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寧德時代麒麟電池又引發技術路線之爭,鋰電池行業將加速洗牌

發布日期:2022-06-28 點擊率:38

撰文 | Penn;編輯 | 郭郭

→這是《環球零碳》的第231篇原創

環球零碳 | 寧王麒麟電池又引發技術路線之爭,鋰電池行業將加速洗牌

摘要:6月23日,寧德時代正式發布第三代CTP技術,同時宣布這款名為“麒麟電池”的新產品將于明年量產上市。在相同電芯化學體系和同等電池包尺寸下,麒麟電池能量密度相比圓柱4680電池系統要高13%。未來,多種電池技術路線的競爭,既可以相互激勵,加速創新發展,也有利于實現市場層面的洗牌和淘汰,從而使真正優秀的產品脫穎而出。

經過2022電動汽車百人會論壇和一周前“云上宜賓”高端對話的兩次預熱之后,寧德時代的麒麟電池終于揭開面紗。

6月23日,寧德時代舉行了“麒麟電池,推陳出新”第三代CTP技術新聞發布會,正式宣布CTP3.0麒麟電池問世,并宣布這款新產品將于明年量產上市。當天,寧德時代向媒體確認,理想汽車旗下的新能源車已確定將搭載麒麟電池。

這款由方形電芯組成的電池系統,體積利用率突破72%,系統集成度創全球新高。麒麟電池系統可將三元電池系統能量密度提升至255Wh/kg,輕松實現整車1000公里續航,而采用磷酸鐵鋰時,系統能量密度也將超過160Wh/kg。

在相同電芯化學體系和同等電池包尺寸下,麒麟電池能量密度相比圓柱4680電池系統要高13%。與4680電池相比,“麒麟電池”屬于方形電池,采用無模組設計,是將成百上千個電芯直接布置于箱體,省去了多個電芯組裝成模組的環節。相比于此前的電池包模式,CTP方案能將電池包的空間利用率提高15%~20%,電池組零部件數量減少40%,生產效率提高50%,也能有效降低電池成本。

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而上一次在電池領域引發廣泛關注的新產品發布便是特斯拉的4680大圓柱電池。4680電池是一款直徑46毫米、高80毫米的大圓柱電池,具有續航里程高、成本低的優勢,為特斯拉未來的主導電池技術路線。對于4680電池,特斯拉CEO埃隆?馬斯克曾直言,這種電池是技術上的“巨大突破”,將使他的公司生產售價2.5萬美元的電動汽車成為可能。

麒麟電池在未來不可避免要與圓柱4680電池系統短兵相接、一較高下。

01 寧德時代的電池疊變

寧德時代CTP(Cell to Pack)歷經三代,結構不斷簡化。

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2019年的法蘭克福車展上,寧德時代首次發布公司的第一代CTP技術,續航500km+,系統能量密度180Wh/kg+,代表車型是北汽EU5 和蔚來系列100kWh包,其本質是去掉模組的側板。;CTP2.0 于2021 年推出,續航600km+,系統能量密度200Wh/kg+,代表車型是蔚來系列的75kWh 包,其本質是再去掉模組的兩個端板,利用箱體上的縱橫梁來代替端板。

而此次推出的CTP3.0,續航可達1000km,系統能量密度250Wh/kg+,其本質是進一步去掉箱體上的縱梁或橫梁,利用兩個電芯之間的水冷板和電芯本體來實現結構上的需求。其特點如下:

1/ 突破功能邊界,將橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一

麒麟電池整合使用需求,將橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一,集成為多功能彈性夾層。夾層內置微米橋連接裝置,配合電芯呼吸進行自由伸縮,提升電芯全生命周期可靠性。而電芯與多功能彈性夾層組成的一體化能量單元,在垂直于行車方向上構建更穩固的受力結構,提高了電池包抗振動、沖擊能力。

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2/ 重塑空間結構,釋放6%能量空間

寧德時代以精準計算與AI模擬仿真探索麒麟電池全生命周期應用場景的設計邊界。麒麟電池采用導致電芯的方式,獨創底部空間共享方案,將結構防護、高壓連接、熱失控排氣等功能模塊進行智能分布,釋放6%的能量空間。相比魔方電池躺式電芯,空間利用率更高,實現了72%的超高電芯空間利用率。

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3/ 顛覆傳統水冷,換熱面積擴大四倍

寧德時代通過將水冷功能置于電芯之間,使換熱面積擴大四倍。這項全球首創的電芯大面冷卻技術,將電芯控溫時間縮短至原來的一半,支持5分鐘快速熱啟動及10分鐘快充至80%。在極端情況時,電芯可急速降溫,有效阻隔電芯間的異常熱量傳導,有效提升電芯的壽命和安全性。因此,麒麟電池實現了全化學體系的熱穩定、熱安全,從而適配更高能量密度的材料升級。

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02 大圓柱4680的堅守

從目前單體電芯的技術分類來看,主要包括圓柱、軟包以及方形電池。其中,圓柱的優勢在于較高的生產效率/較低生產成本(vs. 軟包較高的單體電芯能量密度與安全性,方形較長的使用周期),而圓柱的劣勢則主要包括相對較低的單體電芯能量密度與安全性(vs. 軟包與方形較低的生產效率/較高生產成本,方形相對較低的單體電芯能量密度與安全性)。

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目前市場情況來看,圓柱電池盛行海外,國內滲透率較低,方形電池則是國內主導,海外占比低于國內。軟包電池則受益于歐洲新能源車崛起,由全球先進的智能電池科技公司遠景動力開創,同LG 化學等企業一同發揚光大。

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全球范圍內,對于圓柱電池情有獨鐘且仍在堅守的大型車企,便是特斯拉。

2008 年起,松下牽手特斯拉,強強聯合,為特斯拉獨供松下18650 圓柱型電池,正式開啟了圓柱形鋰電池應用于純電動車的時代。隨后,在特斯拉的引領下,松下不斷升級電池技術,從18650 到21700,最終在2020 年9 月特斯拉在電池日首次發布了4680 電池,并宣稱實現了多項技術指標提升:續航里程提升16%,充放電功率是21700 電池6 倍、能量是21700電池5 倍,而成本可以下降14%。

盡管現在的特斯拉,已經應用了大量的方形電池(寧德時代在2020年就已開始向特斯拉供貨方形電池),而且占比越來越大,但是它作為圓柱電池路線的支持者的烙印,相當深刻。而對于4680電池,特斯拉CEO埃隆?馬斯克曾直言,這種電池是技術上的“巨大突破”,將使他的公司生產售價2.5萬美元的電動汽車成為可能。

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4680 大圓柱是電池形態的改進和創新,在電芯設計方面能夠不斷降本增效,提升技術指標,同時能夠在整車層面實現和CTC、一體化壓鑄的整合,在制造層面大幅降本,實現“極限”制造。其主要具有以下特點:

1/ 4680 和能量密度更高的高鎳三元正極、硅基負極相得益彰,更加適配高能量密度路線。

2/ 結構簡化,系統能量密度提高。換算后,4680 單體電芯的能量密度能達到283W/kg,高于21700,組裝成模組和電池包后,能夠減少面積、提升容量。

3/ 快充性能大幅提高。以通過創新“無極耳”(tabless)設計,降低電流距離,實現內阻下降,解決發熱問題。4680 大圓柱能夠在20 分鐘內完成從10%到80%SOC 的快充。

業界專業人士認為,理論上,圓柱電芯的技術成熟度最高,但實際上相比18650和21700,4680量產難度非常大。其次,同等化學體系下,大圓柱電芯的空間利用率要比方形電芯低很多。某電池企業負責人舉了一個例子,同樣一個電池包,磷酸鐵鋰大圓柱電芯只能放進入50度電,如果是放方形電芯,則可以裝到80度電。此外,目前圓柱電芯都采用的是側面冷卻,傳統方式散熱困難。

因此,4680電芯雖然在能量密度、快充性能等方面有突出優勢,但是安全性挑戰大,生產難度幾何級上升。而且,對于車企來說,圓柱電池的成組難度很高,如果不具備圓柱電池的成組技術,其成本優勢很難發揮。

03 未來,電池技術將繼續“百花齊放”

根據彭博新能源財經 (BNEF) 最新的年度長期電動汽車展望(EVO),乘用電動車(EV)的銷售將在未來幾年內迅速增長,從2021年的660萬輛上升到2025年的2100萬輛。在經濟轉型方案中,2035年電動乘用車的數量將達到4.69億輛,在凈零方案中,同一日期的電動車數量將躍升至6.12億輛。在強勁的需求下,全球主要動力電池廠紛紛擴大產能。

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招商證券分析師馬宏圖認為,目前動力電池技術處于“百花齊放”的階段。除了全固態電池還需要若干年的努力才能實現商業化量產之外,從材料上看,高鎳電池、無鈷電池、無鎳無鈷電池、果凍電池等已經相繼開始研發或發布;從外形上分類,比亞迪刀片電池已經量產,大圓柱電池、麒麟電池也即將量產應用。多種技術路線的競爭,既可以相互激勵,加速創新發展,也有利于實現市場層面的洗牌和淘汰,從而使真正優秀的產品脫穎而出。

華東汽車新材料技術研究院研究員林澍文在接受媒體采訪時表示:“在未來一段時間內,大圓柱電池有可能與方形電池共存。在目前技術條件下,兩種電池都有各自適用的場景,有望共同成為主流,正如目前三元鋰電池磷酸鐵鋰電池共存一樣。為用戶減少焦慮的多種技術探索都是有價值的。”

電池是第三次能源革命的動力,電池的革命促進新能源汽車的發展。多種電池技術的創新與競爭才能助力產業高質量發展,未來我們還將看到“百花齊放”的格局下,動力電池在材料和結構的更多創新。

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