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中國(guó)锂電:從前在跟随,現在難超越

作者: 兆光科技 發(fā)布時間: 2024/08/08 點擊: 9085次

中國(guó)锂電用了十年真正實現了從跟随到引領。

2023年的中國(guó)汽車必將(jiāng)載入史冊。

從數據上看,今年一季度,中國(guó)正式超越日本成(chéng)爲全球第一大汽車出口國(guó)。其中,新能(néng)源車出口達到24.8萬輛,同比增長(cháng)110%,正是由于這(zhè)種(zhǒng)增長(cháng)勢頭,電動車也被(bèi)稱爲外貿“新三樣(yàng)”之一(老三樣(yàng)是服裝、家具和家電),成(chéng)爲中國(guó)經(jīng)濟全新的亮色。

汽車可謂人類制造業的高峰之一。以日本爲例,汽車産業爲本國(guó)創造了530萬個就業崗位,以及每年上萬億日元的出口,還(hái)形成(chéng)了全面(miàn)品質管理、看闆、Just In Time等日式管理哲學(xué),是日本國(guó)家财富積累的重要源泉。

從中國(guó)從加入WTO算起(qǐ),中國(guó)汽車工業用了二十多年從舞台邊緣走到舞台中心,除了中國(guó)工程師的勤勞奮鬥之外,還(hái)有很多“幕後(hòu)英雄”在支撐這(zhè)一奇迹。

拿新能(néng)源汽車來說,無論是該領域出口量最大的特斯拉,還(hái)是第二的上汽,背後(hòu)都(dōu)有甯德時代動力電池的身影。

動力電池産業過(guò)去幾年的崛起(qǐ)可謂是有目共睹。2022年,全球前十大動力電池企業中國(guó)企業占6家,而僅僅是七年前,這(zhè)個數據僅爲4家。第一名甯德時代的領先優勢愈發(fā)突出,2022年,第一名較第二名市占率高出23%,而7年前僅高出8%。

作爲全球領頭羊,甯德時代自2017年起(qǐ)超越松下成(chéng)爲全球動力電池使用量第一之後(hòu),連續6年保持冠軍地位。幾乎所有的一線車廠都(dōu)將(jiāng)甯德時代作爲最重要的供應商

這(zhè)樣(yàng)的行業奇迹背後(hòu),到底是什麼(me)?也許這(zhè)對(duì)更多的企業發(fā)展有一定的參考意義。

01 技術:從追随到引領

和光伏、電動車一樣(yàng),锂電池也不是中國(guó)人發(fā)明的,這(zhè)意味著(zhe)中國(guó)最開(kāi)始發(fā)力電動車時,在技術層面(miàn)是比較受限的,因此給了别人可乘之機。

十幾年前,擁有磷酸鐵锂專利的加拿大魁北克水電公司以專利爲由,想要來中國(guó)敲竹杠,但好(hǎo)在經(jīng)過(guò)協會和政府部門的據理力争,對(duì)方的計謀被(bèi)合理化解,這(zhè)也爲之後(hòu)行業的發(fā)展掃除了陰霾。

2012年,甯德時代硬啃下800頁德文技術文檔,拿下寶馬訂單。中國(guó)的锂電産業開(kāi)始有能(néng)力對(duì)齊全球汽車的品質和制造規範

三年後(hòu),中國(guó)政府發(fā)布新一輪新能(néng)源車補貼政策,首次將(jiāng)電池系統能(néng)量密度納入考核标準,加速了電池廠的技術創新。

在電池領域,材料和化學(xué)體系的基礎研究是提升性能(néng)的關鍵。

這(zhè)是一種(zhǒng)微妙的平衡,需要綜合電化學(xué)、材料學(xué)、機械、熱應力、安全性、可靠性和制造性等綜合要求,探索出最适合的解決方案。

企業需要一直在不同元素之間以及正極、負極、電解液和隔膜之間尋找最佳平衡點,并通過(guò)實車數據分析,沉澱出多樣(yàng)性解決方案。

甯德時代最先取得質的突破。2016年,甯德時代在國(guó)内率先實現了三元電池裝機,2020年給特斯拉供應磷酸鐵锂電池,2021年發(fā)布第一代鈉離子電池,2022年,甯德時代發(fā)布了M3P和麒麟電池,今年又在上海車展上發(fā)布了單體能(néng)量密度達到500Wh/kg的凝聚态電池。

十年前,日韓廠商由于技術先發(fā)優勢在能(néng)量密度等關鍵指标上領先于中國(guó),而中國(guó)電池廠則是基于行業發(fā)展要求,探索出一條“先磷鐵,後(hòu)三元,再多樣(yàng)化”的逆襲之路。

除了基礎的材料研究之外,國(guó)内電池廠一直在試圖通過(guò)結構創新來提高整個電池系統的能(néng)力上限。

2016年,甯德時代率先推出了CTP1.0産品,相比于過(guò)去的“電芯-模組-電池包”的三級結構,CTP可以直接將(jiāng)電芯集成(chéng)到電池包中,以此來提高系統的集成(chéng)度和空間利用率。CTP1.0産品的推出,讓甯德時代在商用車領域大獲成(chéng)功,宇通、戴姆勒等一衆商用車廠商都(dōu)成(chéng)了甯德時代的鐵粉。

去年,甯德時代發(fā)布的第三代CTP産品:麒麟電池,體積利用率突破72%,能(néng)量密度可以達到255Wh/kg,可以讓純電動乘用車實現1000公裡(lǐ)續航,同時實現了安全、壽命、效率以及低溫性能(néng)的全面(miàn)提升,麒麟電池因此也被(bèi)美國(guó)《時代》周刊評爲2022年最佳發(fā)明。

如今,磷酸鐵锂加CTP的組合,正在成(chéng)爲國(guó)際車廠間的一股頂流,倒逼韓系電池廠采取“打不過(guò)就加入”的态度,開(kāi)始宣布研制磷酸鐵锂電池産品,試圖追趕中國(guó)廠家的速度,而麒麟電池的出現,讓雙方之間的差距不僅沒(méi)有縮小,反而進(jìn)一步拉大。

從過(guò)去追随别人的腳步,到現在引領行業的發(fā)展,甯德時代充分利用了第一性原理的高通量計算,創造了全新的技術體系,實現了産品端的降本增效,與日韓對(duì)手的差距拉開(kāi)到三年以上,促進(jìn)全球新能(néng)源車産業滲透率提高的同時,也在不斷拓展锂電池的應用場景。

比如搭載了甯德時代磷酸鐵锂電池的輪船已經(jīng)行駛在水面(miàn)上,而前不久剛發(fā)布的凝聚态電池,後(hòu)期有望搭載在民用電動飛機上。

從消費電池到動力電池,從電動車到電動船舶和飛機,從家用儲能(néng)到發(fā)電側儲能(néng),中國(guó)锂電行業在短短十年時間内真正實現了從跟随到引領,讓世界刷新了對(duì)中國(guó)高科技制造業的認識,也赢得了全球同仁發(fā)自内心的尊敬。

02 探索制造業的極限

在制造業,有一套非常成(chéng)熟的質量管理方法,俗稱“6 sigma”,在汽車、手機、芯片等成(chéng)熟行業被(bèi)廣泛接受。

它的目标是在生産的一百萬個産品中,允許出現1-3個不良品。百萬分之一看上去已經(jīng)非常嚴格,但在動力電池行業卻無法及格。

因爲一台電動車要用一百多個到數百個甚至數千個锂電池電芯,百萬分之一的故障率意味著(zhe)每一千台或一萬台電動汽車就會有一台有嚴重的安全隐患。所以,動力電池必須做到10億分之一的故障率。

這(zhè)無疑是無比艱難的。每一個動力電池的生産都(dōu)需要20多個大工序,涉及至少6000個質量控制點,任何一個環節有問題都(dōu)可能(néng)影響産品的安全性和一緻性。

甯德時代的工程師曾舉過(guò)一個例子,如果每一層極片的厚度偏差一微米(一根頭發(fā)絲的直徑約爲60微米),一塊電芯的平均厚度偏差就會超過(guò)0.1毫米,一排電芯約爲20到30個,累計産生的偏差將(jiāng)會達到2-3毫米,如果采用CTP結構會導緻電池包無法順利組裝。

在這(zhè)近乎不可能(néng)的挑戰下,作爲行業領頭羊的甯德時代從在2017開(kāi)始了智能(néng)制造戰略,并在2020年正式提出了“極限制造”的概念,將(jiāng)锂電池電芯單體失效率從過(guò)去的DPPM(百萬分之一)升級爲DPPB(十億分之一)。這(zhè)在人類的大規模制造史上,還(hái)屬于無人區,因爲從沒(méi)有人做到過(guò)。

過(guò)去八年裡(lǐ),甯德時代一邊加大研發(fā)支出,費用累計達到了348億元,一邊在實踐中試錯與優化,來倒逼制造水平的提升,摸索出獨特的锂電的極限智能(néng)制造之路。

極限制造的核心就是要讓“極高的質量,極複雜的工藝,極快的生産速度”這(zhè)個不可能(néng)三角變成(chéng)可能(néng),引入智能(néng)化技術勢在必行。

甯德時代首席制造官倪軍曾表示,通過(guò)人工經(jīng)驗的判别和調整已經(jīng)遠遠達不到生産要求,必須要依托智能(néng)化手段,讓生産過(guò)程自适應,針對(duì)來料波動以及設備溫度變化,産線能(néng)根據不确定性因素不斷尋優,從而實現極限制造的目标。

爲此,甯德時代不僅自研攪拌系統和關鍵裝備,投資上下遊産業鏈公司,打通數據壁壘,入股芯片企業,招聘培養智能(néng)化相關人才,并和英特爾、第四範式、騰訊等公司合作,打造體系化的全流程智能(néng)化生産力。目前,甯德時代已經(jīng)擁有了行業最大的人工智能(néng)團隊。

甯德時代將(jiāng)視覺識别、機器學(xué)習、深度學(xué)習、數字孿生等各種(zhǒng)智能(néng)化技術用于不同環節,尤其是在産品在線缺陷檢測和研發(fā)領域發(fā)揮了重要作用,大大提升了産品的一緻性和研發(fā)效率,減少了人力。

比如,甯德時代旗下的四川時代憑借高精度的視覺檢測設備以及智能(néng)化技術,可將(jiāng)焊接缺陷識别精度提升至微米級;智能(néng)化技術用于卷繞工序超高轉速、隔離膜遮擋膜片的極複雜工況,可識别極耳工藝的所有缺陷。

在各種(zhǒng)最新技術的加持下,甯德時代2021年起(qǐ)就可以實現單個電芯1.7秒的生産速度,産品缺陷率僅爲十億分之一,破天荒地實現了PPB的生産質量,并且將(jiāng)勞動生産率提高了75%,能(néng)源消耗降低了10%。

智能(néng)化技術和傳統制造的結合使得甯德時代成(chéng)爲電池行業中第一個獲得“燈塔工廠”稱号的企業,要知道(dào)全球所有的制造業也僅有100多家燈塔工廠。

而在供應鏈端,甯德時代也充分發(fā)揮了産業鏈“鏈主”的角色,利用數字化手段爲上遊賦能(néng),深入了解他們的生産流程、工藝和設備狀況,建立了一套完整的追溯極緻,保證上下同心,高效作戰。

馬斯克曾說,特斯拉最重要的産品并不是年銷百萬輛的Model 3和Model Y,而是超級工廠,換言之,就是它過(guò)去二十年沉澱下來的生産工藝和制造體系。

或許在甯德時代看來,它們最重要的産品也不是某種(zhǒng)電芯或者是電池包,而是支撐這(zhè)種(zhǒng)産品的智能(néng)制造體系和極限生産能(néng)力,而這(zhè)才是中國(guó)動力電池産業能(néng)立于世界之巅最重要的原因。

如今,甯德時代時代正在將(jiāng)這(zhè)種(zhǒng)制造能(néng)力帶到更多地方,賦能(néng)給全球更多夥伴,和特斯拉一道(dào),加速全世界向(xiàng)可持續能(néng)源轉變。

03 探索新的合作模式

一顆小電池背後(hòu)是一個龐大的系統,它串聯著(zhe)上遊的礦主,中遊的材料和設備廠,以及下遊的整車廠和消費者,而要打通整個産業鏈,不是一家企業,甚至一個國(guó)家就可以的。

過(guò)去兩(liǎng)年,國(guó)内幾乎所有的頭部電池廠都(dōu)在加快出海的步伐,建廠的建廠,買礦的買礦。甯德時代也在給出自己的示範。

在資源端,甯德時代過(guò)去五年在海外投資了不少礦産資源。它沒(méi)有將(jiāng)資源國(guó)僅作爲一個原材料出口基地,而是通過(guò)深度合作來爲本地社區創造更多就業和産業附加值,打造一種(zhǒng)可持續的、友善的生态關系。

2018年,甯德時代旗下的邦普、聯合青山實業、格林美等公司,在印尼成(chéng)立合資公司,去年又和印尼當地兩(liǎng)家公司合作,共同投資近60億美元在當地打造動力電池産業鏈項目。

今年,甯德時代牽頭一個企業聯合體,計劃初期要在玻利維亞投資10美元推動電池産業鏈建設。玻利維亞總統稱此舉讓該國(guó)走上了利用其寶貴資源的正确道(dào)路,有望助其實現新型工業化夢想。

在客戶合作上,甯德時代會根據對(duì)方的需求來确定合作模式,打破過(guò)去單純賣産品的合作慣例。

除了爲歐洲客戶建立德國(guó)和匈牙利兩(liǎng)間超級電池工廠之外,甯德時代還(hái)將(jiāng)CTP技術授權給了韓國(guó)現代起(qǐ)亞、泰國(guó)Arun Plus,與福特的創新業務模式,以及與越南Vinfast合作電動底盤技術。

這(zhè)些合作事(shì)例說明,開(kāi)放的心态和合作共赢的意識,就會在國(guó)際化的道(dào)路上走得更穩,更遠。

04 尾聲

過(guò)去三十年,中國(guó)向(xiàng)世界提供了無數物美價廉的産品,包括衣服、玩具、家具、家電和手機等等,對(duì)世界經(jīng)濟的高速發(fā)展起(qǐ)到了重要作用,也讓Made in China成(chéng)爲世界上認知度最高的标簽之一。

聯合國(guó)觀察未來5年全球氣溫將(jiāng)創下新紀錄。在碳中和和碳達峰的大背景下,綠色經(jīng)濟搭台,光伏、動力電池、電動車唱戲,它們成(chéng)爲世界經(jīng)濟新舊動能(néng)轉換的關鍵力量,對(duì)中國(guó)制造業來說,“Create In China For The World”這(zhè)是時代的呼喚,更是曆史的選擇。


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