在碳排放量限制下動力電池發(fā)展趨勢如何走

在碳排放量限制的市場政策驅(qū)動下，國內(nèi)主流的汽車動力電池企業(yè)在電池技術(shù)發(fā)展方面的趨勢如何？而對電池產(chǎn)業(yè)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(fù)、供應(yīng)鏈受阻……2022年，汽車行業(yè)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(nèi)鋪開，為困頓中的汽車市場帶來一線希望。最新數(shù)據(jù)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(yīng)鏈的上游，動力電池行業(yè)正承壓前行，不僅產(chǎn)能快速提升，更有新技術(shù)推陳出新。

一直以來，通過技術(shù)創(chuàng)新降低成本、搶占市場份額是企業(yè)的立足之本。記者了解到，在新能源汽車產(chǎn)業(yè)邁向市場化的新階段，動力電池企業(yè)之間的競爭，在某種程度上表現(xiàn)為不同的技術(shù)路線之爭。它們中既有市場前景較為明朗可期的量產(chǎn)產(chǎn)品，又有即將投入量產(chǎn)、應(yīng)用效果待驗的創(chuàng)新技術(shù)，還有遠景更加美好、未來十分誘人的前沿成果。把握現(xiàn)在很關(guān)鍵，布局未來也重要，動力電池行業(yè)的多技術(shù)路線“暗戰(zhàn)”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(yè)的龍頭老大，寧德時代一直用技術(shù)創(chuàng)新推動汽車電動化發(fā)展。在官網(wǎng)上，其重點展示了CTP、CTC、高鎳及高電壓技術(shù)。

相較于目前市場上的傳統(tǒng)電池包，寧德時代在業(yè)界首創(chuàng)了CTP（Cell to Pack）高效成組技術(shù)。這項技術(shù)通過簡化模組結(jié)構(gòu)，使得電池包體積利用率提高20％～30％，零部件數(shù)量減少40％，生產(chǎn)效率提升50％，投入應(yīng)用后可大幅降低動力電池的制造成本。據(jù)悉，傳統(tǒng)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(xiàn)量產(chǎn)車型應(yīng)用。

經(jīng)過幾年來的快速發(fā)展，寧德時代的CTP技術(shù)持續(xù)更新?lián)Q代。今年3月，寧德時代首席科學(xué)家吳凱表示，該公司通過技術(shù)迭代，研發(fā)出第三代CTP技術(shù)，可應(yīng)用于旗下磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，又稱“麒麟電池”。據(jù)悉，CTP3.0技術(shù)已量產(chǎn)就緒，預(yù)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(tǒng)重量、能量密度及體積能量密度將繼續(xù)引領(lǐng)行業(yè)最高水平?！?023年將是電動汽車續(xù)駛里程突破1000km、進入大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵時間節(jié)點，最新CTP技術(shù)在未來的重要性會大幅提升。”據(jù)他介紹，采用CTP3.0技術(shù)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(shù)的產(chǎn)品，電量可比4680電池系統(tǒng)高13％。

此外，寧德時代還提出了CTC（Cell to Chassis）技術(shù)，將電芯與車身、底盤、電驅(qū)動、熱管理及各類高低壓控制模塊等集成，能使車輛續(xù)駛里程突破1000km；并通過智能化動力域控制器，優(yōu)化動力分配和降低能耗，將百公里電耗降至12kWh以下。據(jù)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(shù)路線的比亞迪。比亞迪不僅實現(xiàn)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(fā)布刀片電池。刀片電池采用比亞迪研發(fā)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、窄小（長邊可定制變化，單體最大穩(wěn)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(nèi)。通過一系列的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，刀片電池在實現(xiàn)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(xù)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(xiàn)代、蔚來、小米等。進入2022年，比亞迪動力電池產(chǎn)能擴張的腳步依舊快速。1月，比亞迪產(chǎn)業(yè)園項目正式落地湖北襄陽，將建設(shè)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(jù)悉，工廠全部達產(chǎn)后，將實現(xiàn)年產(chǎn)45GWh的動力電池產(chǎn)能，為超過100萬輛汽車供應(yīng)刀片電池。3月，比亞迪武漢黃陂基地開始建設(shè)；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(xié)議；與浙江臺州仙居縣以“云簽約”的方式簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，年產(chǎn)22GWh刀片電池項目落戶當(dāng)?shù)亍?/p>

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(xù)堅持插電混動和純電動“兩條腿，齊步走”戰(zhàn)略，堅持將磷酸鐵鋰電池作為正確的發(fā)展道路。他表示：“安全是新能源汽車發(fā)展的基石，成本則是必須面對的一項重要指標。當(dāng)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(huán)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(xiàn)包體能量密度與三元鋰電池相當(dāng)，循環(huán)壽命、安全系數(shù)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(fā)布“領(lǐng)蜂600”戰(zhàn)略，提出將2025年產(chǎn)能目標提升至600GWh，并加快短刀電池新品類的商業(yè)化進程。

“市場并不缺動力電池產(chǎn)能，缺的是車規(guī)級高品質(zhì)動力電池產(chǎn)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(zhí)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(xué)體系。

據(jù)楊紅新介紹，電芯結(jié)構(gòu)的長薄化是動力電池演化的行業(yè)共識，也是蜂巢能源在成立一開始就重點發(fā)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(fā)的科學(xué)選擇，具備高兼容性，適應(yīng)不同場景和平臺。對于應(yīng)用端企業(yè)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(yè)自身而言，其在良率控制和大規(guī)模工業(yè)化量產(chǎn)方面優(yōu)勢明顯，同時，全域短刀化可規(guī)避大規(guī)模建廠的投資風(fēng)險。據(jù)悉，在裝車配套上，2021年工信部發(fā)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(chǎn)制造上，2021年10月，蜂巢能源的首條短刀產(chǎn)線在位于常州金壇的二期工廠正式投產(chǎn)，該產(chǎn)線滿產(chǎn)產(chǎn)能將達到2.5GWh。

蜂巢能源董事、工藝資深總監(jiān)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(chǎn)過程中的主要環(huán)節(jié)，該公司圍繞這六大工序做了一系列的獨家創(chuàng)新。比如，對于采用疊片工藝的電池生產(chǎn)，疊片速度一直是行業(yè)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(fā)完成的下一代超高速刀片式電芯極組成型設(shè)備，疊片效率可以做到0.125s/片。

據(jù)了解，蜂巢能源在全球規(guī)劃了11個生產(chǎn)基地，常州金壇工廠為其建設(shè)的首個車規(guī)級動力電池AI超級工廠，共分四期建設(shè)，總規(guī)劃產(chǎn)能68GWh。目前，一期、二期工廠已經(jīng)正式投產(chǎn)，在二期工廠中建設(shè)了首條“短刀”電池量產(chǎn)線，滿產(chǎn)產(chǎn)能將達到2.5GWh。在此基礎(chǔ)上，蜂巢能源將打造短刀電池超級工廠，最終實現(xiàn)產(chǎn)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(xué)體系或結(jié)構(gòu)來講，不同技術(shù)路線的動力電池各有優(yōu)勢，但長期發(fā)展是看未來對市場的適應(yīng)性，以及能否從根本上滿足行業(yè)需求。他認為，大圓柱和疊片方案的磷酸鐵鋰電池將是行業(yè)主要的發(fā)展方向。大圓柱的三元鋰電池在安全方面有絕對優(yōu)勢，將是配套中、高端車型的主流技術(shù)路線；疊片方案的磷酸鐵鋰電池具有經(jīng)濟性，將是配套面向大眾市場車型的主流技術(shù)路線。

劉金成還用了“四個極致”形容大圓柱電池的優(yōu)勢：一是極致標準，可以做到設(shè)計、制造、回收的標準化；二是極致可靠，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，全生命周期零應(yīng)力，全尺寸不變形；三是極致制造，工藝縮短了30％，生產(chǎn)效率更高；四是極致體系，億緯鋰能的大圓柱電池實現(xiàn)了鎳含量90％，含碳硅的化學(xué)體系。

出于降本的考量，國內(nèi)造車新勢力對大圓柱電池表現(xiàn)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(chǎn)能建設(shè)方案。據(jù)悉，億緯鋰能新生產(chǎn)項目將于2022年底陸續(xù)建成，2023年上半年投產(chǎn)，到2023年整體產(chǎn)能達到200GWh左右。

比克電池

46系和26系大圓柱電池“反攻戰(zhàn)”

早在2015年，比克電池就率先量產(chǎn)了高鎳三元811＋含硅負極的18650電芯。據(jù)悉，比克電池目前量產(chǎn)的圓柱電芯，普遍使用鎳含量88％或以上的三元鋰正極，硅復(fù)合物含量最高可達15％的負極，而正在研發(fā)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(zhàn)之大。作為未來5～10年中高端電動汽車的最優(yōu)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(tài)中安全性最高的一類：第一，它的單體最小，可以分散風(fēng)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(jù)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(chǎn)品。具體來看，46系電芯去年開始陸續(xù)有樣品批量交付，性能表現(xiàn)符合預(yù)期。26系則以26105鋁殼電芯為主，B樣品階段產(chǎn)品能量密度270Wh/kg，功率密度大于2000W/kg，配套車型的續(xù)駛里程可達700公里以上；12分鐘充電，可續(xù)駛500km以上，5分鐘快充，可續(xù)駛280km以上，純快充循環(huán)壽命800次以上。按照規(guī)劃，該款電芯將在2024年量產(chǎn)，屆時能量密度將達285Wh/kg。

“根據(jù)我們了解的客戶需求，再結(jié)合行業(yè)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(jù)悉，未來幾年，比克電池將分兩個階段在國內(nèi)國際市場擴充80GWh的電池產(chǎn)能，并持續(xù)發(fā)力。

衛(wèi)藍新能源

混合固液電池量產(chǎn)在即

在中國電動汽車百人會論壇（2022）上，衛(wèi)藍新能源首席科學(xué)家、創(chuàng)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(xù)駛1000km的混合固液電解質(zhì)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(yù)計今年年底或明年上半年啟動量產(chǎn)。

據(jù)介紹，衛(wèi)藍新能源已開發(fā)出一系列產(chǎn)品，包括150Wh/kg針對大規(guī)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(chǔ)上，該公司還進一步開發(fā)了360Wh/kg混合固液動力電池，該款產(chǎn)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(wèi)藍新能源認為，今后動力電池將朝著更高的比能量方向發(fā)展，同時電芯將從液體向更安全的混合固液和全固態(tài)方向發(fā)展。未來，動力電池和儲能電池的發(fā)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(fù)合負極的電芯，可以滿足續(xù)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(xù)駛里程600km純電動汽車的解決方案；針對更低成本的儲能應(yīng)用的鈉離子電池和固態(tài)磷酸鐵鋰電池的解決方案。

需要指出的是，相關(guān)企業(yè)要想實現(xiàn)固態(tài)電池量產(chǎn)還需進一步鍛造產(chǎn)業(yè)鏈，優(yōu)化和開發(fā)新的正極材料、負極材料、電解質(zhì)材料、預(yù)鋰化材料、超級粘結(jié)劑、導(dǎo)電添加劑，以及新一代的金屬沉積的集流體，同時開發(fā)新的前段、中段和后段的工藝，實現(xiàn)工廠智能化。

目前，衛(wèi)藍新能源的第一大股東為合肥藍色里程創(chuàng)業(yè)投資合伙企業(yè)，持股比例19.2％。其中，藍色里程的投資人包括蔚來汽車創(chuàng)始人李斌。此外，衛(wèi)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(zhàn)明天

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

據(jù)SES創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官胡啟朝介紹，其鋰金屬電池技術(shù)包括三部分，一是Hermes，新材料研發(fā)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(jiān)測軟件。2021年，SES對外展示了第一款車規(guī)級鋰金屬電池，根據(jù)初步的測試數(shù)據(jù)，其容量達到107Ah，能量密度為417Wh/kg、935Wh/L，重量不到1kg。據(jù)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(shù)路線調(diào)整，從全固態(tài)鋰電池路線轉(zhuǎn)向了現(xiàn)在的混合鋰金屬電池路線。此后，SES的商業(yè)化進程一直在加速。目前，SES與通用、現(xiàn)代、本田三家車企一起進行A樣品的聯(lián)合開發(fā)，這也是全球第一款鋰金屬車用A樣品的開發(fā)。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(chǎn)。

SES宣稱研發(fā)的混合鋰金屬電池有三大優(yōu)勢：一是鋰金屬負極的材料創(chuàng)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(jiān)測電芯在整個生產(chǎn)、運行環(huán)節(jié)的健康狀態(tài)，通過大量的細節(jié)數(shù)據(jù)建立模型，對風(fēng)險進行精確預(yù)測。

作為SES全球化戰(zhàn)略布局的一個重要環(huán)節(jié)，SES于2018年在上海嘉定建立了生產(chǎn)研發(fā)中心，現(xiàn)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(chǎn)和測試。目前，SES在不斷擴展波士頓總部的研發(fā)團隊，同時在韓國建設(shè)第二個生產(chǎn)基地，以響應(yīng)更多車企的需求。在國內(nèi)，SES的投資方包括上汽、吉利、富士康、天齊鋰業(yè)等。