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吳凱:讓電池成為“六邊形戰士”

發布日期:2024-01-05  來源:東方網

核心提示:在2023年12月舉辦的中國國際供應鏈促進博覽會上,智能汽車鏈展區展出的麒麟電池吸引了大量觀眾。研制這款電池的總工程師就是寧德
在2023年12月舉辦的中國國際供應鏈促進博覽會上,智能汽車鏈展區展出的麒麟電池吸引了大量觀眾。

研制這款電池的總工程師就是寧德時代新能源科技股份有限公司(以下簡稱寧德時代)首席科學家吳凱。他帶領團隊成員從零開始,瞄準行業“痛點”、勇于創新,推出麒麟電池、凝聚態電池等系列產品。

2023年12月4日,國家卓越工程師和國家卓越工程師團隊擬表彰對象公示,吳凱榜上有名。

近日,吳凱接受科技日報采訪人員采訪,講述他在中國動力電池行業開拓奮進的動人故事。

拆掉電池“承重墻”

采訪人員:此前您帶領團隊推出麒麟電池,在業內引起較大反響。這款電池有何特點?

吳凱:麒麟電池實際上是寧德時代第三代CTP電池包。CTP是英文Cell to Pack的簡寫,即電芯直接集成為電池包的無模組電池技術。相較于傳統“電芯—模組—電池包”的三級結構,CTP技術減少了模組組裝環節,將電芯直接集成至電池包,提高了電池系統的集成效率,提升了系統能量密度,極大降低了制造成本。

采訪人員:麒麟電池與前兩代CTP電池包相比最大的特點是什么?

吳凱:簡單來說就是,麒麟電池的電池包內部結構被進一步優化了。我們把橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一,集成為多功能彈性夾層。這樣一來,電池的空間利用率被極大地提升了,電芯在使用過程中因輕微膨脹導致的壓力也得以釋放。由此,電芯可以自由“呼吸”,電池的可靠性提高不少,壽命也得到延長。

采訪人員:您能否通俗地解釋下電池包結構優化過程?

吳凱:電池的能量密度主要取決于兩個因素:電池單體性能和電池包結構。電池包結構決定一個包里能放幾個電池單體,電池單體放得越多電池包能量密度越高。因此,我們要想方設法在體積固定的電池包里放盡量多的電池單體。

這個過程類似于我們想辦法在一座房子里放更多物品。此前,我們是在不改變房屋結構的前提下來實現該目標的,而現在我們是把房子里的一些墻拆掉,騰出更多空間,這樣就能放更多物品。

采訪人員:這似乎不是個很難想到的思路,為何此前一直沒人嘗試呢?

吳凱:知易行難。改變電池包的結構太難了。傳統電池包多采用橫縱梁結構,這種結構能夠讓電池包有較高的強度。

還拿房子來打比方。傳統電池包里的橫縱梁好比房屋內的承重墻。為了讓房屋面積更大,在裝修時可以拆除一些墻,但不能拆承重墻,因為它是要保證房子穩固、安全的。但是我們做的,恰恰是把電池里的“承重墻”——橫縱梁拆掉。

采訪人員:橫縱梁被拆掉后,保證電池的穩定性是個難題。

吳凱:沒錯。不僅是拆除橫縱梁,要想讓電池包有更高的強度,還要對電芯排列、結構件設計等進行重新安排。比如,要制造強度更高的電池包,需要較厚的外包裝材料。但這樣的材料會占較多空間,留給電池單體的空間就小了,電池包的能量密度也會受到影響。該如何平衡,這是技術難題。

采訪人員:您的團隊是如何解決這些難題的?

吳凱:只能靠不停的嘗試,從無數種可能中找到最優解。每次有新想法出來,我們團隊就會立刻組織實驗,進行仿真、打樣驗證。哪怕100次試驗中只有一次得到了可靠的結果,那也表明這個想法是有可能實現的。就是抱著這樣的信念,我們從無數次失敗中走出來,研發出了麒麟電池。

挖掘并創造新需求

采訪人員:伴隨著新能源汽車產業的不斷壯大,我國動力電池行業也迅速發展。您認為主要原因是什么?

吳凱:這首先得益于國家的政策。早在2009年,國務院就出臺了《汽車產業調整和振興規劃》,安排資金支持新能源產業發展。同年,科學技術部、國家發展和改革委員會等啟動“十城千輛節能與新能源汽車示范推廣應用工程”。此后,相關部門陸續出臺產業發展規劃和配套政策,給了行業和相關企業巨大信心,也引導了產業投資方向。

采訪人員:國家在產業發展初期“扶一程”的舉措至關重要,企業也抓住了機遇。

吳凱:是的。我們全行業協同努力,堅持技術創新,攻堅克難,解決了電動汽車各種“痛點”問題。

我們團隊給國外某車企供應的第一塊電池的續航里程才100多公里,而現在麒麟電池的續航里程能達到1000多公里。總體來看,過去10年,我國動力電池的能量密度大概提升了2倍至3倍,低溫性能也得到了大幅提升。

采訪人員:那么,您認為可以做出“我國動力電池技術已處于全球領先水平”的判斷嗎?

吳凱:是的。近年來,行業內新材料、新技術不斷涌現,我國動力電池已經進入高質量發展階段。同時,放眼全球,頂尖企業不斷涌入這個賽道,競爭日趨激烈,中國企業要想保持競爭優勢,只能依靠科技創新。

采訪人員:科技創新的目標是什么?

吳凱:不斷提高能量密度和降低成本,是我們動力電池領域科研人永恒的目標。要實現這個目標,我們就需不斷探索新的電池結構、新的制造工藝和新材料,努力讓電池成為“六邊形戰士”。

采訪人員:怎么理解“六邊形戰士”?

吳凱:“六邊形”指的是安全性、能量密度、循環壽命、充電倍率、耐溫性、BMS(電池管理系統)控制等影響電池性能的六個方面。它們是一個有機整體,任何一個面出現問題,都會影響電池的整體表現。

采訪人員:現在業內提出的固態電池、凝聚態電池等新技術方向,都是為了更好地打造“六邊形戰士”。

吳凱:沒錯。每種化學體系的電池都有比容量“天花板”,也就是里程極限。這是由電池化學屬性決定的。想讓電池成為“六邊形戰士”,就要不斷突破原有體系,使用性能更優的材料。因此,我們要不斷探索新的電池結構和設計,解決目前動力電池使用中的“痛點”問題。但僅做到這些是不夠的,我們還要挖掘并創造新的需求。

采訪人員:后者怎么理解?

吳凱:我們內部總是舉一個例子。在初創時期,福特汽車曾進行市場調研,問消費者想要什么樣的汽車,結果反饋是——他們想要一輛跑得更快的馬車。這說明消費者有時候并不知道更好的產品是什么,也不知道一種新技術會帶來哪些變化。

采訪人員:從這個角度來看,我們在研發過程中實現的一些技術創新,或許能帶動新的應用。

吳凱:確實如此。比如,在2023年4月舉辦的第二十屆上海國際汽車工業展覽會上,寧德時代發布了凝聚態電池。其單體能量密度高達500千瓦時/千克,是一款航空級電池,可被用于民用電動載人飛機上。在我們沒有實現這個能量密度前,誰也不知道它能用在飛機上。

采訪人員:隨著電池技術的進步,它的應用空間也越來越大。

吳凱:天上飛的、地上跑的,都需要電池。電池還是重要的儲能工具。它將融入社會生活的方方面面,未來人均可利用電池量將成為可再生能源利用水平的一個衡量標準。

練好基本功、發揮想象力

采訪人員:您描繪的動力電池的未來充滿無限可能,您也見證了我國動力電池行業的發展。您最初為何選擇投身這個領域?

吳凱:我是“誤打誤撞”開始做動力電池研發的。我本碩就讀于上海交通大學船舶系,當時一心想著要為祖國造大船。不過,畢業后我去武漢大學當老師了,教學生造船。一個偶然的機會,我的同學曾毓群邀請我一起創業,我們就這樣走上了鋰電池研發之路。

采訪人員:您轉行了,而且跨度還挺大。您一開始是不是面臨很多困難?

吳凱:我們企業最初做的是消費電子產品的電池,而且很幸運被納入了國外頂尖企業的供應鏈。在積累了近10年后,國家開始大力支持新能源產業。我們認為這是一個更廣闊的舞臺,所以成立了寧德時代,專注動力電池的開發。有些人說寧德時代橫空出世,怎么發展這么快,其實不是這樣。因為有了前些年在消費電子領域的積累,我們才能厚積薄發。

采訪人員:如今在這個領域深耕多年,您有哪些感悟?

吳凱:我最深的感受是,一定要扎實搞研發、打磨產品,堅信想做的事一定能做成。鋰電池是個競爭比較激烈的行業。在剛進入這個領域時,我們就面臨和日韓巨頭企業比拼。當時,我們是一家不知名的企業,開會時客戶甚至連桌簽都不給我們放。但我們憑著“初生牛犢不怕虎”的沖勁,以及過硬的產品質量,一路過關斬將,逐步贏得市場。

采訪人員:動力電池行業目前最需要哪類人才?

吳凱:從專業上來講,因為電池的研發生產涉及材料、機械、物理、電子、精密儀器等眾多領域,所以我們最需要的是復合型人才。從個性特質上來講,我希望年輕人富有創新活力、敢想敢干。

采訪人員:寧德時代技術團隊的人才結構是什么樣的?

吳凱:我們內部有一支將近2萬人的研發團隊。其中,3000多人擁有碩士或博士學位。同時,我們還建立了一個開放的創新體系,與高校、科研機構、院士團隊開展了深入合作。

采訪人員:您會采取哪些措施激發人才的積極性和創新活力?

吳凱:寧德時代有一個創新研發平臺,專門用來孵化內部的創意。哪個項目有難題解不開,可以在平臺上集思廣益。員工有好的創意,該平臺也會給予資金等支持。一旦你提出的創意被采納,不管你后期是否參與創意落實的工作,都能獲得相應的獎勵。我們有很多好點子都來自這個平臺。

采訪人員:最后,您有什么想對青年科研人員說的?

吳凱:我的辦公室放了一個牌匾,上面寫著“練好基本功、發揮想象力”,這是我們公司的研發文化。練好基本功的重要性不言而喻。創新不是空中樓閣。無論是在學習還是工作階段,年輕人都要“沉”下去,把專業知識搞懂弄透。在此基礎上,就像前面說的,我們要大膽想象、敢于創新。我希望年輕人在這兩個方面一定要兩手抓、兩手都要硬。

 
 
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