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从原材料选择到研发生产 宝马新电芯能量密度将翻番

新浪汽车原创 彭佳禾 2019-11-16 21:41

2019年11月14日,宝马集团全新电芯技术中心在德国慕尼黑正式启用。宝马集团计划在2021年之前推出第五代动力电池,并在2030年将电池能量密度比现在翻一番。这一全新电芯技术中心的启用将推动宝马集团实现其在电芯技术方面设立的目标,最终加速宝马电动化车型的孵化速度。

宝马电芯技术中心简介

宝马电芯技术中心坐落于德国慕尼黑市西北部,于2017年11月开工建设,总耗资2亿欧元。其建筑面积达到8000平方米,其中办公面积占总面积的一半,目前有200余名员工。宝马电芯技术中心目前具备材料研发、技术实验以及小规模试制样品的能力,其将在2019年12月份正式开始生产。

宝马为什么要建造电芯技术中心?

电芯是电动化车型中的核心部件:

电芯是电动车动力电池的“心脏”,它的优劣决定了整个动力电池组的性能、能量值、充电能力和使用寿命,进而对电动汽车的性能有着至关重要的影响;因此可以说做好电芯是做好电动汽车的关键。

电芯是电动化汽车的核心部件电芯是电动化汽车的核心部件

与此同时,电芯(尤其是其组成材料)在整个电动传动系成本中占很大比例。来自宝马官方的数据显示,动力电池组80%的成本来源于电芯,而80%的电芯成本用于电芯材料。因此对电芯材料的研究不但有助于宝马提升旗下电动化车型的性能,同时也将助力其大幅降低生产成本。

电芯正极材料的混料需在真空中进行电芯正极材料的混料需在真空中进行

除此之外,随着全球对电芯的需求增加,其材料和生产能力的竞争也将加剧。在更激烈的市场竞争中,宝马电芯技术中心的研发目标是以低价格、高产能,确保最佳技术的电池供应。

掌握电芯核心技术:

在电动车生产领域,大部分车企的做法是直接采购电芯供应商的产品;自身并不具备、或仅具备一定的电芯研发能力。这样做的优势显然是省时省力,但劣势也显而易见:如果没有掌握电芯这一核心技术,主机厂对于供应商提供的产品就缺乏足够的把控能力,无法确保供应商提供的电芯能百分之百达到自己提出的性能需求。

工作人员在对电芯样品进行测试工作人员在对电芯样品进行测试

而宝马建立的电芯技术中心中具备了材料研发、技术实验以及小规模试制样品能力,可在此研发电芯技术,并将电芯原型样品提供给供应商,向供应商明确生产需求。同时,电池原型的制作亦使宝马充分分析和理解电池的创造过程,利于不同领域专家在此进行跨部门合作,提升研发效率,这对于电池的生产至关重要。宝马电芯技术中心的负责人举了一个很形象的例子:宝马研发电芯就像做蛋糕,在做蛋糕时不能只知道其配料和工艺,还要了解各配料的作用以及如何将其有机的结合在一起。

宝马电芯技术中心能做什么?

工作人员带我们详细的参观了电芯技术中心的内部,其涵盖了电芯原材料的研发部门、电芯结构设计、电芯样品生产线以及对电芯进行测试的实验室。

电池原材料配比的研发工作至关重要电池原材料配比的研发工作至关重要

在电芯的生产线中,从正极材料的混料、喷涂、烘干、压紧、切割,到电芯正负极、隔膜的卷绕、堆叠,最后到外壳的安装、电解液注入等全部生产环节均可批量进行。这也就意味着,如果这个电芯技术中心“马力全开”,它也能变成一个电芯生产工厂。但相关负责人表示宝马未来不会自行大规模量产电芯;向供应商提供详细需求并交给供应商批量生产、并使供应商直接合理竞争是他们目前认为最合理的方式。 

整个生产过程中严格控制湿度,保证成品质量(低湿度环境下的工作人员需穿戴防护服)整个生产过程中严格控制湿度,保证成品质量(低湿度环境下的工作人员需穿戴防护服)

在电芯技术中心,宝马的对电芯研发的目标是在保证安全的前提之下尽可能的提高能量密度并降低成本。而目前他们与供应商合作伙伴宁德国际最新的研发成果--即NCM811电芯已经配备在国产的X1 PHEV车型上。

采用NCM811电芯的X1 PHEV,纯电续航里程可达110km采用NCM811电芯的X1 PHEV,纯电续航里程可达110km

NCM811指电芯正极材料中的镍、钴、锰的配比为8:1:1,这种高镍的配比方案有助于提高电芯的能量密度。同时,稀有金属钴占比的降低则有助于节约成本。但另一方面,NCM811配方也有着稳定性低的劣势,需要完善的防护措施及大量的实验验证。 

正负极材料的喷涂工艺正负极材料的喷涂工艺

电芯技术中心将继续研发创新材料,包括如今各厂商重金投入的固态电池领域。宝马集团计划在2021年之前推出第五代动力电池并在2030年将电池能量密度比现在翻一番,电芯技术中心的研发工作是计划得到实现的根本。

对原材料产地的严格把控与可持续性

随着电动车存量的加速增长,全球对电芯原材料的需求也在大幅提高。在原材料市场,宝马也将面临原材料供应的透明度、市场价格波动、供给安全、成本和可持续这五大挑战。因此,宝马选择了自行采购原材料,并将原材料提供给供应商的形式以确保开采、冶炼、生产等各个环节的透明化和可持续性、并有效规避可能的风险。

宝马集团采购供应网络化学原料生产过程主管Peter Zisch先生宝马集团采购供应网络化学原料生产过程主管Peter Zisch先生

在电芯原材料的采购过程中,宝马对其产地进行了严格把控。如今,刚果是钴矿的重要产区,也是各大电芯供应商争相抢夺的对象。但宝马在对原材料产地考察时发现,刚果的矿区普遍存在使用童工的现象,而大量用水洗方式筛矿的做法也无疑是一种不可持续的生产过程。为此,宝马决定暂时放弃采购刚果生产的矿产;并与三星SDI、巴斯夫等供应商以及各国际人权机构合作,帮助刚果矿区改善生产环境、提高儿童受教育水平等等。

宝马在原材料供应上面临的诸多挑战宝马在原材料供应上面临的诸多挑战

与此同时,宝马集团对供应链进行重组后决定从2020年起将直接采购源自自澳大利亚和摩洛哥的钴材料;而锂等其他材料也将从澳大利亚进行采购。这些采购合同将保证从2020年一直到2025年后的原材料稳定供应。这也将有助于宝马集团规划电芯产能、控制成本以及保证生产过程的可持续。

宝马集团与供应商和人权机构通力合作,确保生产过程中的可持续宝马集团与供应商和人权机构通力合作,确保生产过程中的可持续

宝马集团还一直致力于探索对于废旧动力电池的回收方案:从研发i3时起,它们就开始与合作伙伴开发可持续的回收技术、并不断改进电池组的设计,其目标是让废旧电池达到90%以上的回收率。电池回收技术的发展除了能让电动车在全生命周期的排放降低之外、还有助于形成稳定的电芯原材料来源,这也将进一步降低动力电池的生产成本。

开放合作

宝马集团在世界范围内积极地与教育机构及初创公司合作,以探索创新电芯材料与电池组设计方案。同时,宝马集团也在与宁德国际和三星SDI两大供应商的合作中寻求电芯技术的进一步突破。

德国将与法国、波兰、意大利、芬兰、比利时、瑞典、斯洛伐克、西班牙等其他8个欧盟国家联手建立欧洲第二个电池制造与回收联盟。宝马作为重要成员参与其中,而电芯技术中心的研发成果也将在一定程度上对联盟共享;巴斯夫与瓦尔塔等也都是该项目的参与企业。这一联盟将对电动车核心的电池制造与回收技术进行共享与研发,以对抗日益强大的亚洲电池企业。

宝马将带来什么样的电动化产品?

目前,宝马i3作为宝马电动化车型中的里程碑式产品仍在生产当中。最新的2019款i3搭载了42.2kWh的宝马第三代电池组,可支持超过260km的WLTP标准续航里程。虽然i3将确定不会推出新一代车型,但其轻量化、低能耗的设计思路是纯电动车中独具开创性的。

众多PHEV车型也是宝马电动化车型的重要组成部分众多PHEV车型也是宝马电动化车型的重要组成部分

除i3这一纯电动车之外,宝马在国内市场在售的还有X1 PHEV和5系PHEV两款插电式混合动力车型,而全新的X5 PHEV、3系和7系得PHEV也在路上,众多的PHEV车型是宝马向EV过度时期的重要产物。

万众期待的宝马iX3将于2020年在铁西工厂正式投产、并返销全球。iX3将搭载宝马第四代电池,其能量密度将比i3有进一步提升,电池组容量或将提升至75kWh,这将为其带来更好的续航表现。

宝马i NEXT是一款面向未来的产品,其还在研发当中,预计将于2021年前后推向市场。而其核心即是宝马的第五代电池技术,更高的能量密度、更好的充放电性能以及安全性能都是它的特性。

写在最后

宝马集团董事长齐普策先生在启动仪式上表示:“全新电芯技术中心将为宝马集团带来独特的优势:以BMW i3使用的现款电芯为例,到2030年,我们将实现电芯的能量密度翻番,从而为我们的客户提供两倍的纯电续航里程。“而根据宝马集团的车型规划,到2030年,旗下销售车型的50%将为电动化车型,可以说宝马电芯技术中心的启用是宝马在电动化进程中的一个重要里程碑。

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