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Zin Park博士——汽车动力锂离子电池的研发方向

发布时间: 2016-05-24 02:13:25    来源: 电池中国网
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[摘要]Zin Park博士,韩国三星SDI。

   Zin prak:首先非常感谢组委会邀请我来做这次分享,我的名字叫Zin prak,我来自三星SDI。我来介绍一下三星SDI对于电池材料方面的一个研发。

  大家知道三星SDI是一个专业化的模块,主要是做电池的产品,一些IT和电动车行业的应用,到现在已经有15年的历史,我们已经生产了我们自己的IT应用的一些锂电池,现在我们正在转型阶段,将会朝着电动车的电池行业去发展,我们也叫做EV,就是电动车,还有一些电动自行车和电动摩托车等等领域的电池应用。
  这是我们三星SDI的市场份额的图表,我们的市场份额都是排名第一的(在过去这些年)。
  这是我们主要的产品线,在手机应用上,比如说这个规格是我们公司第一个推出的产品,在2012年我们还有600WH每升的这么一个规格的电池,主要是针对一些移动设备和IT的这种设备,在2013年汽油2014年的话,我们这个行业的最大容量的63氨时和28氨时规格的电池我们也进行了生产,主要是用于汽车行业的一些电池。
  这是我们公司以往的一些历史,三星SDI在过去这些年在汽车行业的电池业务方面从2000年开始,我们就提供了各种领先产品,包括一些IT方面的一些产品,我们也做了很多的研发,针对汽车用的一些电池做了很多相关研发的工作,我们也成立了一些合资企业,合资企业也是针对一些汽车领域的电池。从2000年开始,我们首次生产了电动汽车的一些电池,首次进行了量产,现在我们生产了20多种电池和电池模组。
  从全球来看三星SDI有七大中心,在韩国我们也有一个中心,是做电池模组的生产。在中国去年也开始了我们电池模组的生产。今年,我们会在长春开始我们电池组的生产。除此之外,在奥地利、欧洲也会生产一些电池组的产品。
  这是我们在全球的几大生产中心。
  这张幻灯片是我们在全球市场上,从2015年到2020年,在全球的电动车市场上的占比,也包括对未来的一个预测。我们预测到202年,我们的这个量会达到95.8GWH的这么一个规模,2018年应该是66.2GWH,2020年之后我觉得我们会增长的更快。我们预计到2025年的时候,我们和2020年之前相比的话应该会增长5倍。所以说,这个前景是非常光明的。
  电池的能源会增加的更加快,和以往的旧的产品相比,因为我们现在有更多电动车的应用,所以在这方面的要求会更高。我们可能会有100个规格的电池会推向市场。
  三星SDI我们也有其它的一些产品,像电池组还有单体电池,电池模组、电池组不同的系统。我们现在正在生产各种可延展的一些产品的模组,希望能够把不同的组件结合在一起,这是我们一个非常重要的产品策略。
  如果你们有关注我们的产品的话,也可以看到我们的这个产能是在不断扩大的,我们主要的策略也是根据市场的需求不断的扩大我们的产能。
  在这张图片上你们可以看到,我们现在有28氨时这种规格的产品。除此之外,还有各种各样的产品。
  今年有一些新的产品的推出,像能量的密度会增加30%左右,在未来的几年,我们也有计划生产50氨时的这些规格的定尺。我们的策略是希望在原有的基础上不断的延展、升级,也会有一些新的电池模组的应用,还有电池组,还有OEN的一些合作。
  我们会保持我们模组的平台,然后会持续的增长会扩大。我们也有其他各方面的优势。我们可以做一些修改,修改我们的电池模组。这个模组可以从EP改到好几P的这么一个规格。可以很快的进行产品的调整,让这些产品可以用于像电动车这样的应用上。
  这是我们主要的一些安全技术,一些安全设备。比如说像这些电熔丝还有不同的一些安全方面的应用,来加强我们整体产品的安全性。实际上,这是一个比较复杂的产品,用于电动车的话要确保这些产品最高的安全性和性能。性能的提高也是非常重要的,电池、电芯内部的质量要把控好。
  另外一个非常关键的一点,就是质量的控制。大家都知道,在一辆车里面,我们可以用300或者是400个单体电池的组合,其它的一些应用可能只需要用100百个单体的电池就够了,如果我们用几千个单体电池的话,这个时候你就需要保证质量,或者是用几百万P这么一个规格的电池,可能会涉及到10亿个电池的电芯。这么多的电芯非常关键的是你要把控好这个产品的质量,如果你要生产10亿个电芯的话,你怎么样能够保证这个电芯的质量呢?这其实是非常关键、非常重要的一个话题。所以,我们会有自己的质量控制的系统。
  我们可以看到,我们会测试2000个不同的因数去确保生产的产品是安全的、高质量的。这种质量的控制是非常好的,非常有用的,生产中也是非常必要的。我们会收集各种生产的数据去监控整个过程。尤其是在高峰使用期的时候,我们就更加要关注电池的性能和安全性以及质量了。
  我们投资了很多的资源和钱去做质量控制的工作,我们也做好了温度控制还有湿度控制、颗粒控制。颗粒控制和半导体行业的要求是比较相似的,我想你们也可以理解。
  除此之外,在每一个控制点上,每一个工艺都要控制好、监控好。我们在这个生产的过程中要控制2000多个因数,包括电机,要看的工艺非常多。
  安全是一个非常关键的问题,不管是在中国也好,在世界各地的市场也好,电动车的安全性是非常关键的。所以,我们把重点放在了安全控制上。我们也获得了一些相关的安全资力证书,比如说有来自中国的安全认证证书。
  中国我们都知道你们有自己的一些质量标准,比如说国标系统,GBT就是中国的一个国标系统。我们也获得了中国国标认证的证书,我们在中国的生产已经是通过中国国标的安全检测的一个认证了。
  在未来我们怎么样去做产品的开发?我们的方向是什么样的?我们电池发展的方向是什么样的?首先我们要看市场的需求,市场的需求也很清晰了,我们看到了有越来越多的电池使用的需求,也要求电池的成本降低、功率提升,可穿戴设备也会成为发展的一个趋势。
  电池的使用寿命更长,或者是更安全,这都是市场的一些声音和需求。我们会把这个重点放在功率、容量、循环周期、安全、灵活性、成本上,这都是我们集中的一些重点。这是我们开发新电池的时候会看的重点领域,像快充、电力续航方面。
  这是我们开发的组织,我们有不同的开发中心和组织。下面我们有针对电池的一个研究中心,在过去的十年,我们做了很多的工作,正在研发新一代的产品,我们还有三星SDI研发中心,他们也在看未来的3到5年应该推出什么样的产品,比如说电池模组会比较适合市场的需求,他们就会去专门负责产品开发。
  SDI下面还会有一个自己的研发团队,也会做自己的一些产品开发和研究,他们主要是研发未来2到3年的一些新产品,就是每个部门的重点是不一样的,可能看待未来时间的长度也是不一样的。
  我们现在看看高能量密度的要求,打个比方说,就是每次充电之后,至少能够开150公里,2年之后我们应该可以把这个距离增加到300公里,如果说我们在这几年增加了这个能量密度,增加的这个能量密度我们以后有望把这个充电一次的驾驶里程提升到500公里这么一个水平。到2023或者是2025年的时候,到那个时候我们预测充一次电的话可以开更长的工程里数,比如说700公里。
  这里是一个循环次数的图表,举例来说,SDI在展示出非常好的生产率以及产品质量深,在插电式的电动车电池方面超过了5000次充放电循环,可以达到这样的一个水平。
  这是我们的主要战略,这是每一代电池产品化学新材料的应用,现在我们正在开发一些新的产品,我们相信使用新的材料可以获得500公里的续航里程。要获得600公里的续航里程的水平的话,我们就必须要使用新的三元材料,在阳极可以使用一些含硅、复硅的材料,要达到700公里续航里程的话,我们会考虑使用不同新的金属元素,这个当时是下一代产品一定要保持这样的一个更新机制的转动,还要使用一些新的材料,比如说含硅的、阳极等等。
  现在的发展趋势是三元NN1材料朝着更高能量密度的材料在走,这个趋势是非常明显的,就是使用新的阴极和阳极材料。现在,我们会看到,如果使用或者增加能量密度的话,我们要开发含硅的阴极材料。
  现在是在145氨时的水平,在未来要达到165和185毫安时每克的能量密度,另外,我们也要处于安全系数的考虑要去选用相应的材料。
  在IT领域我们已经在用一些复镍水平的材料去做阴极材料。我们已经可以通过这种复镍的材料解决安全系数提升的问题。另外,也可以去使用更多的环保型的新材料来改善环保的性能。
  阳极材料我们用的是石墨烯,现在的开发改变了它的晶体结构,从而来获得一种新的性能,当然,除了阳极还有包括电解质的材料,也可以得到改善。在电池的OEM企业都在做这种含硅的阳极材料。
  我们可以使用比较少量的硅做一种修饰去提升一部分的性能,另外是电解质,电解质也有非常重要的角色,特别是对于功率表现,特别是在低温的功率当中以及对于安全性都有非常重要的作用。它对于我们整个电池的综合性能都有非常重要的抉择,刚才提到了有四个方面的帮助。
  另外一个是隔膜,隔膜也是非常重要的一个材料。我们现在使用一些多功能的角色,特别是希望隔膜能够拥有多功能的功能,同时又可以降低成本。所以,对于隔膜技术来说应该降低成本是最为关键的要素。
  我们可以看到如果去改变或者是更新一些隔膜的材料使用也可以进一步帮助降低它的成本。
  这张展示的是我们对未来新一代电池产品能源储存机制的问题,蓝色的线展示的是我们我们三星集团内部的一个研究结果,两个蓝色的实线圆圈包括全固态以及锂金属电池的坐标位置。在接下来10年我们会看到一些新的系统活机制,比如说像锂空气电池储能系统,这是我们三星内部一个使用方法,比如说全固态电池、全固态电解质的开发,更多关注的是聚合物,还有陶瓷。这两种材料都有问题,所以,我们把这两种材料进行结合的使用用到下一代电池的技术使用当中,应该可以解决比较多的问题。
  最后,照片展示的是快充的电车技术。一些OEM厂商能够做到30分钟快充,我们在下一代的技术当中可以做到20分钟的快充。到2020年我们的目标是10分钟的快充。做到大功率的话阳极的材料和阳极的技术是非常关键的。我们也会选用分组规模和形状更好的水平的控制,以及镍的含量增加(阴极),在阳极使用费晶体碳,非晶体碳涂层。
  三星SDI现在正在致力于不断研发新的电池材料,以及为电动移动行业做出相应的革新技术的贡献。

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