吳凱:讓電池成為“六邊形戰(zhàn)士”

發(fā)布日期:2024-01-05  來(lái)源:東方網(wǎng)

核心提示:在2023年12月舉辦的中國(guó)國(guó)際供應(yīng)鏈促進(jìn)博覽會(huì)上,智能汽車鏈展區(qū)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(guó)國(guó)際供應(yīng)鏈促進(jìn)博覽會(huì)上,智能汽車鏈展區(qū)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(shí)代新能源科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱寧德時(shí)代)首席科學(xué)家吳凱。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員從零開始,瞄準(zhǔn)行業(yè)“痛點(diǎn)”、勇于創(chuàng)新,推出麒麟電池、凝聚態(tài)電池等系列產(chǎn)品。

2023年12月4日,國(guó)家卓越工程師和國(guó)家卓越工程師團(tuán)隊(duì)擬表彰對(duì)象公示,吳凱榜上有名。

近日,吳凱接受科技日?qǐng)?bào)采訪人員采訪,講述他在中國(guó)動(dòng)力電池行業(yè)開拓奮進(jìn)的動(dòng)人故事。

拆掉電池“承重墻”

采訪人員:此前您帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)推出麒麟電池,在業(yè)內(nèi)引起較大反響。這款電池有何特點(diǎn)?

吳凱:麒麟電池實(shí)際上是寧德時(shí)代第三代CTP電池包。CTP是英文Cell to Pack的簡(jiǎn)寫,即電芯直接集成為電池包的無(wú)模組電池技術(shù)。相較于傳統(tǒng)“電芯—模組—電池包”的三級(jí)結(jié)構(gòu),CTP技術(shù)減少了模組組裝環(huán)節(jié),將電芯直接集成至電池包,提高了電池系統(tǒng)的集成效率,提升了系統(tǒng)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(diǎn)是什么?

吳凱:簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是,麒麟電池的電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步優(yōu)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?shī)A層。這樣一來(lái),電池的空間利用率被極大地提升了,電芯在使用過(guò)程中因輕微膨脹導(dǎo)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(zhǎng)。

采訪人員:您能否通俗地解釋下電池包結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程?

吳凱:電池的能量密度主要取決于兩個(gè)因素:電池單體性能和電池包結(jié)構(gòu)。電池包結(jié)構(gòu)決定一個(gè)包里能放幾個(gè)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(shè)法在體積固定的電池包里放盡量多的電池單體。

這個(gè)過(guò)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(jié)構(gòu)的前提下來(lái)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的,而現(xiàn)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(gè)很難想到的思路,為何此前一直沒(méi)人嘗試呢?

吳凱:知易行難。改變電池包的結(jié)構(gòu)太難了。傳統(tǒng)電池包多采用橫縱梁結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)能夠讓電池包有較高的強(qiáng)度。

還拿房子來(lái)打比方。傳統(tǒng)電池包里的橫縱梁好比房屋內(nèi)的承重墻。為了讓房屋面積更大,在裝修時(shí)可以拆除一些墻,但不能拆承重墻,因?yàn)樗且WC房子穩(wěn)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(wěn)定性是個(gè)難題。

吳凱:沒(méi)錯(cuò)。不僅是拆除橫縱梁,要想讓電池包有更高的強(qiáng)度,還要對(duì)電芯排列、結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)等進(jìn)行重新安排。比如,要制造強(qiáng)度更高的電池包,需要較厚的外包裝材料。但這樣的材料會(huì)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(huì)受到影響。該如何平衡,這是技術(shù)難題。

采訪人員:您的團(tuán)隊(duì)是如何解決這些難題的?

吳凱:只能靠不停的嘗試,從無(wú)數(shù)種可能中找到最優(yōu)解。每次有新想法出來(lái),我們團(tuán)隊(duì)就會(huì)立刻組織實(shí)驗(yàn),進(jìn)行仿真、打樣驗(yàn)證。哪怕100次試驗(yàn)中只有一次得到了可靠的結(jié)果,那也表明這個(gè)想法是有可能實(shí)現(xiàn)的。就是抱著這樣的信念,我們從無(wú)數(shù)次失敗中走出來(lái),研發(fā)出了麒麟電池。

挖掘并創(chuàng)造新需求

采訪人員:伴隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷壯大,我國(guó)動(dòng)力電池行業(yè)也迅速發(fā)展。您認(rèn)為主要原因是什么?

吳凱:這首先得益于國(guó)家的政策。早在2009年,國(guó)務(wù)院就出臺(tái)了《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》,安排資金支持新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同年,科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等啟動(dòng)“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”。此后,相關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和配套政策,給了行業(yè)和相關(guān)企業(yè)巨大信心,也引導(dǎo)了產(chǎn)業(yè)投資方向。

采訪人員:國(guó)家在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期“扶一程”的舉措至關(guān)重要,企業(yè)也抓住了機(jī)遇。

吳凱:是的。我們?nèi)袠I(yè)協(xié)同努力,堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新,攻堅(jiān)克難,解決了電動(dòng)汽車各種“痛點(diǎn)”問(wèn)題。

我們團(tuán)隊(duì)給國(guó)外某車企供應(yīng)的第一塊電池的續(xù)航里程才100多公里,而現(xiàn)在麒麟電池的續(xù)航里程能達(dá)到1000多公里??傮w來(lái)看,過(guò)去10年,我國(guó)動(dòng)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(rèn)為可以做出“我國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)已處于全球領(lǐng)先水平”的判斷嗎?

吳凱:是的。近年來(lái),行業(yè)內(nèi)新材料、新技術(shù)不斷涌現(xiàn),我國(guó)動(dòng)力電池已經(jīng)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段。同時(shí),放眼全球,頂尖企業(yè)不斷涌入這個(gè)賽道,競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,中國(guó)企業(yè)要想保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),只能依靠科技創(chuàng)新。

采訪人員:科技創(chuàng)新的目標(biāo)是什么?

吳凱:不斷提高能量密度和降低成本,是我們動(dòng)力電池領(lǐng)域科研人永恒的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),我們就需不斷探索新的電池結(jié)構(gòu)、新的制造工藝和新材料,努力讓電池成為“六邊形戰(zhàn)士”。

采訪人員:怎么理解“六邊形戰(zhàn)士”?

吳凱:“六邊形”指的是安全性、能量密度、循環(huán)壽命、充電倍率、耐溫性、BMS(電池管理系統(tǒng))控制等影響電池性能的六個(gè)方面。它們是一個(gè)有機(jī)整體,任何一個(gè)面出現(xiàn)問(wèn)題,都會(huì)影響電池的整體表現(xiàn)。

采訪人員:現(xiàn)在業(yè)內(nèi)提出的固態(tài)電池、凝聚態(tài)電池等新技術(shù)方向,都是為了更好地打造“六邊形戰(zhàn)士”。

吳凱:沒(méi)錯(cuò)。每種化學(xué)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(xué)屬性決定的。想讓電池成為“六邊形戰(zhàn)士”,就要不斷突破原有體系,使用性能更優(yōu)的材料。因此,我們要不斷探索新的電池結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì),解決目前動(dòng)力電池使用中的“痛點(diǎn)”問(wèn)題。但僅做到這些是不夠的,我們還要挖掘并創(chuàng)造新的需求。

采訪人員:后者怎么理解?

吳凱:我們內(nèi)部總是舉一個(gè)例子。在初創(chuàng)時(shí)期,福特汽車曾進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研,問(wèn)消費(fèi)者想要什么樣的汽車,結(jié)果反饋是——他們想要一輛跑得更快的馬車。這說(shuō)明消費(fèi)者有時(shí)候并不知道更好的產(chǎn)品是什么,也不知道一種新技術(shù)會(huì)帶來(lái)哪些變化。

采訪人員:從這個(gè)角度來(lái)看,我們?cè)谘邪l(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的一些技術(shù)創(chuàng)新,或許能帶動(dòng)新的應(yīng)用。

吳凱:確實(shí)如此。比如,在2023年4月舉辦的第二十屆上海國(guó)際汽車工業(yè)展覽會(huì)上,寧德時(shí)代發(fā)布了凝聚態(tài)電池。其單體能量密度高達(dá)500千瓦時(shí)/千克,是一款航空級(jí)電池,可被用于民用電動(dòng)載人飛機(jī)上。在我們沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這個(gè)能量密度前,誰(shuí)也不知道它能用在飛機(jī)上。

采訪人員:隨著電池技術(shù)的進(jìn)步,它的應(yīng)用空間也越來(lái)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(chǔ)能工具。它將融入社會(huì)生活的方方面面,未來(lái)人均可利用電池量將成為可再生能源利用水平的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。

練好基本功、發(fā)揮想象力

采訪人員:您描繪的動(dòng)力電池的未來(lái)充滿無(wú)限可能,您也見(jiàn)證了我國(guó)動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展。您最初為何選擇投身這個(gè)領(lǐng)域?

吳凱:我是“誤打誤撞”開始做動(dòng)力電池研發(fā)的。我本碩就讀于上海交通大學(xué)船舶系,當(dāng)時(shí)一心想著要為祖國(guó)造大船。不過(guò),畢業(yè)后我去武漢大學(xué)當(dāng)老師了,教學(xué)生造船。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì),我的同學(xué)曾毓群邀請(qǐng)我一起創(chuàng)業(yè),我們就這樣走上了鋰電池研發(fā)之路。

采訪人員:您轉(zhuǎn)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(yè)最初做的是消費(fèi)電子產(chǎn)品的電池,而且很幸運(yùn)被納入了國(guó)外頂尖企業(yè)的供應(yīng)鏈。在積累了近10年后,國(guó)家開始大力支持新能源產(chǎn)業(yè)。我們認(rèn)為這是一個(gè)更廣闊的舞臺(tái),所以成立了寧德時(shí)代,專注動(dòng)力電池的開發(fā)。有些人說(shuō)寧德時(shí)代橫空出世,怎么發(fā)展這么快,其實(shí)不是這樣。因?yàn)橛辛饲靶┠暝谙M(fèi)電子領(lǐng)域的積累,我們才能厚積薄發(fā)。

采訪人員:如今在這個(gè)領(lǐng)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(shí)搞研發(fā)、打磨產(chǎn)品,堅(jiān)信想做的事一定能做成。鋰電池是個(gè)競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的行業(yè)。在剛進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域時(shí),我們就面臨和日韓巨頭企業(yè)比拼。當(dāng)時(shí),我們是一家不知名的企業(yè),開會(huì)時(shí)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(guò)硬的產(chǎn)品質(zhì)量,一路過(guò)關(guān)斬將,逐步贏得市場(chǎng)。

采訪人員:動(dòng)力電池行業(yè)目前最需要哪類人才?

吳凱:從專業(yè)上來(lái)講,因?yàn)殡姵氐难邪l(fā)生產(chǎn)涉及材料、機(jī)械、物理、電子、精密儀器等眾多領(lǐng)域,所以我們最需要的是復(fù)合型人才。從個(gè)性特質(zhì)上來(lái)講,我希望年輕人富有創(chuàng)新活力、敢想敢干。

采訪人員:寧德時(shí)代技術(shù)團(tuán)隊(duì)的人才結(jié)構(gòu)是什么樣的?

吳凱:我們內(nèi)部有一支將近2萬(wàn)人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。其中,3000多人擁有碩士或博士學(xué)位。同時(shí),我們還建立了一個(gè)開放的創(chuàng)新體系,與高校、科研機(jī)構(gòu)、院士團(tuán)隊(duì)開展了深入合作。

采訪人員:您會(huì)采取哪些措施激發(fā)人才的積極性和創(chuàng)新活力?

吳凱:寧德時(shí)代有一個(gè)創(chuàng)新研發(fā)平臺(tái),專門用來(lái)孵化內(nèi)部的創(chuàng)意。哪個(gè)項(xiàng)目有難題解不開,可以在平臺(tái)上集思廣益。員工有好的創(chuàng)意,該平臺(tái)也會(huì)給予資金等支持。一旦你提出的創(chuàng)意被采納,不管你后期是否參與創(chuàng)意落實(shí)的工作,都能獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。我們有很多好點(diǎn)子都來(lái)自這個(gè)平臺(tái)。

采訪人員:最后,您有什么想對(duì)青年科研人員說(shuō)的?

吳凱:我的辦公室放了一個(gè)牌匾,上面寫著“練好基本功、發(fā)揮想象力”,這是我們公司的研發(fā)文化。練好基本功的重要性不言而喻。創(chuàng)新不是空中樓閣。無(wú)論是在學(xué)習(xí)還是工作階段,年輕人都要“沉”下去,把專業(yè)知識(shí)搞懂弄透。在此基礎(chǔ)上,就像前面說(shuō)的,我們要大膽想象、敢于創(chuàng)新。我希望年輕人在這兩個(gè)方面一定要兩手抓、兩手都要硬。

 
 
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