池或者整车租赁的新型商业模式。我们还发现家用和外卖骑手对两轮车的需求不同,因此设计的电池可快充、也可快换,并且电池寿命足够长,一块电池可以服务车辆全生命周期,节省了更换电池的成本。

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储能领域,从研发示范转向了规模化发展。在“十三五”智能电网研发专项的支持下,我们突破了循环寿命的瓶颈。12000次超长循环寿命可以服役25年。在全球率先通过UL安全测试,实现系统不蔓延、不起火。采用1500V和液冷技术,能量密度和能量效率都大大提升。近两年海外提供了光伏和储能领域的重要市场,中国提供了主要供给。国内光伏发展同样迅速,但储能的规模化推广还缺乏政策和市场机制。

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市场在快速增长,客户要求在不断提高,我们必须依托强大的创新体系提供高水平的产品,实现高质量的交付。通过多年的积累,宁德时代逐渐形成了材料体系、系统结构、极限制造、商业模式等四大创新体系。

首先,材料体系创新很重要。未来一定周期时间内,磷酸铁锂、三元材料还有提升空间,还是应用的绝对主流,之后会出现新的体系,需要从原子尺度上,深入地理解材料及其界面性质,在材料体系上实现根本突破,避开很多贵金属,走出一条性价比更高的路子来,应对长远的、巨大规模的市场需求。

第二,系统结构创新,包括我们CTP、CTC等,主要是优化系统,提高集成度,实现系统能耗和成本的降低、效率的提升。

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第三,极限制造创新,需要达到三个目标:一是单体安全失效率要由PPM级提高三个数量级到PPB级;二是要保障全生命周期的可靠性,从第一个循环到成千上万个循环,微观结构是怎么演变的、怎么分布的,为什么这样演变和分布,必须做好这些基础工作;三是要大幅度提高生产效率,才能实现TWh级的高质量交付能力。

第四,商业模式创新。从原材料、电池制造、运营服务、材料回收等环节,很多合作伙伴要形成一个生态链才能支持中国的锂行业在TWh时代来的时候,在世界上能够真正胜出。

另外我还想讲一下产品的平台化和差异化的关系。交通全面电动化、电力全面清洁化是很复杂的过程、巨大的过程,必须依托标准化、平台化的设计,才能节省资源、事半功倍。同时平台化并不会抹杀差异化,比如我们的CTP产品,根据客户和市场的需要,可以配置不同的电量,提供差异化的续航要求;配置不同的寿命,满足差异化的质保要求;高强度应用提供电池快换,低强度提供V2G,极寒地区配置低温速热。总之我们可以用平台化的设计提供不同特性的产品矩阵满足个性化和差异化的要求。

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除此之外,功能的集成和叠加也是个方向。比如我们开发的光储充检一体化的智能充电桩,不用电力增容就可以实现大功率充电,高度集成节约土地,充电站采用光伏屋顶,实现新能源汽车用的新能源电。充电过程就是对电池的一个深度体检,提出维保建议和残值评估报告,所以这种储能系统还可以参与电力调峰调频等辅助服务,增加盈利模式。

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