吴凯：让电池成为“六边形战士”

在2023年12月举办的中国国际供应链促进博览会上，智能汽车链展区展出的麒麟电池吸引了大量观众。

 

研制这款电池的总工程师就是宁德时代新能源科技股份有限公司（以下简称宁德时代）首席科学家吴凯。他带领团队成员从零开始，瞄准行业“痛点”、勇于创新，推出麒麟电池、凝聚态电池等系列产品。

 

2023年12月4日，国家卓越工程师和国家卓越工程师团队拟表彰对象公示，吴凯榜上有名。

 

近日，吴凯接受科技日报记者采访，讲述他在中国动力电池行业开拓奋进的动人故事。

 

拆掉电池“承重墙”

 

记者：此前您带领团队推出麒麟电池，在业内引起较大反响。这款电池有何特点？

 

吴凯：麒麟电池实际上是宁德时代第三代CTP电池包。CTP是英文Cell to Pack的简写，即电芯直接集成为电池包的无模组电池技术。相较于传统“电芯—模组—电池包”的三级结构，CTP技术减少了模组组装环节，将电芯直接集成至电池包，提高了电池系统的集成效率，提升了系统能量密度，极大降低了制造成本。

 

记者：麒麟电池与前两代CTP电池包相比最大的特点是什么？

 

吴凯：简单来说就是，麒麟电池的电池包内部结构被进一步优化了。我们把横纵梁、水冷板与隔热垫合三为一，集成为多功能弹性夹层。这样一来，电池的空间利用率被极大地提升了，电芯在使用过程中因轻微膨胀导致的压力也得以释放。由此，电芯可以自由“呼吸”，电池的可靠性提高不少，寿命也得到延长。

 

记者：您能否通俗地解释下电池包结构优化过程？

 

吴凯：电池的能量密度主要取决于两个因素：电池单体性能和电池包结构。电池包结构决定一个包里能放几个电池单体，电池单体放得越多电池包能量密度越高。因此，我们要想方设法在体积固定的电池包里放尽量多的电池单体。

 

这个过程类似于我们想办法在一座房子里放更多物品。此前，我们是在不改变房屋结构的前提下来实现该目标的，而现在我们是把房子里的一些墙拆掉，腾出更多空间，这样就能放更多物品。

 

记者：这似乎不是个很难想到的思路，为何此前一直没人尝试呢？

 

吴凯：知易行难。改变电池包的结构太难了。传统电池包多采用横纵梁结构，这种结构能够让电池包有较高的强度。

 

还拿房子来打比方。传统电池包里的横纵梁好比房屋内的承重墙。为了让房屋面积更大，在装修时可以拆除一些墙，但不能拆承重墙，因为它是要保证房子稳固、安全的。但是我们做的，恰恰是把电池里的“承重墙”——横纵梁拆掉。

 

记者：横纵梁被拆掉后，保证电池的稳定性是个难题。

 

吴凯：没错。不仅是拆除横纵梁，要想让电池包有更高的强度，还要对电芯排列、结构件设计等进行重新安排。比如，要制造强度更高的电池包，需要较厚的外包装材料。但这样的材料会占较多空间，留给电池单体的空间就小了，电池包的能量密度也会受到影响。该如何平衡，这是技术难题。

 

记者：您的团队是如何解决这些难题的？

 

吴凯：只能靠不停的尝试，从无数种可能中找到最优解。每次有新想法出来，我们团队就会立刻组织实验，进行仿真、打样验证。哪怕100次试验中只有一次得到了可靠的结果，那也表明这个想法是有可能实现的。就是抱着这样的信念，我们从无数次失败中走出来，研发出了麒麟电池。

 

挖掘并创造新需求

 

记者：伴随着新能源汽车产业的不断壮大，我国动力电池行业也迅速发展。您认为主要原因是什么？

 

吴凯：这首先得益于国家的政策。早在2009年，国务院就出台了《汽车产业调整和振兴规划》，安排资金支持新能源产业发展。同年，科学技术部、国家发展和改革委员会等启动“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”。此后，相关部门陆续出台产业发展规划和配套政策，给了行业和相关企业巨大信心，也引导了产业投资方向。

 

记者：国家在产业发展初期“扶一程”的举措至关重要，企业也抓住了机遇。

 

吴凯：是的。我们全行业协同努力，坚持技术创新，攻坚克难，解决了电动汽车各种“痛点”问题。

 

我们团队给国外某车企供应的第一块电池的续航里程才100多公里，而现在麒麟电池的续航里程能达到1000多公里。总体来看，过去10年，我国动力电池的能量密度大概提升了2倍至3倍，低温性能也得到了大幅提升。

 

记者：那么，您认为可以做出“我国动力电池技术已处于全球领先水平”的判断吗？

 

吴凯：是的。近年来，行业内新材料、新技术不断涌现，我国动力电池已经进入高质量发展阶段。同时，放眼全球，顶尖企业不断涌入这个赛道，竞争日趋激烈，中国企业要想保持竞争优势，只能依靠科技创新。

 

记者：科技创新的目标是什么？

 

吴凯：不断提高能量密度和降低成本，是我们动力电池领域科研人永恒的目标。要实现这个目标，我们就需不断探索新的电池结构、新的制造工艺和新材料，努力让电池成为“六边形战士”。

 

记者：怎么理解“六边形战士”？

 

吴凯：“六边形”指的是安全性、能量密度、循环寿命、充电倍率、耐温性、BMS（电池管理系统）控制等影响电池性能的六个方面。它们是一个有机整体，任何一个面出现问题，都会影响电池的整体表现。

 

记者：现在业内提出的固态电池、凝聚态电池等新技术方向，都是为了更好地打造“六边形战士”。

 

吴凯：没错。每种化学体系的电池都有比容量“天花板”，也就是里程极限。这是由电池化学属性决定的。想让电池成为“六边形战士”，就要不断突破原有体系，使用性能更优的材料。因此，我们要不断探索新的电池结构和设计，解决目前动力电池使用中的“痛点”问题。但仅做到这些是不够的，我们还要挖掘并创造新的需求。

 

记者：后者怎么理解？

 

吴凯：我们内部总是举一个例子。在初创时期，福特汽车曾进行市场调研，问消费者想要什么样的汽车，结果反馈是——他们想要一辆跑得更快的马车。这说明消费者有时候并不知道更好的产品是什么，也不知道一种新技术会带来哪些变化。

 

记者：从这个角度来看，我们在研发过程中实现的一些技术创新，或许能带动新的应用。

 

吴凯：确实如此。比如，在2023年4月举办的第二十届上海国际汽车工业展览会上，宁德时代发布了凝聚态电池。其单体能量密度高达500千瓦时/千克，是一款航空级电池，可被用于民用电动载人飞机上。在我们没有实现这个能量密度前，谁也不知道它能用在飞机上。

 

记者：随着电池技术的进步，它的应用空间也越来越大。

 

吴凯：天上飞的、地上跑的，都需要电池。电池还是重要的储能工具。它将融入社会生活的方方面面，未来人均可利用电池量将成为可再生能源利用水平的一个衡量标准。

 

练好基本功、发挥想象力

 

记者：您描绘的动力电池的未来充满无限可能，您也见证了我国动力电池行业的发展。您最初为何选择投身这个领域？

 

吴凯：我是“误打误撞”开始做动力电池研发的。我本硕就读于上海交通大学船舶系，当时一心想着要为祖国造大船。不过，毕业后我去武汉大学当老师了，教学生造船。一个偶然的机会，我的同学曾毓群邀请我一起创业，我们就这样走上了锂电池研发之路。

 

记者：您转行了，而且跨度还挺大。您一开始是不是面临很多困难？

 

吴凯：我们企业最初做的是消费电子产品的电池，而且很幸运被纳入了国外顶尖企业的供应链。在积累了近10年后，国家开始大力支持新能源产业。我们认为这是一个更广阔的舞台，所以成立了宁德时代，专注动力电池的开发。有些人说宁德时代横空出世，怎么发展这么快，其实不是这样。因为有了前些年在消费电子领域的积累，我们才能厚积薄发。

 

记者：如今在这个领域深耕多年，您有哪些感悟？

 

吴凯：我最深的感受是，一定要扎实搞研发、打磨产品，坚信想做的事一定能做成。锂电池是个竞争比较激烈的行业。在刚进入这个领域时，我们就面临和日韩巨头企业比拼。当时，我们是一家不知名的企业，开会时客户甚至连桌签都不给我们放。但我们凭着“初生牛犊不怕虎”的冲劲，以及过硬的产品质量，一路过关斩将，逐步赢得市场。

 

记者：动力电池行业目前最需要哪类人才？

 

吴凯：从专业上来讲，因为电池的研发生产涉及材料、机械、物理、电子、精密仪器等众多领域，所以我们最需要的是复合型人才。从个性特质上来讲，我希望年轻人富有创新活力、敢想敢干。

 

记者：宁德时代技术团队的人才结构是什么样的？

 

吴凯：我们内部有一支将近2万人的研发团队。其中，3000多人拥有硕士或博士学位。同时，我们还建立了一个开放的创新体系，与高校、科研机构、院士团队开展了深入合作。

 

记者：您会采取哪些措施激发人才的积极性和创新活力？

 

吴凯：宁德时代有一个创新研发平台，专门用来孵化内部的创意。哪个项目有难题解不开，可以在平台上集思广益。员工有好的创意，该平台也会给予资金等支持。一旦你提出的创意被采纳，不管你后期是否参与创意落实的工作，都能获得相应的奖励。我们有很多好点子都来自这个平台。

 

记者：最后，您有什么想对青年科研人员说的？

 

吴凯：我的办公室放了一个牌匾，上面写着“练好基本功、发挥想象力”，这是我们公司的研发文化。练好基本功的重要性不言而喻。创新不是空中楼阁。无论是在学习还是工作阶段，年轻人都要“沉”下去，把专业知识搞懂弄透。在此基础上，就像前面说的，我们要大胆想象、敢于创新。我希望年轻人在这两个方面一定要两手抓、两手都要硬。

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