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CTP、刀片、无钴……动力电池新技术将走向何方?

时间:  2020-05-12 15:46   来源:  童济仁汽车评论    作者:  网络转载

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中国电动汽车动力电池技术路线的选择,一直与政策紧密挂钩。从2012年国家对电池能量密度提出明确指标开始,几乎已经决定了三元电池对磷酸铁锂电池的逆袭。

每一次电池性能的显著提升,本质上都是电池材料体系的重大变革。从2016年开始,磷酸铁锂电池退潮,与政策对续航里程、能量密度的导向有直接关系。

即便是一直坚定磷酸铁锂电池路线的比亚迪,也在2017年大规模转投三元电池。而从起步开始就同时选择磷酸铁锂电池与三元电池两条路线的宁德时代,则抓住了政策的窗口,从2017年开始连续三年位居全球动力电池装机量第一。

CTP、刀片、无钴……动力电池新技术将走向何方?

2019年新能源补贴大幅退坡后,动力电池行业的准入白名单限制被取消,无论是技术路线还是企业格局都发生了重大的变化。补贴退坡,新能源车企成本压力增大,磷酸铁锂电池成本优势显现,自去年7月后补贴新政执行后装机量逐月攀升。

CTP、刀片、无钴……动力电池新技术将走向何方?

而没有了对外资动力电池企业的限制,日韩企业快速抢占中国市场。拿到国产Model 3电池配套订单的LG化学,一举翻身成为2020年第一季度全球动力电池市占率老大,而宁德时代则跌至第三。

宁德时代CTP vs 比亚迪刀片电池?

虽然都是从电芯直接到电池包的“无模组化”,但是宁德时代CTP(Cell to Pack)与比亚迪刀片电池的思路不尽相同。宁德时代本质上并未改变原本的三元电芯,而是在成组结构上做简化,减去其中不必要的机械连接,电池包体积利用率提高15%-20%。此时,宁德时代可以参与到电池包的设计与售后中,为整车厂提供定制化服务。

CTP、刀片、无钴……动力电池新技术将走向何方?

而刀片电池是将磷酸铁锂电芯电芯厚度做薄、宽度拉长,形状无限扁平化,在受材料性质影响的质量能量密度无法提升的情况下,大幅提升体积能量密度。相比传统磷酸铁锂电池,体积利用率提升了50%以上,体积能量密度则从251Wh/L提升至332Wh/L。

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但是,两者共同的目的都是通过提升生产效率降低成本。以电池包维度来看,磷酸铁锂电池的价格为0.85-0.95元/Wh,三元电池则是0.95-1.05元/Wh。宁德时代表示CTP技术可以将生产效率提升50%,比亚迪也宣称刀片电池的综合成本预计可降低30%。

某种程度来说,现阶段降低动力电池成本对于争夺市场份额的意义,要比提升性能更大。

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不过,取消模组也意味着对于电芯一致性和电池控制管理的要求更高。今年四季度,采用宁德时代CTP技术的蔚来100kWh电池将会交付。但是,100kWh电池并没有采用84kWh电池上能量密度更高的NCM811电芯,而是用了更加成熟但能量密度相对较低的NCM523电池,主要原因是NCM811电池活性较强,热管理的难度更大。

这也正是比亚迪在刀片电池上重点传播的内容。磷酸铁锂电池在热稳定性上有天然的优势,刀片的结构又进一步增加散热面积。为了提升能量密度、增加散热面积,将电芯做薄、做长是大趋势。

CTP、刀片、无钴……动力电池新技术将走向何方?

特斯拉“无钴”?

降低钴用量,也是特斯拉电池进化的方向之一。Model 3上NCA电池钴含量2.8%的水平,相比国内常见的811NCM电池上10%的钴含量要低很多。但马斯克仍然不满意,他曾宣称特斯拉要在下一代电池上让钴的用量变成零。

CTP、刀片、无钴……动力电池新技术将走向何方?

2019年,特斯拉收购了Maxwell和Hibar Systems,整合出的新技术方案是“干电极电池+超级电容”。所谓干电极电池是将传统锂电池用浆料涂抹金属箔制造正负极的方式变为用正负极材料颗粒组成的薄膜压到金属箔上。电极上没有了溶剂,能够容纳更多的锂,能量密度自然进一步提升。

因此,有一点可以肯定,特斯拉正在两条技术路线中并行:降低现阶段三元电池中的钴用量与成本,研发新的无钴电池材料体系。

曾有人测算过,如果特斯拉Model 3从现有的NCA三元电池换装磷酸铁锂电池,在保证续航400km的前提下,成本有3万元的下降空间。更关键的是,钴作为一种储量不算丰富的金属,原材料价格并不稳定。想要抵抗成本的不可预知性,最好的方式就是不用钴。

CTP、刀片、无钴……动力电池新技术将走向何方?

不论比亚迪将刀片电池做多少次针刺试验,不论宁德时代如何宣称其电池能量密度提升水平,不论特斯拉又会搞出什么黑科技,都无法隐藏最根本的目的:在下一代动力电池材料体系尚无法大规模商业化之前,降低成本,取得更多装机量,争夺更大市场份额。
 

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