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疊片短刀VS大圓柱:特斯拉宏圖背后的電池“競賽”

發(fā)布日期:2023-03-10

核心提示:當(dāng)前,中國新車中電動汽車滲透率僅有30%,海外市場這一數(shù)據(jù)更低,動力電池市場空間巨大,疊加儲能市場需求,鋰電池需求將數(shù)倍于
 當(dāng)前,中國新車中電動汽車滲透率僅有30%,海外市場這一數(shù)據(jù)更低,動力電池市場空間巨大,疊加儲能市場需求,鋰電池需求將數(shù)倍于當(dāng)下,這就要求電池廠商持續(xù)加大技術(shù)創(chuàng)新能力,在制造效率、電池品質(zhì)、產(chǎn)線良率、降本和安全等維度持續(xù)探索。

疊片短刀、46大圓柱電池,正基于品質(zhì)、效率、安全和成本爭奇斗艷,共同助力鋰電大規(guī)模制造時代到來。

日前,特斯拉在《宏圖(第三篇章)》活動中表示,地球要走向完全可持續(xù)能源之路需要240TWh電池,且大規(guī)模發(fā)展電動汽車是其中關(guān)鍵一環(huán),特斯拉的目標(biāo)是2030年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)2000萬輛汽車。

特斯拉認(rèn)為,電動汽車要大規(guī)模制造就需要做到極致效率、極致降本以及極致規(guī)模。例如,特斯拉表示將繼續(xù)減少車身零部件數(shù)量,把車身分解為幾個部分,并采用一體化壓鑄技術(shù)。其中,電池將是底盤的一部分,將座椅放在底盤上是比較合理的方式,也就是CTC技術(shù)。

高度標(biāo)準(zhǔn)化的4680大圓柱電池,是特斯拉基于CTC整車集成在電池方面的創(chuàng)新,同時該電池在制造效率、能量密度、極致安全和降本方面的優(yōu)勢,引發(fā)全球整車和電池廠高度關(guān)注,被認(rèn)為具備與方形電池分庭抗禮,是中高端電動車型終極路線之一。

而從全球來看,除了特斯拉極致探索的大圓柱電池,包括寧德時代、蜂巢能源、比亞迪、億緯鋰能、孚能科技等電池企業(yè),在追求極致效率、極致降本和極限性能上,也是一往無前,成果豐碩。事實(shí)上,過去幾年,中國企業(yè)在鋰電池材料、結(jié)構(gòu)、工藝、裝備領(lǐng)域的創(chuàng)新此起彼伏,無論是在創(chuàng)新的數(shù)量還是質(zhì)量方面,中國已經(jīng)成為全球鋰電池技術(shù)創(chuàng)新最大的策源地和技術(shù)風(fēng)向引領(lǐng)者。

作為新的技術(shù)路線,大圓柱電池?zé)o疑是電池領(lǐng)域的“當(dāng)紅炸子雞”,尤其是其兼顧了化學(xué)體系創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新兩方面的需求,被認(rèn)為是中高端新能源動力技術(shù)路線理想解決方案之一。

但就主流的方形電池來看,其技術(shù)迭代同樣可圈可點(diǎn)。數(shù)據(jù)上來看,2022年中國市場動力電池裝機(jī)量約為302.3GWh,其中方形電池裝機(jī)273.9GWh,占比90.6%,方形電池依然是行業(yè)主流路線,而且長期處于絕對主導(dǎo)地位。事實(shí)上,基于電池形態(tài)的創(chuàng)新上,方形電池技術(shù)迭代、工藝創(chuàng)新、降本方案和效率追求依然是電池廠商和整車的主導(dǎo)方向。如去年亮相的麒麟電池、龍鱗甲電池、CTB電池、問頂電池等創(chuàng)新產(chǎn)品均基于方形電池,足可見方形電池的迭代創(chuàng)新密度更高,背后是方形電池在動儲領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模和技術(shù)趨勢所決定的。

極限性能:長薄化大容量電池成方形電芯趨勢

隨著新能源汽車和儲能市場的發(fā)展愈發(fā)成熟,大容量、高安全、長壽命、低成本的大電芯逐漸成為趨勢,方形電池縮小了電芯的縫隙,在提升安全、能量密度和電池容量方面有優(yōu)勢。目前國內(nèi)主流車企,以及大眾、福特、現(xiàn)代、豐田等海外車企均主要采用方形電芯封裝。

基于應(yīng)用端大電芯需求,刀片化電芯逐漸成為趨勢。蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新表示,蜂巢能源已重點(diǎn)布局電動全域短刀化,涵蓋從L300-L600的全尺寸短刀電池產(chǎn)品,覆蓋從無鈷、三元到磷酸鐵鋰全域化學(xué)體系。蜂巢能源的目標(biāo)是,未來將短刀電池打造成為最具競爭力的代表性產(chǎn)品。

對于為何開發(fā)短刀,蜂巢能源給出的思路是:基于電芯性能發(fā)揮、尺寸兼容性、規(guī)模化制造要求等多個維度的綜合考量結(jié)果。

從電芯性能的發(fā)揮上來看,L600短刀磷酸鐵鋰電芯在能量密度、安全性、循環(huán)壽命等表現(xiàn)上都有非常明顯的優(yōu)勢。電芯能量密度達(dá)到185Wh/kg,另外其兩側(cè)出極柱的電芯設(shè)計,可支持pack環(huán)節(jié)采用上下雙水冷技術(shù),實(shí)現(xiàn)2C~4C快充性能,滿足800V高壓電氣架構(gòu)高端車型應(yīng)用,同時與CTC全新技術(shù)具有更好匹配性。

在兼容性方面,L600短刀片磷酸鐵鋰電芯長薄化設(shè)計,突顯疊片工藝電池優(yōu)異性能,支持切換590標(biāo)準(zhǔn)模組,實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)方案靈活變化,以高標(biāo)準(zhǔn)化、靈活性的特點(diǎn)可最大化降低電池包的設(shè)計難度,實(shí)現(xiàn)A00-D級車型的全覆蓋。

安全性能方面,短刀電芯通過尺寸優(yōu)化設(shè)計,長度增加,厚度減薄,在散熱、膨脹、能量密度上更具優(yōu)勢,同時本身還可以作為結(jié)構(gòu)件,增強(qiáng)電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

除了蜂巢能源,近兩年弗迪電池、億緯鋰能、中創(chuàng)新航、欣旺達(dá)等企業(yè)的方形電池也普遍長薄化。

極致效率:效率提升推動制造成本大幅降低

業(yè)內(nèi)預(yù)測,今年中國市場新能源汽車產(chǎn)量有望達(dá)到900萬輛,疊加儲能市場爆發(fā)式增長,鋰電池需求將保持高增長態(tài)勢,迫切需求鋰電高效率、大制造的到來。

46系列大圓柱電池之所以受到業(yè)界普遍關(guān)注,原因之一是其制造效率較現(xiàn)有電池產(chǎn)線可以提升30%,制造成本優(yōu)勢明顯,契合鋰電大規(guī)模制造時代需求。

方形電池方面,長薄刀片電芯+高速疊片工藝正成為方形電池發(fā)展的主流趨勢,但前期囿于疊片效率較低,長薄電芯的高成本一直是業(yè)界一大難題。

去年12月,蜂巢能源在其電池日上對外發(fā)布了“飛疊技術(shù)”。該技術(shù)使得方形電池疊片效率達(dá)到0.125s/片,較2019年第一代疊片電池0.6秒/片的效率提升了3倍。同時,在效率翻倍提升的同時,設(shè)備占地面積減少了45%,實(shí)現(xiàn)效率極致提升和大幅降本。

據(jù)悉,第三代“飛疊”技術(shù)還集成了極片放卷、裁切、熱壓功能、疊片 CCD 在線監(jiān)測、HI-POT在線監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)單片不良全檢。在一致性方面,采用創(chuàng)新壓刀結(jié)構(gòu),疊片對齊精度提升,制造良率有了明顯改善。

蜂巢能源用了3年的時間,將疊片的核心壁壘攻克,破解了長薄電芯的成本痛點(diǎn),也得以讓大容量長薄電芯的多種優(yōu)勢得以在更大層面普及應(yīng)用。

基于對極致效率的追求,蜂巢能源已經(jīng)開始開發(fā)效率更高的下一代疊片設(shè)備。

作為重資產(chǎn)投入產(chǎn)業(yè),制造效率的大幅提升無疑會大幅攤薄產(chǎn)品成本,同時也可更好滿足TWh時代的電池需求。蜂巢能源在長薄電芯疊片工藝上的突破,無疑將掀開方形電芯的更大市場藍(lán)圖。

從整車視角來看,提升電池系統(tǒng)體積利用率,可以在同等電池包情況下裝載更多電量,是提升整車?yán)m(xù)航的有效路徑;同時結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化,也是動力電池包成本下降的重要路徑之一。

大圓柱方面,特斯拉基于4680電池的系統(tǒng)體積利用率已經(jīng)做到63%。方形電池方面,基于系統(tǒng)層面的創(chuàng)新,去年5月,比亞迪發(fā)布CTB電池車身一體化技術(shù),將電池包上蓋與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的車身底板集成,構(gòu)成上蓋、刀片電池、托盤的整車三明治結(jié)構(gòu),系統(tǒng)體積利用率提升至66%;寧德時代的麒麟電池,采用CTP 3.0技術(shù),將系統(tǒng)體積利用率提升到72%;去年12月,蜂巢能源推出的龍鱗甲電池,創(chuàng)新采用了底部防爆閥和熱電分離設(shè)計,其系統(tǒng)體積成組效率更是大幅提升至76%。

得益于76%的高體積成組效率,同等電池包下,采用磷酸鐵鋰電芯的龍鱗甲電池系統(tǒng),續(xù)航超過800公里;采用高錳鐵鎳電芯續(xù)航超過900公里;采用高鎳三元電芯續(xù)航則超過1000公里。

另外,在材料層面,蜂巢能源自主研發(fā)的層狀無鈷材料已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),通過電化學(xué)體系優(yōu)化和疊片設(shè)計,有效地提高了電池性能;研發(fā)的“高錳鐵鎳”電池,能量密度比磷酸鐵鋰更高,且成本可控。

特斯拉CEO馬斯克表示,地球要走向完全可持續(xù)能源之路,大規(guī)模增加電動汽車的產(chǎn)量是有必要的,特斯拉的目標(biāo)是2030年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)2000萬輛新車。當(dāng)前,中國新車中電動汽車滲透率僅有30%,海外市場這一數(shù)據(jù)更低,動力電池市場空間巨大,疊加儲能市場需求,鋰電池需求將數(shù)倍于當(dāng)下,這就要求電池廠商持續(xù)加大技術(shù)創(chuàng)新能力,在制造效率、電池品質(zhì)、產(chǎn)線良率、降本和安全等維度持續(xù)探索。唯有具備扎實(shí)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品設(shè)計、工藝迭代、降本能力的企業(yè),在全球鋰電產(chǎn)業(yè)新發(fā)展格局中站穩(wěn)腳跟。


 
 
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