吳凱：讓電池成為“六邊形戰士”
時間:2024-01-05 09:02來源:科技日報 作者:操秀英
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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，吳凱接受科技日報記者采訪，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”
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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”。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
記者：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。
(責任編輯：子蕊)
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