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2023年終系列:回歸制造屬性后的動力電池

時間:2023-12-21 09:19來源:智車引擎 作者:王凌方
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動力電池由強科技屬性,轉變至強制造屬性。

這意味著兩點,一是動力電池從技術領先進入到成本領先階段,技術創新進入瓶頸階段,更新迭代速度減緩,大多是對產品性能的修修補補;二是由于技術門檻降低,技術壁壘轉變為制造壁壘,制造的效率、良品率、產線利用率成為關鍵,車企制造電芯成為可能。

其實,從2020年寧德時代提出了“極限制造”理念開始,動力電池就開始進入到制造業拼規模、效率、成本的階段。

進入2023年,這一情況更為明顯,車企電芯項目紛紛落地,廣汽的因湃智能工廠落地、極氪的金磚電池量產,以及奇瑞電芯量產。

這一階段特點是,產品趨于成熟,形狀、技術開始趨同;技術門檻降低,也就意味著外行進入門檻降低。

01

磷酸鐵鋰開啟4C快充時代

性能上,磷酸鐵鋰就是在補齊充電速度和低溫性能的短板。例如,今年磷酸鐵鋰電芯都在發布4C快充產品。

2023年8月16日,寧德時代發布“神行”超充電池新品發布會,是全球首款磷酸鐵鋰4C超充電池,充電10分鐘續航400公里。

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12月12日,蜂巢能源發布的L600 的短刀快充電芯,將覆蓋3-4C 場景,預計 2024 年 Q3 量產;基于L400 的短刀超快充電芯將覆蓋 4C 及更高倍率場景。

12月14日,極氪發布的金磚電池,最高可實現4.5C充電倍率;極充15min實現續航增加超500km+。

這意味著,明年磷酸鐵鋰4C產品量產落地。

一直以來,由于磷酸鐵鋰導電性較差,被認為很難做成快充電池,充電速度也只能2C左右,不過隨著電池企業對材料的不斷改性和優化,將磷酸鐵鋰的能力推到了4C的倍率。

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要提升充電倍率,一般來講,企業對電芯的改進包括以下幾個方面:正極,將磷酸鐵鋰材料進行納米化,搭配復合導電劑,提高鋰離子脫出效率;負極,材料表面形成多孔結構,增大反應物之間的接觸面,為鋰離子嵌入提供豐富的活性位點;電解液,主要就是降低電解液粘度,提升電導率。

總之,快充的解決思路是趨同的。

02

方形電池短刀化

產品外觀也在趨同。方形電芯作為動力電池的主流產品,形狀上開始趨向于“短刀化”。

中國方形電池,早期主流方向上遵循歐洲的VDA尺寸,后期隨著電池電量提升要求,厚度不斷增長。例如寧德時代,后期就有3倍厚度的VDA電芯,寧德時代為廣汽AION.S配套的NCM811電池,尺寸已經做到79*148*103;VDA對應的尺寸是26.5*148*91,達到了業內常說的3倍厚度。

這與寧德時代早期客戶是德國寶馬,更喜歡遵循歐洲標準有關系。

中國方形電池的鼻祖比亞迪,則是喜歡將電芯做長。翻閱比亞迪的電池,可以發現其產品大多是長條狀的。

一直到2020年,比亞迪正式推出了刀片電池——近1米長的長條狀磷酸鐵鋰電池。

自此,長條狀的方形電芯開始流行起來。

蜂巢能源針對生產工藝難度的問題,將長條狀的電芯尺寸做短,推出400-600mm的短刀片。

此后,越來越多的企業采用短刀片的形式。

例如近期發布的因湃的P58電芯和極氪的金磚電池采用的都是短刀片形狀。

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比亞迪在插混車型上實際使用的也是短刀片。

例如,比亞迪秦DMI車型,采用的就是長240mm的電芯,唐DMI采用的則是152mm的電芯。

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資料來源:小魚老師

寧德時代也有向長薄化進展的趨勢,例如一款電芯的尺寸是300mm*117mm*27mm,更形似一個更短的刀片。

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資料來源:小魚老師
后期進入的車企,大多采用成熟工藝,選擇長條狀的方形磷酸鐵鋰產品。

03

車企電芯進入量產階段

動力電池回歸制造屬性后,車企進入的門檻顯著降低。
早期,動力電池多來源于消費類電池。從消費類電池演變為車規級動力電池,需要進行一系列的技術優化和升級。
一般只有專門從事電池的第三方企業,能夠做到長期大量投入研發資源對產品進行迭代,這不僅是術業專攻的問題,更是開發資源配置效率的問題。
而進入拼制造階段,這就進入了車企相對專長的領域。
進入2023年,埃安、極氪、奇瑞自研電芯紛紛落地,從產品也可以看出,走的都是相對成熟的產品路線。
例如,廣汽因湃推出的P58微晶超能電芯具備3C快充能力,可實現充電10分鐘,續航250km。
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極氪金磚電池給出的信息量就更多一些,例如最高實現4.5C充電倍率;極充15min實現續航增加超500km+;3秒脈沖放電倍率最高可達16C,滿足高性能純電車型動力需求等等。
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目前,奇瑞的電芯已經進入量產階段。由于尚未召開發布會,從能夠了解的信息看,奇瑞目前也是生產成熟產品,大概是方形和圓柱。介于大圓柱目前的工藝難度,筆者認為,大概率還是磷酸鐵鋰方形電芯,或許采用卷繞工藝。
決策自己造電芯的車企,大多是對自身銷量有信心,畢竟作為制造業,是要通過大規模攤銷成本、提升良率的。

04

碳酸鋰跳水,鈉離子啞火

觀察今年的動力電池產業,會發現業內提起鈉離子電池的頻率明顯下降。
這需要從鋰離子電池的上游重要原材料碳酸鋰身上找原因。
近兩年,碳酸鋰價格猶如坐上了過山車,價格最高點在2022年達到60萬元/噸,目前價格接近10萬元/噸。
2021年下半年開始節節攀升的碳酸鋰價格,導致下游車企、電池企業怨聲載道。鈉離子電池成為電池企業和車企制衡碳酸鋰價格的重要手段。
2021年7月29日,寧德時代發布了第一代鈉離子電池,并宣布已啟動鈉離子電池產業化布局,2023年將形成基本產業鏈。
自此之后,電池企業和車企,生產、搭載鈉離子電池的消息變不絕于耳。碳酸鋰高企的價格,使得鈉離子電池車用成為可能。
鈉離子電池的眾多優點也被搬了出來,例如優異的安全性和低溫性能。但是,鈉離子的離子半徑97PM,個頭遠大于鋰離子半徑68PM。這就會導致鈉離子的脫嵌性沒有鋰離子那么好,個頭大了,在電解質里面運動受到的阻力就大。體現到鈉離子電池的電壓平臺,比容量,循環性能都沒有現階段的鋰離子電池好。
為了解決這個問題,寧德時代發布了AB電池系統。去年11月29日的鈉離子電池產業鏈與標準發展論壇上,寧德時代研究院副院長黃起森表示,寧德時代通過首創的AB電池系統集成技術,實現鈉鋰混搭,優勢互補,提高電池系統的能量密度,使鈉離子電池應用有望擴展到500公里續航車型。
從2022年11月份后,碳酸鋰價格開啟大幅下行,4月份一度跌入20萬元/噸以內,后期小幅反彈后,再次下行。
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而鈉離子電池的最新消息,也停留在4月份,寧德時代鈉離子搭載在奇瑞車型。
其實,除了鈉離子電池本身性能問題,其能量密度太低,導致產線的單位產值經濟性不足,產品的量產動力就不足。尤其在碳酸鋰電池大幅下滑的態勢下,這一情況進一步加劇。
在業內人士看來,鈉離子電池是用來穩定碳酸鋰價格的,就目前的產品性能來看,并沒有大規模量產的意義。
年末,沉寂許久的半固態電池再次有消息曝出。12月17日,蔚來汽車創始人、CEO李斌進行了一場“電動車1000公里真實續航挑戰”直播,他駕駛著搭載150kWh電池包的蔚來ET7,從上海出發進行續航實測。
據悉,這款150kWh電池包就是被蔚來“鴿”了很久的半固態電池。
蔚來在2021年1月份時,在一年一度的NIO DAY上,伴隨ET7的發布時,同步官宣了150kWh半固態電池包。
從 2022 年第三季度交付,再到今年暑期上線,再到今年 7 月的“仍需稍等”。時間來到今天,事情似乎有了比較重要的進展。
公開信息顯示,這款半固態電池材料體系為NCM,能量密度達到360Wh/kg,循環≥600周,單體容量為111Ah。
目前看,這款電池明顯短板在于無法快充。
當然,關于這款半固態電池,大概會在12月23日NIO DAY上公布更多消息。
對于全固態電池,目前業內的預測還是在2027年推出,2030年左右達到量產水平。
另外一條液態的鋰金屬電池路線上,以麻省固能SES為代表的企業,仍然在不斷推進,電芯在從4Ah到50Ah再到100Ah不斷發展,現階段產品進入B樣階段。目前看,SES的鋰金屬電池,有望率先應用到城市空中交通(Urban Air Mobility)領域。
縱觀電池技術的發展,通過20年的發展,從消費類產品演進到車規級,這一階段產品快速迭代,但是材料體系層面并未有革命性的改進。如今,電池技術再次減緩,作為下一代電池的代表,人類仍然在期待車用鋰金屬電池的落地。
 
(責任編輯:子蕊)
文章標簽: 動力電池
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