原材料价格上涨、俄乌冲突(tū)、“双碳”行动大幕拉开、新冠(guàn)肺炎(yán)疫情反复、供应(yīng)链受阻(zǔ)……2022年,汽车行业似乎正在面(miàn)临一次更艰巨的(de)考验。即便如此,新能源汽车的推广仍在(zài)全球范围内铺(pù)开,为困顿中(zhōng)的汽车市(shì)场(chǎng)带(dài)来一线希望。新数据显(xiǎn)示,受中国和欧洲强劲需求的推动,2021年全球电动汽车(chē)销量翻了一番,达到460万辆,超过混合动力汽车。而在供应链(liàn)的(de)上游,动力电池行业正(zhèng)承压(yā)前行,不仅产能快速提升,更有新技术推陈出新。
一直以来,通过(guò)技术创新降低成本、抢占市场份额是企业的立足之本。记者了解到,在新能(néng)源(yuán)汽(qì)车(chē)产业迈向市场化的新阶段,动力电池企业之(zhī)间的竞争,在某种程度上表(biǎo)现为不同的技术路线(xiàn)之争。它们中既(jì)有市场前景较为(wéi)明朗可期(qī)的量产产品,又有(yǒu)即将投入量(liàng)产、应用(yòng)效果待验的创新技术,还有远景更加美好、未来十分诱人的前沿成果。把握现在(zài)很关键,布局未来(lái)也重要,动力电池行业(yè)的多技术路线“暗战”正不断升级。
宁德(dé)时代
CTP3.0“麒麟(lín)电池”迭代(dài)而出
作为动力电池行业的龙(lóng)头老大,宁德时代一直用技术创新推动汽车电动(dòng)化发展。在官网上,其展示(shì)了CTP、CTC、高镍及高电压技术。
相较于目前市场上(shàng)的(de)传统电池包,宁德时代在业界首创了CTP(Cell to Pack)成组(zǔ)技术。这项技术通过简化(huà)模组结(jié)构(gòu),使得电池包体(tǐ)积利(lì)用率提(tí)高20%~30%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%,投(tóu)入应用后可大幅降低动力电池的制造成本(běn)。据悉,传统电池包能(néng)量密度平均为(wéi)140~150Wh/kg,CTP电池包的则达到200Wh/kg以上。宁德时代在2019法兰克福车展上亮相了CTP电池包,随后与北汽新能源合作实现量产车型应用。
经过几年来的快速发展,宁德时代的CTP技术(shù)持续更新(xīn)换代(dài)。今年3月,宁德时代科学家吴凯表示(shì),该公司(sī)通过技术迭代,研发出(chū)第三代CTP技(jì)术,可应用于旗(qí)下磷酸铁锂电池和三元(yuán)锂电池,又称“麒麟电池”。据悉,CTP3.0技术已量产就绪,预计今年4月正(zhèng)式上市。资料显示,CTP3.0由平台电(diàn)芯模块(kuài)、可拓展电气模块、柔(róu)性可(kě)拓展(zhǎn)热管(guǎn)理模块和柔性可拓展箱体模块组成,其中电芯模块依(yī)然采用(yòng)方形电池的形式,能够更好地利用(yòng)整个电(diàn)池组的空(kōng)间。
吴凯称,麒麟电池的系统重量、能量密度及体积能(néng)量密度将继续行业(yè)高水平(píng)。“2023年将是电动汽车续驶里程突破(pò)1000km、进入大规模量产的关键时间节点,新CTP技术在未来的重要性会大幅提升。”据他介绍,采用CTP3.0技术的磷酸铁锂电池能(néng)量密度可达160Wh/kg,三元(yuán)锂电池则可达250Wh/kg。值得一提(tí)的是,在相同条件(jiàn)下,采(cǎi)用CTP3.0技术的产品,电量可比4680电池系统高13%。
此外,宁(níng)德(dé)时代还提出了CTC(Cell to Chassis)技术,将(jiāng)电芯与车身、底盘、电驱动、热管理及各类高低(dī)压控制模(mó)块(kuài)等集成,能使车辆续驶里程突破1000km;并通过智能化动力域控制器,优化(huà)动力分配和降低能耗,将(jiāng)百公里(lǐ)电耗降至12kWh以下。据悉,宁德(dé)时代(dài)将于2025年前后正式推出高(gāo)度集成化(huà)的CTC电池。
比亚(yà)迪
“刀片电(diàn)池(chí)”披荆斩(zhǎn)棘
与宁德时代(dài)一同在(zài)竞争中成长的,是一直坚持走(zǒu)磷酸铁锂技术(shù)路(lù)线的比亚迪。比亚(yà)迪不仅实现了动力电(diàn)池的自给自足,还正凭借(jiè)一(yī)己之力,以“刀片电(diàn)池(chí)”披荆斩棘,拓宽外配之路。
2020年3月,比亚迪正式(shì)发布刀片电(diàn)池。刀片电池采用比亚迪研发的长度大于0.6m的大电芯,电池(chí)单体同样向大容量进化,但电芯形状更加扁平、窄小(长边可(kě)定制变化,单体大稳定长度可以达到2100mm),通(tōng)过阵列的(de)方式排布在一起,就像“刀片”一(yī)样插入电池包内。通过一系列的结构创新,刀(dāo)片电池在实现超级强度的同时,安全性能大幅提升,体积利(lì)用率也增加了50%以(yǐ)上,并且(qiě)成本减少30%。2020年6月,配装刀片电池的新车比亚(yà)迪“汉”上市,续驶里程达605km。而坊间不断有刀(dāo)片电池将配套其他车企的传闻流出(chū),涉及的对象(xiàng)包括特斯拉、现代、蔚来(lái)、小(xiǎo)米等。进入2022年,比亚迪动力电(diàn)池产(chǎn)能扩张的脚步依(yī)旧快速。1月,比亚迪产业园项目正式落地湖北襄阳,将建设30GWh动力电池及零部件项目。2月,一汽弗迪新能源科技有(yǒu)限(xiàn)公司动(dòng)力(lì)电池项目开工仪式在长春举行。据悉,工厂全部达产(chǎn)后,将实现年(nián)产45GWh的动力电池产能,为(wéi)超过100万辆汽车供应刀片电池。3月,比亚迪武汉黄陂基地开始建设;动力电池盐城基地二(èr)期(qī)项目“云签约”举(jǔ)行。4月,比亚迪与贵阳市(shì)人(rén)民政府签署投(tóu)资合作协议;与浙江台州仙居县以“云签约”的方式签署战略合作协议(yì),年产22GWh刀(dāo)片电池项目落户当(dāng)地。
在中国电动(dòng)汽车百(bǎi)人会论坛(2022)上,比亚迪董事长兼总裁王传福提出,比亚迪继续坚持插电混动和纯电动“两条腿(tuǐ),齐步走”战略,坚持将磷酸铁锂电池作为正确的发展道路。他表(biǎo)示:“安全是新能源(yuán)汽车发展的基石,成本则(zé)是必须面对的一项重要指标。当动力电池的性(xìng)能迈过一定门槛后,能量密度的重要性在降低,安全、成本(běn)、循环寿命等指标的重要性(xìng)在提升。比亚迪推出的刀片电池,不仅解决了(le)安全痛点,还可以实现包体能量密度与三(sān)元锂电池相当,循环寿命、安全系(xì)数更强。”同时,他还指出,磷酸铁锂电(diàn)池不含稀有金属钴和镍,从而可以避免被国外资本(běn)“卡脖子”,更加匹配社会资源承受度。
蜂巢(cháo)能源(yuán)
“短(duǎn)刀电池”闯天下
蜂巢能源在2019上海车展(zhǎn)上公开展示了长度600mm的短(duǎn)刀电池。2021年底,蜂巢能源发布“领蜂600”战略,提出将(jiāng)2025年产能目标提升至600GWh,并加快短刀电池新品类的商业化进程。
“市(shì)场并不(bú)缺动力(lì)电池产能,缺的是车规级高品质(zhì)动力电池产能。蜂巢能源将推行电动全域短刀化。”蜂巢能源董事长兼(jiān)执行官杨红(hóng)新(xīn)表示,公(gōng)司布局(jú)L300~L600的(de)全尺寸短刀电池,涵盖1.6~4C的全域充电范围,适用于乘用车、储能、商用车(chē)、工程机械、非高(gāo)速电车等(děng)全(quán)域(yù)使用场景,涉及从(cóng)无钴、三元(yuán)到磷酸铁锂的全(quán)域化(huà)学体系。
据杨红新介绍,电芯结构的长薄化是动(dòng)力电池演化的行业共识,也是蜂巢能(néng)源在成立一(yī)开始就发(fā)力的方向之(zhī)一。对于选择全域短刀化的原因,他认为,短刀电池(chí)是基于性原理出发的科学选择,具备高兼容性,适应不(bú)同场景和平台。对(duì)于应用端企(qǐ)业而言,短刀电池可满足高成组率、低成本、高安全的(de)需求,而(ér)对于电池企业自身而言,其(qí)在良率控制和大规模工业化量产方面优势明显,同时,全域短刀化可规避大规模建厂的投资风(fēng)险。据悉(xī),在装(zhuāng)车配套上,2021年工信部发布的345批公告中,长城欧拉(lā)一(yī)款车型配套了蜂巢能源的L600短刀磷酸铁锂电芯。在生产制造上,2021年10月,蜂巢能(néng)源的首(shǒu)条短刀产线在位于常州金(jīn)坛的二期工(gōng)厂正式投产,该产线满产产能将达到2.5GWh。
蜂巢能源董事、工艺资深总监刘小安告诉记者,常州(zhōu)金坛工厂的匀浆、涂布、辊(gǔn)压、模切、叠片、装配是短刀电池生产过程中(zhōng)的主要环节,该公司围绕这六大工序做(zuò)了一系列(liè)的创新。比如,对于采用叠片工(gōng)艺的电(diàn)池生(shēng)产,叠片速度一(yī)直是行业痛点(diǎn),蜂巢能源目前采(cǎi)用双(shuāng)工位叠片,效率(lǜ)高达0.4s/片;已研发完成(chéng)的下一代超高速刀片式(shì)电芯极组成型设备,叠片效率可以(yǐ)做到(dào)0.125s/片。
据了解,蜂(fēng)巢能源在全球规划了11个(gè)生产基地,常州金坛工厂为其建设的车规级动力电池AI超级工厂(chǎng),共分四期建设,总规(guī)划(huá)产能68GWh。目前,一期、二期工厂已经正式投产,在二期工厂中建设了首条“短刀”电池量产线,满产产能将(jiāng)达到2.5GWh。在此基(jī)础上,蜂巢能源将打造短刀电池超级工厂,终(zhōng)实现产能20GWh。
亿纬锂能
“押注”大圆柱电池
在中(zhōng)国电动汽车(chē)百人会论坛(2022)上(shàng),亿纬(wěi)锂能董事长刘金成接受(shòu)记者采访时表示,从化学体系或结构来讲,不同技术路线的动力电(diàn)池(chí)各有优势(shì),但长期发展是看(kàn)未来(lái)对市场的适应性,以及能否从(cóng)根本上满足行业(yè)需求。他认为,大圆柱和叠片方案的磷酸铁锂(lǐ)电池将是行业主要(yào)的发展方向。大圆柱的三元锂电池在安全方(fāng)面有绝对优势,将是配套中、高(gāo)端车型的主流技(jì)术路线;叠片方案的磷酸铁锂电池具有经济性,将是配(pèi)套面向大众市场车型的主流技术路(lù)线。
出于降本的考(kǎo)量,国内造车新(xīn)势力对(duì)大圆柱(zhù)电池表现出兴趣。同时,它们也在观望(wàng)特斯拉实际使用大圆柱电池装(zhuāng)车后的效果。在这样(yàng)的市场背景下(xià),亿纬锂能准备放手一搏,公布了大圆柱(zhù)和方形动力电池的产能建设方案。据悉,亿纬锂能新生产项目将于2022年底陆续建成,2023年上半年投产(chǎn),到2023年整体产能达到200GWh左右。
比克电(diàn)池
46系和26系大(dà)圆柱电池“反攻战”
早在2015年,比克电池就率先量产了高镍三元811+含硅负极(jí)的18650电(diàn)芯。据悉(xī),比克电池目前量产的(de)圆柱电芯,普遍使(shǐ)用(yòng)镍含量88%或以上的三元(yuán)锂正极,硅复合物含量高可达15%的负极,而正在研发的大(dà)圆柱电池将(jiāng)采用(yòng)更加先进(jìn)的体(tǐ)系。
樊文光介绍称,比克电池目前共有46系和26系(xì)两个系列的全极耳大(dà)圆柱(zhù)电池产品。具体来看,46系电芯去年开始陆续有样品批量交付(fù),性能表现符合预期。26系则以26105铝壳电芯为主,B样品(pǐn)阶段(duàn)产品能量密度270Wh/kg,功率密度大于2000W/kg,配套车(chē)型的续驶里程可达700公里以上;12分钟充电,可续驶500km以上,5分(fèn)钟快充,可续驶280km以上,纯快充循环寿命800次以上。按照规划,该款电芯将在2024年量产,届时能(néng)量密度将达(dá)285Wh/kg。
“根据我们了解的客户需求,再结合行业的信息判断,大圆柱电池电(diàn)芯到2025年至少将占全球动力(lì)电池市场30%以上的份(fèn)额,超过2021年全球动力电池的总需求量。”樊文(wén)光称。据悉,未来几年,比克电池将分两个阶段在国内(nèi)国际市场扩充80GWh的电池产能,并持续发力(lì)。
卫蓝新能源(yuán)
混合固液电池量产在(zài)即
在中国电动汽车百人会论坛(2022)上,卫蓝新能源科学家(jiā)、创始人(rén)李(lǐ)泓透露,公(gōng)司正与蔚来汽车合作,计(jì)划基于ET7车型,推出单次(cì)充电续驶1000km的混(hún)合固液电解质电池,电池包容量150kWh,单体能量密(mì)度为360Wh/kg。这款混合固液电池预计今年年底或明年上半年启动量产。
据介绍,卫蓝新能源已开发出一系列产品,包括150Wh/kg针对大规模储能的混合固液(yè)储能电池、270Wh/kg针对无人(rén)机的高比能混(hún)合固液电池和300Wh/kg混合固液动力电池。在此基础上,该公司还进一步开发了360Wh/kg混合固液动力电池,该款(kuǎn)产品可以通过针刺、过充、挤压等安全性测试,满足电动汽车的要求。
卫蓝新能源认为,今后动力电池将朝着更高的比能量方向发展,同时电芯将从液体向更安全的混合固液和全固态方向发展。未来(lái),动力电池和储能(néng)电(diàn)池的发展路(lù)线包括:基于高镍和富锂(lǐ)锰基的正极以及纳米硅碳负极和锂碳(tàn)复合负(fù)极的电芯,可以满足续驶里程达到1000km电动乘用车和电动飞机的要求;基于改(gǎi)性(xìng)锰(měng)酸锂、磷酸铁锂、镍锰尖晶石的正极材(cái)料,与高容量的负极材料匹配(pèi),针对续(xù)驶里程600km纯电动汽车的解决方案;针对更低成本的储能应用的钠离子电池和固态磷酸铁锂电池的解决方案。
需要指出的是,相关企(qǐ)业要想实现固态电池量产(chǎn)还需进一(yī)步锻(duàn)造产业链(liàn),优化和开发新的正极材料、负极材料、电解质材料、预锂化(huà)材料、超级粘结剂、导电添加剂,以及新一代的金属沉积的(de)集流(liú)体,同时开(kāi)发新的前段、中(zhōng)段和后段的工艺,实现工厂智能化。
目前,卫蓝新(xīn)能源的大股东为合肥蓝色里程创业投资合伙企业,持股比例19.2%。其中,蓝色(sè)里程的投资人包括蔚来汽车创始人李斌。此外,卫蓝新能源的其他投资方还包括小米、吉利和华为等公司。