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                                                  在碳排放量限制下動力電池發展趨勢如何走

                                                  在碳排放量限制的市場政策驅動下,國內主流的汽車動力電池企業在電池技術發展方面的趨勢如何?而對電池產業鏈的影響又有什么呢?

                                                  原材料價格上漲、俄烏沖突、“雙碳”行動大幕拉開、新冠肺炎疫情反復、供應鏈受阻……2022年,汽車行業似乎正在面臨一次更艱巨的考驗。即便如此,新能源汽車的推廣仍在全球范圍內鋪開,為困頓中的汽車市場帶來一線希望。最新數據顯示,受中國和歐洲強勁需求的推動,2021年全球電動汽車銷量翻了一番,達到460萬輛,首次超過混合動力汽車。而在供應鏈的上游,動力電池行業正承壓前行,不僅產能快速提升,更有新技術推陳出新。

                                                  一直以來,通過技術創新降低成本、搶占市場份額是企業的立足之本。記者了解到,在新能源汽車產業邁向市場化的新階段,動力電池企業之間的競爭,在某種程度上表現為不同的技術路線之爭。它們中既有市場前景較為明朗可期的量產產品,又有即將投入量產、應用效果待驗的創新技術,還有遠景更加美好、未來十分誘人的前沿成果。把握現在很關鍵,布局未來也重要,動力電池行業的多技術路線“暗戰”正不斷升級。

                                                  寧德時代

                                                  CTP3.0“麒麟電池”迭代而出

                                                  作為動力電池行業的龍頭老大,寧德時代一直用技術創新推動汽車電動化發展。在官網上,其重點展示了CTP、CTC、高鎳及高電壓技術。

                                                  相較于目前市場上的傳統電池包,寧德時代在業界首創了CTP(Cell to Pack)高效成組技術。這項技術通過簡化模組結構,使得電池包體積利用率提高20%~30%,零部件數量減少40%,生產效率提升50%,投入應用后可大幅降低動力電池的制造成本。據悉,傳統電池包能量密度平均為140~150Wh/kg,CTP電池包的則達到200Wh/kg以上。寧德時代在2019法蘭克福車展上首次亮相了CTP電池包,隨后與北汽新能源合作首次實現量產車型應用。

                                                  經過幾年來的快速發展,寧德時代的CTP技術持續更新換代。今年3月,寧德時代首席科學家吳凱表示,該公司通過技術迭代,研發出第三代CTP技術,可應用于旗下磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,又稱“麒麟電池”。據悉,CTP3.0技術已量產就緒,預計今年4月正式上市。資料顯示,CTP3.0由平臺電芯模塊、可拓展電氣模塊、柔性可拓展熱管理模塊和柔性可拓展箱體模塊組成,其中電芯模塊依然采用方形電池的形式,能夠更好地利用整個電池組的空間。

                                                  吳凱稱,麒麟電池的系統重量、能量密度及體積能量密度將繼續引領行業最高水平?!?023年將是電動汽車續駛里程突破1000km、進入大規模量產的關鍵時間節點,最新CTP技術在未來的重要性會大幅提升?!睋榻B,采用CTP3.0技術的磷酸鐵鋰電池能量密度可達160Wh/kg,三元鋰電池則可達250Wh/kg。值得一提的是,在相同條件下,采用CTP3.0技術的產品,電量可比4680電池系統高13%。

                                                  此外,寧德時代還提出了CTC(Cell to Chassis)技術,將電芯與車身、底盤、電驅動、熱管理及各類高低壓控制模塊等集成,能使車輛續駛里程突破1000km;并通過智能化動力域控制器,優化動力分配和降低能耗,將百公里電耗降至12kWh以下。據悉,寧德時代將于2025年前后正式推出高度集成化的CTC電池。

                                                  比亞迪

                                                  “刀片電池”披荊斬棘

                                                  與寧德時代一同在競爭中成長的,是一直堅持走磷酸鐵鋰技術路線的比亞迪。比亞迪不僅實現了動力電池的自給自足,還正憑借一己之力,以“刀片電池”披荊斬棘,拓寬外配之路。

                                                  2020年3月,比亞迪正式發布刀片電池。刀片電池采用比亞迪研發的長度大于0.6m的大電芯,電池單體同樣向大容量進化,但電芯形狀更加扁平、窄?。ㄩL邊可定制變化,單體最大穩定長度可以達到2100mm),通過陣列的方式排布在一起,就像“刀片”一樣插入電池包內。通過一系列的結構創新,刀片電池在實現超級強度的同時,安全性能大幅提升,體積利用率也增加了50%以上,并且成本減少30%。2020年6月,首款配裝刀片電池的新車比亞迪“漢”上市,續駛里程達605km。而坊間不斷有刀片電池將配套其他車企的傳聞流出,涉及的對象包括特斯拉、現代、蔚來、小米等。進入2022年,比亞迪動力電池產能擴張的腳步依舊快速。1月,比亞迪產業園項目正式落地湖北襄陽,將建設30GWh動力電池及零部件項目。2月,一汽弗迪新能源科技有限公司動力電池項目開工儀式在長春舉行。據悉,工廠全部達產后,將實現年產45GWh的動力電池產能,為超過100萬輛汽車供應刀片電池。3月,比亞迪武漢黃陂基地開始建設;動力電池鹽城基地二期項目“云簽約”舉行。4月,比亞迪與貴陽市人民政府簽署投資合作協議;與浙江臺州仙居縣以“云簽約”的方式簽署戰略合作協議,年產22GWh刀片電池項目落戶當地。

                                                  在中國電動汽車百人會論壇(2022)上,比亞迪董事長兼總裁王傳福提出,比亞迪繼續堅持插電混動和純電動“兩條腿,齊步走”戰略,堅持將磷酸鐵鋰電池作為正確的發展道路。他表示:“安全是新能源汽車發展的基石,成本則是必須面對的一項重要指標。當動力電池的性能邁過一定門檻后,能量密度的重要性在降低,安全、成本、循環壽命等指標的重要性在提升。比亞迪推出的刀片電池,不僅解決了安全痛點,還可以實現包體能量密度與三元鋰電池相當,循環壽命、安全系數更強?!蓖瑫r,他還指出,磷酸鐵鋰電池不含稀有金屬鈷和鎳,從而可以避免被國外資本“卡脖子”,更加匹配社會資源承受度。

                                                  蜂巢能源

                                                  “短刀電池”闖天下

                                                  蜂巢能源在2019上海車展上公開展示了長度600mm的短刀電池。2021年底,蜂巢能源發布“領蜂600”戰略,提出將2025年產能目標提升至600GWh,并加快短刀電池新品類的商業化進程。

                                                  “市場并不缺動力電池產能,缺的是車規級高品質動力電池產能。蜂巢能源將推行電動全域短刀化?!狈涑材茉炊麻L兼首席執行官楊紅新表示,公司布局L300~L600的全尺寸短刀電池,涵蓋1.6~4C的全域充電范圍,適用于乘用車、儲能、商用車、工程機械、非高速電車等全域使用場景,涉及從無鈷、三元到磷酸鐵鋰的全域化學體系。

                                                  據楊紅新介紹,電芯結構的長薄化是動力電池演化的行業共識,也是蜂巢能源在成立一開始就重點發力的方向之一。對于選擇全域短刀化的原因,他認為,短刀電池是基于第一性原理出發的科學選擇,具備高兼容性,適應不同場景和平臺。對于應用端企業而言,短刀電池可滿足高成組率、低成本、高安全的需求,而對于電池企業自身而言,其在良率控制和大規模工業化量產方面優勢明顯,同時,全域短刀化可規避大規模建廠的投資風險。據悉,在裝車配套上,2021年工信部發布的345批公告中,長城歐拉一款車型配套了蜂巢能源的L600短刀磷酸鐵鋰電芯。在生產制造上,2021年10月,蜂巢能源的首條短刀產線在位于常州金壇的二期工廠正式投產,該產線滿產產能將達到2.5GWh。

                                                  蜂巢能源董事、工藝資深總監劉小安告訴記者,常州金壇工廠的勻漿、涂布、輥壓、模切、疊片、裝配是短刀電池生產過程中的主要環節,該公司圍繞這六大工序做了一系列的獨家創新。比如,對于采用疊片工藝的電池生產,疊片速度一直是行業痛點,蜂巢能源目前采用雙工位疊片,效率高達0.4s/片;已研發完成的下一代超高速刀片式電芯極組成型設備,疊片效率可以做到0.125s/片。

                                                  據了解,蜂巢能源在全球規劃了11個生產基地,常州金壇工廠為其建設的首個車規級動力電池AI超級工廠,共分四期建設,總規劃產能68GWh。目前,一期、二期工廠已經正式投產,在二期工廠中建設了首條“短刀”電池量產線,滿產產能將達到2.5GWh。在此基礎上,蜂巢能源將打造短刀電池超級工廠,最終實現產能20GWh。

                                                  億緯鋰能

                                                  “押注”大圓柱電池

                                                  在中國電動汽車百人會論壇(2022)上,億緯鋰能董事長劉金成接受記者采訪時表示,從化學體系或結構來講,不同技術路線的動力電池各有優勢,但長期發展是看未來對市場的適應性,以及能否從根本上滿足行業需求。他認為,大圓柱和疊片方案的磷酸鐵鋰電池將是行業主要的發展方向。大圓柱的三元鋰電池在安全方面有絕對優勢,將是配套中、高端車型的主流技術路線;疊片方案的磷酸鐵鋰電池具有經濟性,將是配套面向大眾市場車型的主流技術路線。

                                                  劉金成還用了“四個極致”形容大圓柱電池的優勢:一是極致標準,可以做到設計、制造、回收的標準化;二是極致可靠,其結構穩定,全生命周期零應力,全尺寸不變形;三是極致制造,工藝縮短了30%,生產效率更高;四是極致體系,億緯鋰能的大圓柱電池實現了鎳含量90%,含碳硅的化學體系。

                                                  出于降本的考量,國內造車新勢力對大圓柱電池表現出興趣。同時,它們也在觀望特斯拉實際使用大圓柱電池裝車后的效果。在這樣的市場背景下,億緯鋰能準備放手一搏,公布了大圓柱和方形動力電池的產能建設方案。據悉,億緯鋰能新生產項目將于2022年底陸續建成,2023年上半年投產,到2023年整體產能達到200GWh左右。

                                                  比克電池

                                                  46系和26系大圓柱電池“反攻戰”

                                                  早在2015年,比克電池就率先量產了高鎳三元811+含硅負極的18650電芯。據悉,比克電池目前量產的圓柱電芯,普遍使用鎳含量88%或以上的三元鋰正極,硅復合物含量最高可達15%的負極,而正在研發的大圓柱電池將采用更加先進的體系。

                                                  在中國電動汽車百人會論壇(2022)上,深圳市比克動力電池有限公司副總裁樊文光帶來了《大圓柱動力電池未來可期》的主題演講。在比克電池看來,大圓柱電池之“大”并不只在于尺寸,更在于步子之大、前景之大和挑戰之大。作為未來5~10年中高端電動汽車的最優解和電動汽車滲透率的突破口,圓柱電芯是目前主流電池形態中安全性最高的一類:第一,它的單體最小,可以分散風險;第二,每個單體由鋼殼或鋁殼保護,且都有獨立的卸壓裝置;第三,采用蜂窩狀排列,電芯之間天然留有空隙,電芯單體和外部之間也有很大的熱交換面積,可以保證電池包的絕對安全。據稱,目前不少新能源車企已敲定未來5~10年的動力電池方案,面向大眾市場的車型采用方形或刀片磷酸鐵鋰電池,中高端車型采用三元鋰+大圓柱電池的布局。

                                                  樊文光介紹稱,比克電池目前共有46系和26系兩個系列的全極耳大圓柱電池產品。具體來看,46系電芯去年開始陸續有樣品批量交付,性能表現符合預期。26系則以26105鋁殼電芯為主,B樣品階段產品能量密度270Wh/kg,功率密度大于2000W/kg,配套車型的續駛里程可達700公里以上;12分鐘充電,可續駛500km以上,5分鐘快充,可續駛280km以上,純快充循環壽命800次以上。按照規劃,該款電芯將在2024年量產,屆時能量密度將達285Wh/kg。

                                                  “根據我們了解的客戶需求,再結合行業的信息判斷,大圓柱電池電芯到2025年至少將占全球動力電池市場30%以上的份額,超過2021年全球動力電池的總需求量?!狈墓夥Q。據悉,未來幾年,比克電池將分兩個階段在國內國際市場擴充80GWh的電池產能,并持續發力。

                                                  衛藍新能源

                                                  混合固液電池量產在即

                                                  在中國電動汽車百人會論壇(2022)上,衛藍新能源首席科學家、創始人李泓透露,公司正與蔚來汽車合作,計劃基于ET7車型,推出單次充電續駛1000km的混合固液電解質電池,電池包容量150kWh,單體能量密度為360Wh/kg。這款混合固液電池預計今年年底或明年上半年啟動量產。

                                                  據介紹,衛藍新能源已開發出一系列產品,包括150Wh/kg針對大規模儲能的混合固液儲能電池、270Wh/kg針對無人機的高比能混合固液電池和300Wh/kg混合固液動力電池。在此基礎上,該公司還進一步開發了360Wh/kg混合固液動力電池,該款產品可以通過針刺、過充、擠壓等安全性測試,滿足電動汽車的要求。

                                                  衛藍新能源認為,今后動力電池將朝著更高的比能量方向發展,同時電芯將從液體向更安全的混合固液和全固態方向發展。未來,動力電池和儲能電池的發展路線包括:基于高鎳和富鋰錳基的正極以及納米硅碳負極和鋰碳復合負極的電芯,可以滿足續駛里程達到1000km電動乘用車和電動飛機的要求;基于改性錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳錳尖晶石的正極材料,與高容量的負極材料匹配,針對續駛里程600km純電動汽車的解決方案;針對更低成本的儲能應用的鈉離子電池和固態磷酸鐵鋰電池的解決方案。

                                                  需要指出的是,相關企業要想實現固態電池量產還需進一步鍛造產業鏈,優化和開發新的正極材料、負極材料、電解質材料、預鋰化材料、超級粘結劑、導電添加劑,以及新一代的金屬沉積的集流體,同時開發新的前段、中段和后段的工藝,實現工廠智能化。

                                                  目前,衛藍新能源的第一大股東為合肥藍色里程創業投資合伙企業,持股比例19.2%。其中,藍色里程的投資人包括蔚來汽車創始人李斌。此外,衛藍新能源的其他投資方還包括小米、吉利和華為等公司。

                                                  SES

                                                  混合鋰金屬電池決戰明天

                                                  動力電池距離實現“超越”,可能還差一個電化學體系顛覆性創新的距離。成立于2012年的SES電池公司,就是要實現這樣的愿景。

                                                  據SES創始人、首席執行官胡啟朝介紹,其鋰金屬電池技術包括三部分,一是Hermes,新材料研發平臺;二是Apollo,車用鋰金屬電池的工程制造能力;三是Avatar,人工智能安全監測軟件。2021年,SES對外展示了第一款車規級鋰金屬電池,根據初步的測試數據,其容量達到107Ah,能量密度為417Wh/kg、935Wh/L,重量不到1kg。據稱,這是全球首款100Ah以上的鋰金屬電池,也是世界上最大的鋰金屬電池。

                                                  在2015年,SES做過一次重要的技術路線調整,從全固態鋰電池路線轉向了現在的混合鋰金屬電池路線。此后,SES的商業化進程一直在加速。目前,SES與通用、現代、本田三家車企一起進行A樣品的聯合開發,這也是全球第一款鋰金屬車用A樣品的開發。按照目前的計劃,明年進入B樣品,后年C樣品,2025年正式投入量產。

                                                  SES宣稱研發的混合鋰金屬電池有三大優勢:一是鋰金屬負極的材料創新,讓電池能量密度可達到400~500Wh/kg;二是電解液,希望從根本上改變鋰枝晶的生長方式,提升電池的安全性;三是算法,利用人工智能監測電芯在整個生產、運行環節的健康狀態,通過大量的細節數據建立模型,對風險進行精確預測。

                                                  作為SES全球化戰略布局的一個重要環節,SES于2018年在上海嘉定建立了生產研發中心,現在這家中心正在升級為全球第一個1GWh鋰金屬電池超級工廠。今年3月,SES在上海正式啟動了首個A樣品鋰金屬電池的生產和測試。目前,SES在不斷擴展波士頓總部的研發團隊,同時在韓國建設第二個生產基地,以響應更多車企的需求。在國內,SES的投資方包括上汽、吉利、富士康、天齊鋰業等。

                                                  聲明: 本站部分文章及圖片來源于互聯網,如有侵權,請聯系刪除。
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