国内动力电池一哥,宁德时代技术路线来看,主要发展磷酸铁锂、中镍高电压、高镍三元和钠电池等几个技术路线。从市场角度,可简单分为高性价比和高能量密度两条技术路径。而近期发布的钠电池,则视为长远规划,是未来的新型路线。
比亚迪则以磷酸铁锂技术路线为主,目前也逐步开发高镍三元路线,供货给其它车厂使用。其中今年长安福特推出的Mach-E就是搭载了比亚迪提供的三元锂电池。国内的二线电池企业,中航锂电、国轩高科、亿纬锂能走磷酸铁锂和三元锂两个主流技术方向。
高性价比-磷酸铁锂
今年开始,磷酸铁锂电池市场逐步提升,甚至超越了三元锂。其最大的优点是原材料价格便宜,电池成本比三元锂要低不少,所以越来越多车企的新车型选择磷酸铁锂电池。近年电池技术的进步,磷酸铁锂电池的能量密度较以往有很大的提升,而且安全性更好,改善了电池性能短板后,市场反应积极,20万以内的家用新能源车型几乎都是搭载磷酸铁锂电池。
随着市场和需求的扩大,红利加快了技术的迭代,业界表示未来3-5年后,通过材料体系和制作工艺的提升,磷酸铁锂有望往质量能量密度在-Wh/kg(体积能量密度Wh/L-Wh/L)。从发展趋势,磷酸铁锂电池有望向更高级别的车型市场冲击。
高性能-高镍系列
基于消费市场对高续航能力的需求,高能量密度的电池凸显其重要性。做高容量电池,目前主要从两个技术入手,第一个是高镍体系,另一个是硅碳负极。
高镍为正极材料主流发展方向之一。镍含量的提高能够提升正极材料的克容量,从而提升电池能量密度。目前常见的NCM电芯能量密度普遍在-Wh/kg之间。但高镍低钴路线也有缺点,就是降低了电池的倍率性能和稳定性,电池企业需要在追求高能量密度和电池安全性之间取一个平衡点。
正极材料采用高镍低钴甚至无钴的路线后,下一个阶段轮到改进负极材料。在高镍电芯的负极导入硅碳负极。目前负极材料主要采用人造石墨或天然石墨材料,能量密度已经接近理论上限mAh/g,未来可提升的空间不大。而寻找新材料中,理论上限能量密度达mAh/g的硅材料成为了最佳替代材料之一,其原材料产业化的进程亦较为理想,可大规模量产。但纯硅作为负极材料时,由于体积膨胀大,在多次充放电会引起颗粒粉化、SEI膜重复生长消耗电解液,最后影响到电池的循环稳定性。为解决这个短板,科研人员采取了纳米化、复合化和体系匹配进行改良,成为目前行业最佳应用方案。
硅基负极材料其实早于年由日本的日立化成发明,日本、韩国的企业在该领域的技术较为领先。像日本的日立化成、信越化学,韩国的加德士、大洲等等,都是业内一流的企业。国内虽然起步比日韩晚,但整体产业技术在加速追赶,贝特瑞是国内最早量产硅基负极的企业,紧随后面的还有杉杉股份、中科电气、江西紫宸也具备较强的技术和量产能力。
钠离子电池有望成为动力电池技术路线的补充。它最大的优势是原材料成本低,地球已探明的钠资源是锂资源的倍,不担心资源短缺,有效避免资源卡脖子的问题。除了原材料丰富,钠离子还有安全性高,高低温环境下性能表现较好,倍率性好适合快充模式应用。但目前由于技术因素,钠离子电池的能量密度较低,与三元锂有较大差距,随着新的路线开发,以及产业链的逐渐发展,未来钠离子电池有望在技术、性能方面有大幅提升,要达到磷酸铁锂电池的水平还是有把握的。由于安全性和适温性较好,钠离子电池在储能领域和中低端纯电动车领域有市场潜力。
宁德时代曾在钠离子电池发布会上表示,目前国内的钠离子电池产业链仍在建设、发展中,有望在未来两年完成基本布局,三年后有望推出第二代钠离子电池,
CTP与大电芯
除了研发新材料和配方替换正负极材料外,CTP和大电芯亦是目前研发方向。提升电池内部材料的化学性能外,还从电池的物理方面做研发方向,通过做大电芯、做大模组尺寸乃至完全去除模组也是科研人员的研发方向。特斯拉自己主导研发的大圆柱电池就是代表之一,对比主流使用的,提高了能量密度,且降低了电池结构件的成本。除了特斯拉外、LG新能源、松下、以及国内的比克也早已布局大圆柱电池,并有望在短期内推出市场。
CTP(CellToPack)技术也称为无模组技术,现有两种不同的技术路线。第一种是取消模组的方案,可参考比亚迪的刀片电池。第二种是小模组整合为大模组的方案,可参考宁德时代的三元锂电池。两者的技术各有秋千,但大家都思路都是以提升电池PACK的内部空间利用率,增加带电量,同时减少了模组的各种零件,减轻了整个电池PACK的重量,提高了整体的能量密度。这种技术方向得到很多电池企业以及整车厂的认可,包括大众集团在自己研发的动力电池上已运用了相关CTP技术。
从多种不同的电池技术路线总结出,目前全球电动化趋势明显提速,动力电池生产企业和车企对电池性能的要求越来越高,随着市场规模的扩大和资本的涌入,加速了电池的迭代和技术创新。纵然有多种形态、材料配方、生产工艺的不同,但大前提都是以降低成本、提升电池能量密度为目标,且最大程度保障安全问题。
在新能源汽车市场高增长带动下,动力电池产业亦会加快发展的脚步,除了产能扩张外,技术制高点同样重要,动力电池领域未来的发展充满各种可能性,无论是固态电池、燃料电池、还是钠离子电池,都有自己适用的场景和市场,多种技术路线能给消费者最合适的选择,同时能最大限度的降低碳排放量,这也是全球推行电动化的目的。