吉阳智能阳如坤:先进电池规模制造技术前瞻

2024年9月1日下午,由四川省人民政府主办、欧阳明高院士工作站承办的2024世界动力电池大会——全球先进电池前瞻技术专题会议于在四川省宜宾市成功召开。会议围绕动力电池材料体系、系统结构、研发升级及下一代技术研判,开展跨学科、跨领域、跨区域的深度交流与对话,打造先进电池科技创新、交流合作、战略引领新高地,推动实现合作共赢的全球动力电池产业发展新格局。深圳吉阳智能科技有限公司董事长阳如坤以“先进电池规模制造技术前瞻”为主题发表精彩演讲。
吉阳智能阳如坤:先进电池规模制造技术前瞻
深圳吉阳智能科技有限公司董事长阳如坤
以下为演讲实录:
阳如坤:非常高兴有这个机会能跟大家说说电池制造方面,可能我这里说的还是偏向于液态,因为我觉得液态对我们的挑战也不少。
我想讲四个方面的内容。
第一,制造能源时代与电池产业。
前面有好多专家都说到了,这里有一个概念,现在整个电池产业发展还是非常迅速,尽管在低谷的时候,我们依然在高速增长。
这是中石化今年发布的2060年碳中和展望,想跟大家说一个数据,简单统计了一下,比如到2060年,清洁能源大概到1.6万T,这样的数据计算下来我们两村3天,50%需要存储的话,2060年需要50T的存储,我们今天的电池差不多1T,我们还有10—50T的增长规模,在比如2030年差不多3—10T这样的规模,所以这个产业我们认为还有巨大的增长空间。马斯克去年断言说,5步改造地球,全球240T,我觉得这个数据跟中国的数据还是比较一致的。
这里我们看到,我们认为未来的时代叫制造能源时代,我们过去叫自然能源,主要是石油、天然气,主要特点是不可再生,我们看到未来可再生能源,主要是太阳能、风能,从中国整个发展来看,大家知道太阳能未来很快会实现30%—40%以上的效率,电池成本可能会降到2毛以下的水平,当然这里可能主要是两项技术,一是标准化,二是回收,这两个加起来到2毛钱以下成为可能,中国10%的荒地也可能解决我们的能源问题。
从这样的决过来看,我们认为可以过制造技术解决所有的能源需求问题,我们叫制造能源时代,有的专家叫能源自由的时代,值得每个人去期待。
简单解释一下电池产业制造发展的规律。1、产能周期为5年,与中国的五年计划有关。2、我们看到能量密度大概每年平均会增长7—8%,10年差不多能量密度会翻一番。3,年复合增长率45%,成本每年下降8—10%,每6—8年价格下降一倍。4、能量密度不断提升,价钱也在不断下降,跟摩尔定律也是非常类似的。
先进电池制造的现状。我们认为我们的电池制造主要面临工艺方面的挑战:1、我们电池在制造领域研究还非常缺乏。2、我们缺少标准,尤其是电池产业没有自己的TC,这个层面上,尤其包括尺寸规格,在材料、设计、制造、应用方面都缺少一些标准来规范。3、大规模制造理论,我刚才说了我们的电池产业会增长10倍—50倍的规模,我们现在差不多1.4万亿的电池规模,要增长10倍是什么样的状态,我们的制造会发生天翻地覆的变化。4、制造安全,我个人认为我们制造安全本身的研究还是比较缺少的。5、制造质量,大家知道整个中国电池制造质量,我个人理解还是比较差的,大概只能到92%—95%,应该还算比较好的企业,这个层面值得我们去关注。6、固态电池制造方面,固态电池制造才刚刚开始,比如干法膜、高速组装、界面保持的内容。
简单说一下电池制造质量。这是今年我们国家发布的2023年中国制造业平均质量水平大概是93.65%,《质量强国建设纲要》也说到,2030年食品合格率到98%,制造业产品质量合格率只有94%,大家知道产品制造的合格率要求到98%。电池产业的现状还是比较悲观的,只有92%—95%的水平,我知道很多企业不到90%,材料利用率也比较低只有90—94%,产能利用率50—65%。电池产业的制造合格率在中国是低于平均制造合格率的,这个层面上我认为1万多亿的产业还是面临不少问题。
电池产业的优势。大家可能了解比较多,欧阳老师说电池产业可能会被固态电池颠覆掉,但是我个人认为,现在的液态电池照样存在被颠覆掉的危险。我这里分析了大概四个因素:1、尺寸规。2、大规模制造能力。3、制造质量,我认为制造质量能达到ppm级已经非常不错了。4、制造安全应该在ppb级的管控。这四大因素是影响整个电池制造液态领域面临的问题。
电池标准简单展开一下。苗主任在去年这个会议上也说到了电池的尺寸规格问题,只可惜苗主任说了,到今年依然没有任何行动,我也觉得很无奈。大家知道,我们国家GB/T34013—2017有145个规格,现在中国大规模生产的电池大概65—70个规格,这样大的量,我们有六七十种不同的生产线,每个企业就面临不同的生产线去解决一些问题是非常宽大的。看国际上,我们国家的电芯尺寸规格起源于VDA,VDA最早只有5个,但是我们国家有很多创造说明,从5个层面拉伸它的尺寸,变成现在中国电池的尺寸规格,没有一家做深度研究我们的尺寸规格应该是什么样、不应该是什么样,缺少这方面的研究。比如大众发布的MEB只有3个规格,后来Unified CELL只有一个规格,对整个电池面临大的挑战。比如今天上午曾总和长安的老总都说了标准问题,当然可能他们谈的标准跟我谈的标准层面不一定完全相同,但是至少我们知道在标准方面对我们面临的挑战还是非常大的。
尺寸规格对我们的影响,影响材料、智能化、装备积累、综合竞争力。简单统计一下,仅仅把尺寸规格按照标准化来做,可以有20%—30%的下降空间,这是简单的制造业的基本规律。从这个层面上,我个人认为我们应该以最快的速度制定整个产业的尺寸规格标准,这个层面上我认为刻不容缓。
电池标准的问题,有短期利益与长期利益,科学交叉、产业发展过快,当然有很多理由,主管部门也缺少作为,这个层面上对我们的影响还是非常大的。
标准给我们带来了红利,制造业有个简单的规律,产业每增长1倍成本自然就会下降8%—10%,从这个层面上,我们就是通过标准化能够把规格缩小。
标准方面我们还缺少非常简单的事实,先标准化、后标准化的问题,很多做标准的人往往认为我们就是要先野蛮生长,让大家谁做成最大谁就成为标准,你们去看一下我们的先进产业,比如电芯产业,都是先有标准再做产业化的,对于电池来说,我个人认为中国错过了非常好的开始就做标准的机会,至于今天也这么多种电池规格来影响产业发展。
我们来反思,包括今天的固态电池,我个人理解,还是要先做标准,再做产业化,如果我们没有走这样的路,未来五花八门,或者每个企业的投入也是巨大的。我们现在的电池虽然有1.4万亿,但是我看到很多厂建完以后都没有真正意义上大规模生产,这也是非常痛心的,这个沉默成本也是非常高的。
先标准化我想简单举个例子,高通的雅各布斯,他把他的标准CDMA申请了专利,再把专利变成了标准,最后收了很多钱。华为在2018年、2020年,相当于每部手机收16元,10多亿美金,这就是标准带来的价值,这个层面上当然标准了专利之间的关系,还有一些值得我们去研究,中国的法律上还做的不够完善,至少这个层面上我们重视不够。
简单总结一下标准化给我们带来的价值,我认为在尺寸规格、制造工艺过程、材料急需要做标准化,我刚刚说了标准带来的价值,对整个产业也是非常有意义、非常有价值的。
下面简单说一下大规模制造技术。制造工程角度来说,我们认为四大方面对制造业影响巨大,比如材料、标准、装备、数据,今天我们讲到数据影响也是非常大的。
从电池制造规模来说,比如Unified Cell,1GWh需要500—80ppm,今天整个电池产业,电芯已经超过了半导体产业,已经到了1.4万亿,去年半导体产业只有1.04万亿,未来还有10倍以上的增长。
这是我统计的过去整个电池产业发展过程中未来的规模需求,2023—2025以后,每个单线的产能增长是非常快的,绝不是说现在是1T,未来10T,就把所有设备、生产线×10倍,一定不是这样的发展模式,也不是我们未来的竞争模式。
整个电池制造我认为还处于实验室阶段,就是实验室怎么研发电池大规模生产还是怎么做的,我们缺少大规模制造的研究,还有缺少全生命周期的去看,我们把回收也看成一种制造的话,这个层面上我们更缺乏很多标准化的东西。
简单总结一下大规模制造技术,我个人认为实现三大流连续化。一是物料流,我们生产过程中一定要把所有物料传输中间不停的生产出来,而不是电池做的过程中走走停停,停下来定位加紧作业然后再移开,我们高速生产的时候大量时间浪费在传输和定位过程。二是信息流,现在看到所有电池制造过程还没有真正数据拉通,尤其从材料数据到电芯生产过程的数据,我们要谈AI,这个数据都没有拉通AI几乎是不可能实现的。三是能量流,能量方面也是我们面临比较大的问题。物流的连续一个简单的事实就是,我们加减数的过程中很难控制这个过程的精度,这是稍微学点动力学的人就知道,摩擦、阻力、惯量这些东西在运动过程中是很难准确控制的,这是我们一个基本原则。
整个电池制造能耗。我统计下来,电池制造每kWh的电池大概需要35度—45度电,大概算下来要3—5分钱,这个成本对于每个企业来说也是影响巨大的。
最后,电池制造安全的问题。电池老师在安全方面他们整个团队做了很好的分析,对产业很有意义,就提到T1度,综合影响因素两看有内因和外因,首先是内因的问题,总结T1温度主要是SEI膜分解、锂枝晶、短路自产热、副反应,一旦达到T1度以后很难控制电池安全,这些因素下怎么诱导T1度影响也是非常大的。
我们认为T1度有这么多复杂因素,未来要去做深度研究,值得产业深度考虑。
这是过程的识别来解决这样一些问题。
整个电池制造过程从诱引、工艺方法、制造缺陷、检测来结果这些的问题,电池制造我认为要划分为被动制造安全、主动制造安全、本征制造安全。被动制造安全,就是存在安全隐患,通过现在的保护技术,这是今天所做的内容,可能还做的不够完善。主动制造安全,我们认为要去发现制造过程中存在的缺陷,去解决这些问题,未来希望从加工方法上保证整个制造是安全的,我认为这是未来要解决的问题。
黄博士刚刚说到整个路线图的3.0,我们把尺寸规格作为非常重要的方面提出来,我认为未来中国只需要8—10种足够了,这里面最强调的,制造安全从ppb级的被动安全、主动安全,再到未来的本征安全,还有制造质量的管控,我认为这六大指标如果我们能够很好管控,整个中国电池的制造我认为才能真正走向老大。
谢谢!    
(速记未经嘉宾本人确定,请勿原文发布)
 

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