CTP、刀片、無鈷……動力電池新技術的幕后黑手是誰?
發布時間:2020-05-12 11:28:49

中國電動汽車動力電池技術路線的選擇,一直與政策緊密掛鉤。

 

從2012年國家出臺的新能源汽車產業規劃中對電池能量密度提出明確指標開始,在當時的技術條件下,幾乎已經決定了三元電池對磷酸鐵鋰電池的逆襲。

 

每一次電池性能的顯著提升,本質上都是電池材料體系的重大變革。因為每一類電池材料體系都有其能量密度的上限。從2016年開始,磷酸鐵鋰電池退潮,與政策對續航里程、能量密度的導向有直接關系。

 

即便是一直堅定在磷酸鐵鋰電池路線的比亞迪,也在2015年開始裝車三元電池,2017年開始大規模轉投三元電池。

 

而從起步開始就同時選擇磷酸鐵鋰電池與三元電池兩條腿走路的寧德時代,則抓住了政策的窗口,從2017年開始連續三年位居全球動力電池裝機量第一。

 

但是,當2019年新能源補貼大幅退坡后,當動力電池行業的準入白名單限制被取消后,無論是技術路線還是企業格局,都發生了重大的變化。

 

補貼退坡,新能源車企的成本壓力增大,曾經被逐漸放棄的磷酸鐵鋰電池成本優勢顯現,自去年7月后補貼新政執行后裝機量逐月攀升。在磷酸鐵鋰電池領域耕耘最早、最深的比亞迪,于2019年5月注冊弗迪公司,正式分拆動力電池業務。

 

而沒有了對外資動力電池企業的限制,日韓企業快速搶占中國市場。松下、SK、LG化學、三星SDI四家在華投資動力電池產業總額已超過500億元。

 

拿到國產Model 3電池配套訂單的LG化學,一舉翻身成為2020年第一季度全球動力電池市占率老大,而寧德時代則跌至第三。韓系電池的擴張速度,已經讓國內動力電池廠商感到了巨大的壓力。

 

在這樣的背景下,各大動力電池巨頭對未來技術路線的選擇,已不僅僅只是一個技術問題,更為關鍵的是在新能源汽車進入發展瓶頸期后,如何想盡一切辦法爭奪有限的市場資源。

 

寧德時代CTP vs 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”,但是寧德時代CTP(Cell to Pack)與比亞迪刀片電池的思路,其實不盡相同。

 

寧德時代CTP本質上是動力電池供應商滲透進了本應當屬于整車廠的電池包設計環節。它并沒有改變原本的三元電芯,而是在成組結構上做簡化,減去其中不必要的機械連接,零部件數量減少40%,電池包體積利用率提高15%-20%。此時,寧德時代可以更多參與到電池包的設計與售后中,為整車廠提供定制化服務。

 

而比亞迪刀片電池的創新則更加上游,是對磷酸鐵鋰電芯進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,在受材料性質影響的質量能量密度無法提升的情況下,大幅提升體積能量密度。相比傳統磷酸鐵鋰電池,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——通過提升生產效率降低成本。

 

以電池包維度來看,磷酸鐵鋰電池的價格為0.85-0.95元/Wh,三元電池則是0.95-1.05元/Wh。以60kWh電池估算,兩者成本差距可達萬余元,與補貼相近。

 

寧德時代表示CTP技術可以將生產效率提升50%,比亞迪也宣稱刀片電池的綜合成本預計可降低30%。

 

某種程度來說,現階段降低動力電池成本對于爭奪市場份額的意義,要比提升性能更大。

 

不過,取消模組也意味著對于電芯一致性和電池控制管理的要求更高。

 

今年四季度,采用寧德時代CTP技術的蔚來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,主要原因是NCM811電池活性較強,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傳播的內容。磷酸鐵鋰電池在熱穩定性上有天然的優勢,刀片的結構又能進一步增加散熱面積。為了提升能量密度、增加散熱面積,將電芯做薄、做長是大趨勢。

 

在補貼對于技術路線影響不斷降低的情況下,比亞迪也希望借此機會,改變行業對三元電池的依賴和對磷酸鐵鋰電池的偏見,進而利用自己的工藝優勢、成本優勢,不斷擴大合作伙伴范圍,爭奪市場份額。

 

特斯拉“無鈷”?

降低鈷用量,也是特斯拉電池進化的方向之一。

 

2012年Model S上每輛車的鈷使用量為11kg,到了2018年的Model 3上,在同樣規格尺寸下進行比對只剩下4.5kg。Model 3上NCA電池鈷含量2.8%的水平,相比國內常見的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Hibar Systems,整合出的新技術方案是“干電極電池+超級電容”。所謂干電極電池,并非固態電池,而是將傳統鋰電池用漿料涂抹金屬箔制造正負極的方式變為用正負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,能量密度自然進一步提升。

 

今年2月,特斯拉與寧德時代之間的“曖昧”,將無鈷電池又推向了討論的熱點,隨后特斯拉“無鈷≠磷酸鐵鋰”的回應也耐人尋味。不過,狡猾的特斯拉在今年2月與全球最大鈷生產商Glencore洽談合作,以為其上海工廠長期供應鈷。

 

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

 

為什么特斯拉要將鈷視為“敵人”一般對待?

 

答案依然是降低成本。

 

曾有人測算過,如果特斯拉Model 3從現有的NCA三元電池換裝磷酸鐵鋰電池,在保證續航400km的前提下,成本有3萬元的下降空間。更關鍵的是,鈷作為一種儲量不算豐富的金屬,原材料價格并不穩定,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知性,最好的方式就是不用鈷。

 

不論是減少車身零部件數量、縮短線束長度、簡化生產工藝、高度自動化生產,都是特斯拉在極致壓縮成本,作為成本大頭的電池,當然也是特斯拉關注的重點。

 

當松下不堪特斯拉毫無底線的壓價,LG化學進入國產特斯拉的供應鏈、寧德時代進入商業合作范疇,自然也順理成章。

 

原定于今年4月舉行的特斯拉電池日將延期至5月第三周,屆時特斯拉“無鈷”的研發成果,將會正式亮相于世。

 

寫在最后

成本,還是成本。

 

政策對技術路線的導向作用越來越弱,意味著動力電池的市場化競爭越發透明。此時,動力電池行業才有希望回歸商業的正論,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,不論寧德時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:在下一代動力電池材料體系尚無法大規模商業化之前,降低成本,取得更多裝機量,爭奪更大市場份額。


稿件來源: 童濟仁汽車評論
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