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2020高工年会聚焦(21):2020动力电池创新技术追踪
动力电池 文章来源自:高工锂电网
2020-11-19 09:03:47 阅读:8656
摘要具体来看,当前动力电池创新技术包括:无极耳、刀片/CTP/JTM等电池包集成方案;无钴、四元电池材料体系升级;“不起火”/“百万公里”电池等。

年会预告

●2020年12月16-18日,【利元亨总冠名】2020高工锂电&电动车年会(同期活动:高工锂电十周年庆典暨高工金球奖颁奖典礼)将在深圳机场凯悦酒店重磅启幕。

●届时,将邀请北汽、广汽、蔚来、上汽、宁德时代、国轩高科、中航锂电、蜂巢能源、瑞浦能源等主机厂和动力电池企业,就动力电池技术创新展开深入探讨。

全球电动汽车市场化加速带来,倒逼动力电池技术出现多元化创新。

自2019年以来,国内外动力电池技术领域出现了多个创新性变化,主要围绕降低电池成本和提升产品性能两大目标。

具体来看,当前动力电池创新技术包括:无极耳、刀片/CTP/JTM等电池包集成方案;无钴、四元电池材料体系升级;“不起火”/“百万公里”电池等。

和前几年相比,上述新型电池技术的出现表明当前动力电池市场正在从此前的传统走向创新,从政策推动向市场导向过渡。

一方面,在补贴退坡和市场竞争加剧等压力下,当前动力电池市场主要向头部几家企业靠拢。新型电池技术体现出电池企业之间的技术差距,助力电池企业提升产品性能和降低成本,或将加速行业洗牌,进一步提升市场集中度。

另一方面,主机厂也在不断施加其在动力电池技术发展方面的影响力。各大主机厂开发专属电动汽车平台,整车正向开发需求明显,也对电池企业的技术发展产生显著影响。

值得注意的是,随着主机厂对提升电池性能和降低成本的要求越来越高,电池企业在进行电池技术创新方面也面临着一些风险和挑战。新电池技术的商业化需要经过充分的验证,否则或将因缺乏技术沉淀而“弄巧成拙”。

高工锂电认为,随着补贴退去和全球电气化进程加速,动力电池市场竞争将进入新的阶段。日韩电池加速进军中国市场,主机厂涉足电芯研发自产,固态电池产业化加速,未来动力电池领域技术多元化竞争将呈常态化趋势,后期还将有更多新技术诞生。

刀片/CTP集成技术渐成趋势

在提升电池系统能量密度方面,当前电池企业的主流方式是在PACK结构方面进行优化,主要方式是做大电芯尺寸、做大模组甚至去模组的CTP集成方案。

该方法的主要作用是提升电池包的体积利用率,降低电池包重量,从而提升电池系统能量密度。

传统的电池包结构是电芯cell-模组module-电池包pack的三级集成方案,系统集成效率比较低,导致电池包整体空间利用率不高,系统能量密度较低。

而比亚迪、宁德时代、国轩高科三家企业最新推出的刀片电池、CTP电池包和JTM集成技术,可以减少模组级的结构件,简化电池包上的装配支撑结构,使得电池包结构大幅简化,从而形成了电芯-电池包的两级集成方案,体积利用率最高或将提高50%,系统能量密度提升显著。

11月12日,比亚迪汉EV迎来第20000辆新车下线,这意味着比亚迪的刀片电池装机已超过2万辆,成为拉动比亚迪磷酸铁锂电池装机大幅增长的主要力量。

目前比亚迪在今年已经对其旗下所有乘用车车型换装刀片电池,随着比亚迪刀片电池产能逐步爬坡和其它车型上市销售,其刀片电池的装机电量有望进一步增长。

宁德时代自去年发布CTP技术以来,其生产的LFP/三元电池体系的CTP电池包已经配套多家本土主机厂的多款车型,并配套了多家欧洲商用车企业,表明CTP方案已经获得了众多主机厂的认可,或将成为未来动力电池技术的主流之一。

除了优化PACK集成方案之外,直接做大电芯尺寸也是目前电池企业提升电池能量密度和降低成本的直接手段。

在电池日上,特斯拉发布了其最新的4680电芯,称单体电芯较2170容量增加5倍、续航提升16%、输出功率提升6倍。

除了做大电芯尺寸之外,特斯拉还计划采用无极耳设计,电池两端不再有凸起的极耳,使电池流通距离更短,内阻大幅减小,产热更少,生产效率更高。

当前,头部电池企业正在加强其在电池领域的技术创新,进一步提升其市场竞争力,预计后期还将有更多新型电池创新技术出现。

去钴化下的材料体系升级

在提升电池性能和降成本方面,高镍低钴甚至无钴的技术路线在国际上已渐成共识。

当前,包括宁德时代、国轩高科、比亚迪、蜂巢能源、远景AESC、三星SDI、LG化学、SKI、松下等中日韩电池企业都在积极研发高镍电池,目标是将钴含量降至5%以下甚至完全无钴。

宝马、大众、戴姆勒、现代等国际主机厂也在加快高镍电池的导入,提出了明确的去钴化要求。

值得注意的是,“去钴化”的实现上,业内存在低钴和无钴两条路径,当前主要以低钴为主。

目前,宁德时代的NCM811电池已经批量供货宝马、广汽新能源、吉利、蔚来、合众、小鹏等主机厂。

近期,大众最新发布的国产ID.4 CROZZ和ID.4 X车型,也搭载了宁德时代NCM811体系+超薄铜铝箔集流体的590大模组电池。后期或将有更多国际主机厂导入宁德时代高镍电池。

在无钴电池方面,蜂巢能源宣布研发出无钴材料及电池产品,可以实现电动汽车最高达880km续航。

为突破无钴技术瓶颈,蜂巢能源采用了阳离子掺杂技术、单晶技术和纳米网络化包覆三项关键技术。

蜂巢能源称,该无钴电池性能可以达到NCM811同等水平,材料成本降低5~15%,相应带来的电芯BOM成本可以降低约5%,预计于2021下半年实现量产。

与中国电池企业相比,日韩企业的高镍电池产业化进程更为迅速。

目前,SKI已经在其常州工厂开始量产NCM811电池并供货,后期还将在其匈牙利工厂量产。在此基础上,SKI还宣称将量产NCM 9/0.5/0.5电池产品,该电池有望提供700km以上的续驶里程和更短的充电时间。

松下已经向特斯拉大规模供应高镍电池,并将钴含量降低至5%以下。松下还计划在2022年至2023年之间交付无钴电池。

总体来看,高镍依然是下一代动力电池的主流发展方向,主流电池企业和车企都在积极研发镍含量更高的电池,最终目的是实现无钴化,进而降低成本和提升能量密度。

“不起火”/“百万公里”电池亮相

2020年,新能源汽车起火事故频发,包括现代、通用、宝马、福特等国际主机厂都因其搭载的电芯质量问题而在全球范围内大规模召回数万辆电动汽车。

电动汽车大规模召回表明动力电池安全性问题突出,提升电池产品安全需求迫在眉睫。

对此,宁德时代宣布研发出一款“只冒烟不起火”的电池,名为NP技术,通过高安全电解液、热扩上隔离技术确保电池包在发生事故时不会起火燃烧,进一步提升电池安全。

目前,蔚来汽车已经宣布采用宁德时代镍55体系的“不起火”电池,预计后期还将有更多主机厂导入该新型电池。

除了提升电池安全之外,提升电池的使用寿命也是电池企业主机厂的共同目标。

目前,包括特斯拉、通用汽车、宁德时代、比亚迪、蜂巢能源等企业都宣布正在研发使用寿命超过10年或总续航里程超过100万公里的下一代电池。

当前,电池企业普遍给主机厂提供的是8年或20万公里的电池质保服务,单次续航300-400km左右,能够满足普通消费者日常用车需求。

然而,使用寿命超过10年,总行驶里程超过100万公里的长寿命电池,除了能够满足日常行驶之外,还可以在运营、梯次利用等场景发挥的更大价值,从而产生更大的收益。

从上述企业宣布的电池性能来看,超长使用寿命是其新型电池的核心竞争力,解决电动汽车低续航和电池衰退快的弊端,有助于进一步提升动力电池的使用价值,提升电动汽车的保值率。

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