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布局未来 动力锂电池多技术路线暗战升级

时间:2022-06-22 14:01:25来源:钜大LARGE

导语:​原材料价格上涨、俄乌冲突、"双碳"行动大幕拉开、新冠肺炎疫情反复、供应链受阻……2022年,汽车行业似乎正在面对一次更艰巨的考验。

  即便如此,新能源汽车的推广仍在全球范围内铺开,为困顿中的汽车市场带来一线希望。最新数据显示,受我国和欧洲强劲需求的推动,2021年全球电动汽车销量翻了一番,达到460万辆,首次超过混合动力汽车。而在供应链的上游,动力锂电池行业正承压前行,不仅产量快速提升,更加有新技术推陈出新。

威尼斯人正规网址  一直以来,通过技术创新降低成本、抢占市场份额是公司的立足之本。记者了解到,在新能源汽车产业迈向市场化的新阶段,动力锂电池公司之间的竞争,在某种程度上表现为不同的技术路线之争。它们中既有市场前景较为明朗可期的量产产品,又有即将投入量产、应用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。把握现在很关键,布局未来也重要,动力锂电池行业的多技术路线"暗战"正不断升级。

  CATL

  CTP3.0"麒麟电池"迭代而出

  作为动力锂电池行业的龙头老大,CATL一直用技术创新推动汽车电动化发展。在官网上,其重点展示了CTP、CTC、高镍及高电压技术。

威尼斯人正规网址  相较于目前市场上的传统电池包,CATL在业界首创了CTP(CelltoPack)高效成组技术。这项技术通过简化模组结构,使得电池包体积利用率提高20%~30%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%,投入应用后可大幅降低动力锂电池的制造成本。据悉,传统电池包能量密度平均为140~150Wh/kg,CTP电池包的则达到200Wh/kg以上。CATL在2019法兰克福车展上首次亮相了CTP电池包,随后和北汽新能源合作首次实现量产车型应用。

  经过几年来的快速发展,CATL的CTP技术持续更新换代。今年三月,CATL首席科学家吴凯表示,该公司通过技术迭代,研发出第三代CTP技术,可应用于旗下磷酸铁锂电池和三元锂电池,又称"麒麟电池"。据悉,CTP3.0技术已量产就绪,预计今年四月正式上市。资料显示,CTP3.0由平台电芯模块、可拓展电气模块、柔性可拓展热管理模块和柔性可拓展箱体模块组成,其中电芯模块依然采用方形电池的形式,能够更好地利用整个电池组的空间。

威尼斯人正规网址  吴凯称,麒麟电池的系统重量、能量密度及体积能量密度将继续引领行业最高水平。"2023年将是电动汽车续驶里程突破1000km、进入大规模量产的关键时间节点,最新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量密度可达160Wh/kg,三元锂电池则可达250Wh/kg。值得一提的是,在相同条件下,采用CTP3.0技术的产品,电量可比4680电池系统高13%。

  此外,CATL还提出了CTC(CelltoChassis)技术,将电芯和车身、底盘、电驱动、热管理及各类高低压控制模块等集成,能使车辆续驶里程突破1000km;并通过智能化动力域控制器,优化动力分配和降低能耗,将百公里电耗降至12kWh以下。据悉,CATL将于2025年前后正式推出高度集成化的CTC电池。

  比亚迪

  "刀片电池"披荆斩棘

威尼斯人正规网址  和CATL一同在竞争中成长的,是一直坚持走磷酸铁锂技术路线的比亚迪。比亚迪不仅实现了动力锂电池的自给自足,还正凭借一己之力,以"刀片电池"披荆斩棘,拓宽外配之路。

  2020年三月,比亚迪正式公布刀片电池。刀片电池采用比亚迪研发的长度大于0.6m的大电芯,电池单体同样向大容量进化,但电芯形状更加扁平、窄小(长边可定制变化,单体最大稳定长度可以达到2100mm),通过阵列的方式排布在一起,就像"刀片"相同插入电池包内。通过一系列的结构创新,刀片电池在实现超级强度的同时,安全性能大幅提升,体积利用率也新增了50%以上,并且成本减少30%。2020年六月,首款配装刀片电池的新车比亚迪"汉"上市,续驶里程达605km。而坊间不断有刀片电池将配套其他车企的传闻流出,涉及的对象包括TSLA、现代、蔚来、小米等。进入2022年,比亚迪动力锂电池产量扩张的脚步依旧快速。一月,比亚迪产业园项目正式落地湖北襄阳,将建设30GWh动力锂电池及零部件项目。二月,一汽弗迪新能源科技有限公司动力锂电池项目开工仪式在长春举办。据悉,厂全部达产后,将实现年产45GWh的动力锂电池产量,为超过100万辆汽车供应刀片电池。三月,比亚迪武汉黄陂基地开始建设;动力锂电池盐城基地二期项目"云签约"举办。四月,比亚迪和贵阳市人民政府签署投资合作协议;和浙江台州仙居县以"云签约"的方式签署战略合作协议,年产22GWh刀片电池项目落户当地。

  在我国电动汽车百人会论坛(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,齐步走"战略,坚持将磷酸铁锂电池作为正确的发展道路。他表示:"安全是新能源汽车发展的基石,成本则是必须面对的一项重要指标。当动力锂电池的性能迈过一定门槛后,能量密度的重要性在降低,安全、成本、循环寿命等指标的重要性在提升。比亚迪推出的刀片电池,不仅解决了安全痛点,还可以实现包体能量密度和三元锂电池相当,循环寿命、安全系数更强。"同时,他还指出,磷酸铁锂电池不含稀有金属钴和镍,从而可以防止被国外资本"卡脖子",更加匹配社会资源承受度。

  蜂巢能源

  "短刀电池"闯天下

威尼斯人正规网址  蜂巢能源在2019上海车展上公开展示了长度600mm的短刀电池。2021年底,蜂巢能源公布"领蜂600"战略,提出将2025年产量目标提升至600GWh,并加快短刀电池新品类的商业化进程。

  "市场并不缺动力锂电池产量,缺的是车规级高品质动力锂电池产量。蜂巢能源将推行电动全域短刀化。"蜂巢能源董事长兼首席执行官杨红新表示,公司布局L300~L600的全尺寸短刀电池,涵盖1.6~4C的全域充电范围,适用于乘用车、储能、商用车、工程机械、非高速电车等全域使用场景,涉及从无钴、三元到磷酸铁锂的全域化学体系。

威尼斯人正规网址  据杨红新介绍,电芯结构的长薄化是动力锂电池演化的行业共识,也是蜂巢能源在成立一开始就重点发力的方向之一。有关选择全域短刀化的原因,他认为,短刀电池是基于第一性原理出发的科学选择,具备高兼容性,适应不同场景和平台。有关应用端公司而言,短刀电池可满足高成组率、低成本、高安全的需求,而有关电池公司自身而言,其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险。据悉,在装车配套上,2021年工信部公布的345批通告中,长城欧拉一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年十月,蜂巢能源的首条短刀产线在位于常州金坛的二期厂正式投产,该产线满产产量将达到2.5GWh。

威尼斯人正规网址  蜂巢能源董事、工艺资深总监刘小安告诉记者,常州金坛厂的匀浆、涂布、辊压、模切、叠片、装配是短刀电池生产过程中的重要环节,该公司围绕这六大工序做了一系列的独家创新。比如,有关采用叠片工艺的电池生产,叠片速度一直是行业痛点,蜂巢能源目前采用双工位叠片,效率高达0.4s/片;已研发完成的下一代超高速刀片式电芯极组成型设备,叠片效率可以做到0.125s/片。

  据了解,蜂巢能源在全球规划了11个生产基地,常州金坛厂为其建设的首个车规级动力锂电池AI超级厂,共分四期建设,总规划产量68GWh。目前,一期、二期厂已经正式投产,在二期厂中建设了首条"短刀"电池量产线,满产产量将达到2.5GWh。在此基础上,蜂巢能源将打造短刀电池超级厂,最终实现产量20GWh。

  亿纬锂能

威尼斯人正规网址  "押注"大圆柱电池

威尼斯人正规网址  在我国电动汽车百人会论坛(2022)上,亿纬锂能董事长刘金成接受记者采访时表示,从化学体系或结构来讲,不同技术路线的动力锂电池各有优势,但长期发展是看未来对市场的适应性,以及能否从根本上满足行业需求。他认为,大圆柱和叠片方法的磷酸铁锂电池将是行业重要的发展方向。大圆柱的三元锂电池在安全方面有绝对优势,将是配套中、高端车型的主流技术路线;叠片方法的磷酸铁锂电池具有经济性,将是配套面向大众市场车型的主流技术路线。

  刘金成还用了"四个极致"形容大圆柱电池的优势:一是极致标准,可以做到设计、制造、回收的标准化;二是极致可靠,其结构稳定,全生命周期零应力,全尺寸不变形;三是极致制造,工艺缩短了30%,生产效率更高;四是极致体系,亿纬锂能的大圆柱电池实现了镍含量90%,含碳硅的化学体系。

威尼斯人正规网址  出于降本的考量,国内造车新势力对大圆柱电池表现出兴趣。同时,它们也在观望TSLA实际使用大圆柱电池装车后的效果。在这样的市场背景下,亿纬锂能准备放手一搏,公布了大圆柱和方形动力锂电池的产量建设方法。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,到2023年整体产量达到200GWh左右。

  比克电池

  46系和26系大圆柱电池"反攻战"

  早在2015年,比克电池就率先量产了高镍三元811+含硅负极的18650电芯。据悉,比克电池目前量产的圆柱电芯,普遍使用镍含量88%或以上的三元锂正极,硅复合物含量最高可达15%的负极,而正在研发的大圆柱电池将采用更加先进的体系。

  在我国电动汽车百人会论坛(2022)上,深圳市比克动力锂电池有限公司副总裁樊文光带来了《大圆柱动力锂电池未来可期》的主题演讲。在比克电池看来,大圆柱电池之"大"并不只在于尺寸,更在于步子之大、前景之大和挑战之大。作为未来5~10年中高端电动汽车的最优解和电动汽车渗透率的突破口,圆柱电芯是目前主流电池形态中安全性最高的一类:第一,它的单体最小,可以分散风险;第二,每个单体由钢壳或铝壳保护,且都有独立的卸压装置;第三,采用蜂窝状排列,电芯之间天然留有空隙,电芯单体和外部之间也有很大的热交换面积,可以保证电池包的绝对安全。据称,目前不少新能源车企已敲定未来5~10年的动力锂电池方法,面向大众市场的车型采用方形或刀片磷酸铁锂电池,中高端车型采用三元锂+大圆柱电池的布局。

  樊文光介绍称,比克电池目前共有46系和26系两个系列的全极耳大圆柱电池产品。具体来看,46系电芯去年开始陆续有样品批量交付,性能表现符合预期。26系则以26105铝壳电芯为主,B样品阶段产品能量密度270Wh/kg,功率密度大于2000W/kg,配套车型的续驶里程可达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,届时能量密度将达285Wh/kg。

  "根据我们了解的客户需求,再结合行业的信息判断,大圆柱电池电芯到2025年至少将占全球动力锂电池市场30%以上的份额,超过2021年全球动力锂电池的总需求量。"樊文光称。据悉,未来几年,比克电池将分两个阶段在国内国际市场扩充80GWh的电池产量,并持续发力。

  卫蓝新能源

  混合固液电池量产在即

  在我国电动汽车百人会论坛(2022)上,卫蓝新能源首席科学家、创始人李泓透露,公司正和蔚来汽车合作,计划基于ET7车型,推出单次充电续驶1000km的混合固液电解质电池,电池包容量150kWh,单体能量密度为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。

威尼斯人正规网址  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储能电池、270Wh/kg针对无人机的高比能混合固液电池和300Wh/kg混合固液动力锂电池。在此基础上,该公司还进一步开发了360Wh/kg混合固液动力锂电池,该款产品可以通过针刺、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,今后动力锂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,动力锂电池和储能电池的发展路线包括:基于高镍和富锂锰基的正极以及纳米硅碳负极和锂碳复合负极的电芯,可以满足续驶里程达到1000km电动乘用车和电动飞机的要求;基于改性锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰尖晶石的正极材料,和高容量的负极材料匹配,针对续驶里程600km纯电动汽车的解决方法;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法。

  要指出的是,相关公司要想实现固态电池量产还需进一步锻造产业链,优化和开发新的正极材料、负极材料、电解质材料、预锂化材料、超级粘结剂、导电添加剂,以及新一代的金属沉积的集流体,同时开发新的前段、中段和后段的工艺,实现厂智能化。

  目前,卫蓝新能源的第一大股东为合肥蓝色里程创业投资合伙公司,持股比例19.2%。其中,蓝色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。

  SES

  混合锂金属电池决战明天

威尼斯人正规网址  动力锂电池距离实现"超越",可能还差一个电化学体系颠覆性创新的距离。成立于2012年的SES电池公司,就是要实现这样的愿景。

威尼斯人正规网址  据SES创始人、首席执行官胡启朝介绍,其锂金属电池技术包括三部分,一是Hermes,新材料研发平台;二是Apollo,车用锂金属电池的工程制造能力;三是Avatar,人工智能安全监测软件。2021年,SES对外展示了第一款车规级锂金属电池,根据初步的测试数据,其容量达到107Ah,能量密度为417Wh/kg、935Wh/L,重量不到1kg。据称,这是全球首款100Ah以上的锂金属电池,也是世界上最大的锂金属电池。

威尼斯人正规网址  在2015年,SES做过一次重要的技术路线调整,从全固态锂金属电池路线转向了现在的混合锂金属电池路线。此后,SES的商业化进程一直在加速。目前,SES和通用、现代、本田三家车企一起进行A样品的联合开发,这也是全球第一款锂金属车用A样品的开发。按照目前的计划,明年进入B样品,后年C样品,2025年正式投入量产。

威尼斯人正规网址  SES宣称研发的混合锂金属电池有三大优势:一是锂金属负极的材料创新,让电池能量密度可达到400~500Wh/kg;二是电解液,希望从根本上改变锂枝晶的生长方式,提升电池的安全性;三是算法,利用人工智能监测电芯在整个生产、运行环节的健康状态,通过大量的细节数据建立模型,对风险进行精确预测。

威尼斯人正规网址  作为SES全球化战略布局的一个重要环节,SES于2018年在上海嘉定建立了生产研发中心,现在这家中心正在升级为全球第一个1GWh锂金属电池超级厂。今年三月,SES在上海正式启动了首个A样品锂金属电池的生产和测试。目前,SES在不断扩展波士顿总部的研发团队,同时在韩国建设第二个生产基地,以响应更多车企的需求。在国内,SES的投资方包括上汽、吉利、富士康、天齐锂业等。


标签: 锂电池新能源汽车

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