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CTP、刀片、無鈷……動力鋰電池新技術(shù)的幕后黑手是誰?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1010次  |  2020年07月16日  

我國電動汽車動力鋰電池技術(shù)路線的選擇,一直與政策緊密掛鉤。


從2012年國家出臺的新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中對電池能量密度提出明確指標(biāo)開始,在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下,幾乎已經(jīng)決定了三元電池對磷酸鐵鋰離子電池的逆襲。


每一次電池性能的顯著提升,本質(zhì)上都是電池材料體系的重大變革。因?yàn)槊恳活愲姵夭牧象w系都有其能量密度的上限。從2016年開始,磷酸鐵鋰離子電池退潮,與政策對續(xù)航里程、能量密度的導(dǎo)向有直接關(guān)系。


即便是一直堅(jiān)定在磷酸鐵鋰離子電池路線的比亞迪,也在2015年開始裝車三元電池,2017年開始大規(guī)模轉(zhuǎn)投三元電池。


而從起步開始就同時(shí)選擇磷酸鐵鋰離子電池與三元電池兩條腿走路的寧德時(shí)代,則抓住了政策的窗口,從2017年開始持續(xù)三年位居全球動力鋰電池裝機(jī)量第一。


但是,當(dāng)2019年新能源補(bǔ)貼大幅退坡后,當(dāng)動力鋰電池行業(yè)的準(zhǔn)入白名單限制被取消后,無論是技術(shù)路線還是公司格局,都發(fā)生了重大的變化。


補(bǔ)貼退坡,新能源車企的成本壓力增大,曾經(jīng)被逐漸放棄的磷酸鐵鋰離子電池成本優(yōu)勢顯現(xiàn),自去年七月后補(bǔ)貼新政執(zhí)行后裝機(jī)量逐月攀升。在磷酸鐵鋰離子電池領(lǐng)域耕耘最早、最深的比亞迪,于2019年五月注冊弗迪公司,正式分拆動力鋰電池業(yè)務(wù)。


而沒有了對外資動力鋰電池公司的限制,日韓公司快速搶占我國市場。松下、SK、LG化學(xué)、三星SDI四家在華投資動力鋰電池產(chǎn)業(yè)總額已超過500億元。


拿到國產(chǎn)Model3電池配套訂單的LG化學(xué),一舉翻身成為2020年第一季度全球動力鋰電池市占率老大,而寧德時(shí)代則跌至第三。韓系電池的擴(kuò)張速度,已經(jīng)讓國內(nèi)動力鋰電池廠商感到了巨大的壓力。


在這樣的背景下,各大動力鋰電池巨頭對未來技術(shù)路線的選擇,已不僅僅只是一個(gè)技術(shù)問題,更為關(guān)鍵的是在新能源汽車進(jìn)入發(fā)展瓶頸期后,如何想盡一切辦法爭奪有限的市場資源。


寧德時(shí)代CTPvs比亞迪刀片電池?


雖然都是從電芯直接到電池包的“無模組化”,但是寧德時(shí)代CTP(CelltoPack)與比亞迪刀片電池的思路,其實(shí)不盡相同。


寧德時(shí)代CTP本質(zhì)上是動力鋰電池供應(yīng)商滲透進(jìn)了本應(yīng)當(dāng)屬于整車廠的電池包設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。它并沒有改變原本的三元電芯,而是在成組結(jié)構(gòu)上做簡化,減去其中不必要的機(jī)械連接,零部件數(shù)量減少40%,電池包體積利用率提高15%-20%。此時(shí),寧德時(shí)代可以更多參與到電池包的設(shè)計(jì)與售后中,為整車廠供應(yīng)定制化服務(wù)。


而比亞迪刀片電池的創(chuàng)新則更加上游,是對磷酸鐵鋰電芯進(jìn)行了制造工藝的改變。它將電芯厚度做薄、寬度拉長,形狀無限扁平化,成組方式與軟包電池兩端出極耳的方式類似,在受材料性質(zhì)影響的質(zhì)量能量密度無法提升的情況下,大幅提升體積能量密度。相比傳統(tǒng)磷酸鐵鋰離子電池,刀片電池體積利用率提升了50%以上,體積能量密度則從251Wh/L提升至332Wh/L。


但是,兩者共同的目的只有一個(gè)——通過提升生產(chǎn)效率降低成本。


以電池包維度來看,磷酸鐵鋰離子電池的價(jià)格為0.85-0.95元/Wh,三元電池則是0.95-1.05元/Wh。以60kWh電池估算,兩者成本差距可達(dá)萬余元,與補(bǔ)貼相近。


寧德時(shí)代表示CTP技術(shù)可以將生產(chǎn)效率提升50%,比亞迪也宣稱刀片電池的綜合成本預(yù)計(jì)可降低30%。


某種程度來說,現(xiàn)階段降低動力鋰電池成本關(guān)于爭奪市場份額的意義,要比提升性能更大。


不過,取消模組也意味著關(guān)于電芯一致性和電池控制管理的要求更高。


今年四季度,采用寧德時(shí)代CTP技術(shù)的蔚來100kWh電池將會交付。但是,100kWh電池并沒有采用84kWh電池上能量密度更高的NCM811電芯,而是用了更加成熟但能量密度相對較低的NCM523電池,重要原因是NCM811電池活性較強(qiáng),熱管理的難度更大。


這也正是被比亞迪抓住并在刀片電池上重點(diǎn)傳播的內(nèi)容。磷酸鐵鋰離子電池在熱穩(wěn)定性上有天然的優(yōu)勢,刀片的結(jié)構(gòu)又能進(jìn)一步新增散熱面積。為了提升能量密度、新增散熱面積,將電芯做薄、做長是大趨勢。


在補(bǔ)貼關(guān)于技術(shù)路線影響不斷降低的情況下,比亞迪也希望借此機(jī)會,改變行業(yè)對三元電池的依賴和對磷酸鐵鋰離子電池的偏見,進(jìn)而利用自己的工藝優(yōu)勢、成本優(yōu)勢,不斷擴(kuò)大合作伙伴范圍,爭奪市場份額。


特斯拉“無鈷”?


降低鈷用量,也是特斯拉電池進(jìn)化的方向之一。


2012年ModelS上每輛車的鈷使用量為11kg,到了2018年的Model3上,在同樣規(guī)格尺寸下進(jìn)行比對只剩下4.5kg。Model3上NCA電池鈷含量2.8%的水平,相比國內(nèi)常見的811NCM電池上10%的鈷含量要低很多。


但馬斯克仍然不滿意,他曾在2018年宣布特斯拉要在下一代電池上讓鈷的用量變成零。


2019年,特斯拉收購了Maxwell和HibarSystems,整合出的新技術(shù)方法是“干電極電池+超級電容”。所謂干電極電池,并非固態(tài)電池,而是將傳統(tǒng)鋰離子電池用漿料涂抹金屬箔制造正負(fù)極的方式變?yōu)橛谜?fù)極材料顆粒組成的薄膜壓到金屬箔上。電極上沒有了溶劑,能夠容納更多的鋰,能量密度自然進(jìn)一步提升。


今年二月,特斯拉與寧德時(shí)代之間的“曖昧”,將無鈷電池又推向了討論的熱點(diǎn),隨后特斯拉“無鈷≠磷酸鐵鋰”的回應(yīng)也耐人尋味。不過,狡猾的特斯拉在今年二月與全球最大鈷生產(chǎn)商Glencore洽談合作,以為其上海廠長期供應(yīng)鈷。


因此,有一點(diǎn)可以肯定,特斯拉正在兩條技術(shù)路線中并行:降低現(xiàn)階段三元電池中的鈷用量與成本,研發(fā)新的無鈷電池材料體系。


為何特斯拉要將鈷視為“敵人”一般對待?


答案依然是降低成本。


曾有人測算過,假如特斯拉Model3從現(xiàn)有的NCA三元電池?fù)Q裝磷酸鐵鋰離子電池,在保證續(xù)航400km的前提下,成本有3萬元的下降空間。更關(guān)鍵的是,鈷作為一種儲量不算豐富的金屬,原材料價(jià)格并不穩(wěn)定,近兩年來在20萬元/噸到32萬元/噸間不斷波動,最高與最低成本相差60%左右。


想要抵抗成本的不可預(yù)知性,最好的方式就是不用鈷。


不論是減少車身零部件數(shù)量、縮短線束長度、簡化生產(chǎn)工藝、高度自動化生產(chǎn),都是特斯拉在極致壓縮成本,作為成本大頭的電池,當(dāng)然也是特斯拉關(guān)注的重點(diǎn)。


當(dāng)松下不堪特斯拉毫無底線的壓價(jià),LG化學(xué)進(jìn)入國產(chǎn)特斯拉的供應(yīng)鏈、寧德時(shí)代進(jìn)入商業(yè)合作范疇,自然也順理成章。


原定于今年四月舉辦的特斯拉電池日將延期至五月第三周,屆時(shí)特斯拉“無鈷”的研發(fā)成果,將會正式亮相于世。


寫在最后


成本,還是成本。


政策對技術(shù)路線的導(dǎo)向用途越來越弱,意味著動力鋰電池的市場化競爭越發(fā)透明。此時(shí),動力鋰電池行業(yè)才有希望回歸商業(yè)的正論,而成本將會是不亞于性能,甚至比性能更重要的影響因素。


不論比亞迪將刀片電池做多少次針刺試驗(yàn),不論寧德時(shí)代如何宣稱其電池能量密度提升水平,不論特斯拉又會搞出什么黑科技,都無法隱藏最根本的目的:在下一代動力鋰電池材料體系尚無法大規(guī)模商業(yè)化之前,降低成本,取得更多裝機(jī)量,爭奪更大市場份額。


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