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石先兴:万向动力电池技术进展

http://www.sinocars.com   2017-07-03   责编:蒋翔

[导读]      万向A一二三股份公司高级工程师 石先兴  今天给大家汇报的题目是万向动力电池技术进展。电动汽车产业在国家政策的正确引导...

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2017“锂产业-新生态”国际高峰论坛,锂产业国际高峰论坛,动力电池技术,碳酸锂

 

  

石先兴:万向动力电池技术进展

 

  万向A一二三股份公司高级工程师 石先兴

  今天给大家汇报的题目是万向动力电池技术进展。电动汽车产业在国家政策的正确引导下,已经顺利地渡过了一个培育期,进入了一个快速的成长期。工信部提出一个目标,就是2020年,我们的动力电池电动汽车的年产销量达到200万台,东营近年来动力电池的产销量快速增长,大家可以预测到的是动力电池必定进入一个淘汰的时期,根据预测,2020年,累计动力电池将达到一个惊人的数字,12万吨到17万吨,如果动力电池不基于一个合理的处理,会带来资源的浪费同时对环境可能带来一个污染问题。

  另外一个就是我们也注意到,国家现在也在逐渐地关注动力电池对环境的环保的问题,推移动力电池至少有70%到80%的电量,如果这个电量不加以合理利用直接加以报废,实际上很大程度上这也是一种资源的浪费。

  我们可以看到近年来特别是碳酸锂的价格,2014年到2015年价格快速增长,特别是进出口的价格,今年1月份到现在,价格增长75%以上,原材料的上涨倒逼着我们这个产业开始关注回收这个话题。

  国家2006年开始逐步发布了一系列的法规,开始关注回收电池的利用。包括2016年和今年2月份国家相关部门出台了一系列的法规,包括要求动力电池进行一个行业规范条件和进行合理的规范管理的暂行办法,它明确提出来了,对符合要求的动力电池进行梯次利用,比如说家庭式储能等等。

  针对于回收环节,不同的工艺有湿法也有干法回收,湿法回收明确提出来,第一个,进行水资源进行在线监测,不允许有水的排放,包括水车的污染。第二是明确对机体的监测,尽量不要带来大气污染的问题。

  此外,结合物联网大数据的手段建立可追溯的管理系统,国家鼓励动力电池的模块化的标准设计。第三个是落实了生产责任制的制度,明确了汽车的生产企业作为第一责任主体进行电池的回收。因此,完善推进废旧电池的梯次利用和回收试点。

  第二部分是关于梯次利用,在国外像日本和美国的一些企业,他们一些做法值得我们借鉴,比如说在日产公司,早在LEAF上市之前,就在着手解决将来可能的梯次利用的问题。关于梯次利用有三个要求,第一个就是电性能的要求,第二个是考虑到特性电池的经济要求,第三个是成本要求。

  此外针对梯次利用,比如说通信备用电源也要满足具体的行业标准,因此梯次利用我们需要主机厂、动力电池生产企业、回收企业包括消费者共同的努力。这是一个动力电池我们实际上在做的一个实验,就是动力电池第一步把它进行PACK级别的拆解,进而拆解成SEEL级别。我们第一个仅就它的外观有没有泄露和变形的问题,第二个就是我们看着它的电化学性能满不满足要求,比如说容量恢复率、容量保持率等等,第三个我们也看它的安全性能是不是满足要求,包括过充、过放、挤压等测试。只有经过测试的动力电池,从而再进行一个重组,进行一个梯次利用,应用在UBS电源等等。

  看起来梯次利用大家都很欢欣鼓舞,觉得这是一个很好的领域,但实际上根据我们做下来之后发现这个蛋糕实际上并不太好吃,为什么这么讲?就是我们把电源做好之后,我们想到一个点,就是用在通信基站的备用电源,但事实上这个模块我们去推广的时候遇到了很大的阻力,因为通信基站第一个它的价格不是那么敏感,比如说现在通信基站降成本的压力不是很大,第二个是通信电源领域目前都是一把手负责制,我们知道通信基站没有问题还好,一旦是你使用备用电源,就是梯次利用的电池出现问题之后,大家就可以追责,因此他得愿意承担相关的责任。

  所以我们讲梯次利用还有一个很关键的点就在于目前国内的生产电芯有圆柱的,有方形的,有软包的,各种容量也不一样,结构也不一样,我们怎么样推出一个标准化的结构设计,来进行一个规模化的梯次利用,这也是一个很关键的点,这些都需要我们来进行克服。同时在这里我们提出一个概念,现在目前的梯次利用电芯,都是考虑结合自己产品的特点,我们把它结合目前比如说通信基站的一个标准来进行设计,大家进行一个结构设计的时候发现,有很多阻力,要么就是宽度,要么就是高度,总之要相差一点点,很难做到刚刚好。如果反过来反向设计呢?我们觉得主动型梯次利用,在设计电芯的时候,比如考虑设计成指点尺寸的一个模组,考虑这个模组在电信基站,比如5到8年之后进行淘汰之后,直接用来直接在模块级别拆解,直接用在通信基站或者是家庭备用电源等等,这个从理念上讲应该是行得通的。

  这是我们梯次利用的一个例子,我们首先把万向这应该最早是在青岛电动大巴上淘汰的动力电池,淘汰下来之后把它拆借到SEEL级别之后,将达到16伏的电芯,再进行三组的串联。这个模组是根据储能的备用电源设计的,我们主要的目的是验证梯次利用的技术可行性。

  这是我们的梯次利用的一个具体的场景,我们考虑在这个室内的EDS配电,当时是机联5台。第二个场景是室外太阳能基站。第三个是室内的基电的一个模组。我们这里小规模梯次利用的基础是有可行性的,关键是在成本控制,以及用户的调节心理是梯次利用的关键的一个步骤。

  接下来介绍一下电池回收,我们承担这个项目的时候,在杭州我们建了一个回收线,回收的一个工艺步骤,第一步包括放电处理,第二步拆解拆除分离,第三步材料回收,很关键的点是密闭的气体回收系统,以及检验的循环系统,要保证整个拆解的过程中是没有水资源的排放。

  这是一个我们的一个具体的例子(ppt),再生循环,密闭的气体回收,包括分离,电解液的情况主要是处理六氟磷酸锂及负极材料的回收,目前我们这个小组每天可以处理100公斤,回收率达到90%以上,同时实现三元的处理。

  这是我们回收的产物,包括这里面是一个隔膜,薄铝膜和回收上来的正负极的材料的分极,我们把它进行一个修复,所谓的修复就是我们做了一个解析,我们发现刚刚被拆解下来的粉末材料,因为它是推移后的粉体,因此里面有很多的杂志项,比如我们发现的一些磷酸锂、磷酸铁等等,我们经过一个混合器,在适当的温度下进行一个处理,可以实现磷酸铁锂的修复,从而提高可逆的容量,下一页有具体的数据。我们发现经过一个修复的材料循环的稳定性,相比于一个微处理的新鲜的材料,它是有保障的。

  同时我们也证实了,这种混合器下的温度可以促进锂的修复。

  此外针对这个回收线的回收粉体做了一个测算,因为大家都非常关心梯次利用究竟有没有经济收益,我们结合自己的处理线收集的数据,针对磷酸铁锂我们530到8830磷酸铁锂收益低于它的支出,因此基本上是一个可回收的过程。针对8830的电芯,在进行一个回收处理之后,我们测算了一下经济成本,我们发现它大概有一个3万的经济收益,这是基于20的测算。所以我们讲三元电芯,有镍钴等元素,其实是有经济元素的。

  借此机会我们介绍一下万向A一二三,我们在全球有三大制造基地,第一在美国底特律自动化生产工厂,第二在杭州,生产软包装电芯,目前杭州建立3GWh的生产线。此外我们在常州有一个圆柱形电芯生产工厂,主要是给一些保时捷,迈凯伦、法拉利提供高倍率1860、1870电芯。另外一个是研发中心在波士顿和杭州包括在密歇根有三个研发基地,其中在波士顿研发中心是偏向于材料开发,目前大概总共有将近80个人左右,全部是专门研究材料以及电芯的开发这一块。

  在杭州我们重点侧重于从材料到电芯到模组的开发和研发,最后在底特律这边我们还有专门从事低压模组开发的团队。这是我们的科研条件,这个图片(ppt)主要是在介绍杭州的,我们覆盖是从材料分析到电芯设计到电池系统评价。这是系统的介绍,包括模块设计,包括系统级别的仿真,热管理仿真,电气设计,目前我们有一些国际客户,包括国内的广汽上汽,这是我们产品介绍,总得说来分两端一端低压12伏48伏的值,高能电芯,低压关注在高功率的电芯,关注在成本的降低,另外高压我们专注于安全和寿命,很关键的一点是电芯的成本。

  最后小结,目前我们梯次利用已经证实了它的技术的可行性,关键是要如何控制它的成本,包括目前很大的一个成本来源于电芯的运输以及拆解成本,结合市场上目前各家的型号和产品结构五花八门,我们事实上接下来要考虑的,我们行业内包括我们政府也要考虑怎么样组织,至少电芯在模组级别要实现标准化的设计,从而有利于我们在梯次利用的时候,实现标准化的主动型的梯次利用的设计。另外就是磷酸铁锂电芯回收经济效益一般,但是基于三元的回收效益是可观的。还有我们也注意到锂盐,目前它开发的成本大概在1万5每吨,但是它的销售价格目前在13万到15万每吨,未来的合理价格在4到5万,但是不管怎么样,回收电池提升之后的电芯回收了之后,我们也考虑锂盐的回收,事实上我们证明可以实现锂的回收。

  最后再次谢谢百人会提供的平台,感谢现场的专家朋友听到最后。

  动力电池行业现在过了培育期,进入快速成长期,希望大家坚持到最后活下来,往往坚持到最后的企业胜利,谢谢大家!

(文/图 华夏汽车网 蒋翔)

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来源:华夏汽车网


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