疊片短刀、46大圓柱電池，正基于品質(zhì)、效率、安全和成本爭奇斗艷，共同助力鋰電大規(guī)模制造時代到來。
日前，特斯拉在《宏圖(第三篇章)》活動中表示，地球要走向完全可持續(xù)能源之路需要240TWh電池，且大規(guī)模發(fā)展電動汽車是其中關(guān)鍵一環(huán)，特斯拉的目標(biāo)是2030年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)2000萬輛汽車。
特斯拉認(rèn)為，電動汽車要大規(guī)模制造就需要做到極致效率、極致降本以及極致規(guī)模。例如，特斯拉表示將繼續(xù)減少車身零部件數(shù)量，把車身分解為幾個部分，并采用一體化壓鑄技術(shù)。其中，電池將是底盤的一部分，將座椅放在底盤上是比較合理的方式，也就是CTC技術(shù)。
高度標(biāo)準(zhǔn)化的4680大圓柱電池，是特斯拉基于CTC整車集成在電池方面的創(chuàng)新，同時該電池在制造效率、能量密度、極致安全和降本方面的優(yōu)勢，引發(fā)全球整車和電池廠高度關(guān)注，被認(rèn)為具備與方形電池分庭抗禮，是中高端電動車型終極路線之一。
而從全球來看，除了特斯拉極致探索的大圓柱電池，包括寧德時代、蜂巢能源、比亞迪、億緯鋰能、孚能科技等電池企業(yè)，在追求極致效率、極致降本和極限性能上，也是一往無前，成果豐碩。事實(shí)上，過去幾年，中國企業(yè)在鋰電池材料、結(jié)構(gòu)、工藝、裝備領(lǐng)域的創(chuàng)新此起彼伏，無論是在創(chuàng)新的數(shù)量還是質(zhì)量方面，中國已經(jīng)成為全球鋰電池技術(shù)創(chuàng)新最大的策源地和技術(shù)風(fēng)向引領(lǐng)者。
作為新的技術(shù)路線，大圓柱電池?zé)o疑是電池領(lǐng)域的“當(dāng)紅炸子雞”，尤其是其兼顧了化學(xué)體系創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新兩方面的需求，被認(rèn)為是中高端新能源動力技術(shù)路線理想解決方案之一。
但就主流的方形電池來看，其技術(shù)迭代同樣可圈可點(diǎn)。數(shù)據(jù)上來看，2022年中國市場動力電池裝機(jī)量約為302.3GWh，其中方形電池裝機(jī)273.9GWh，占比90.6%，方形電池依然是行業(yè)主流路線，而且長期處于絕對主導(dǎo)地位。事實(shí)上，基于電池形態(tài)的創(chuàng)新上，方形電池技術(shù)迭代、工藝創(chuàng)新、降本方案和效率追求依然是電池廠商和整車的主導(dǎo)方向。如去年亮相的麒麟電池、龍鱗甲電池、CTB電池、問頂電池等創(chuàng)新產(chǎn)品均基于方形電池，足可見方形電池的迭代創(chuàng)新密度更高，背后是方形電池在動儲領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模和技術(shù)趨勢所決定的。
極限性能：長薄化大容量電池成方形電芯趨勢
隨著新能源汽車和儲能市場的發(fā)展愈發(fā)成熟，大容量、高安全、長壽命、低成本的大電芯逐漸成為趨勢，方形電池縮小了電芯的縫隙，在提升安全、能量密度和電池容量方面有優(yōu)勢。目前國內(nèi)主流車企，以及大眾、福特、現(xiàn)代、豐田等海外車企均主要采用方形電芯封裝。
基于應(yīng)用端大電芯需求，刀片化電芯逐漸成為趨勢。蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新表示，蜂巢能源已重點(diǎn)布局電動全域短刀化，涵蓋從L300-L600的全尺寸短刀電池產(chǎn)品，覆蓋從無鈷、三元到磷酸鐵鋰全域化學(xué)體系。蜂巢能源的目標(biāo)是，未來將短刀電池打造成為最具競爭力的代表性產(chǎn)品。
對于為何開發(fā)短刀，蜂巢能源給出的思路是：基于電芯性能發(fā)揮、尺寸兼容性、規(guī)模化制造要求等多個維度的綜合考量結(jié)果。
從電芯性能的發(fā)揮上來看，L600短刀磷酸鐵鋰電芯在能量密度、安全性、循環(huán)壽命等表現(xiàn)上都有非常明顯的優(yōu)勢。電芯能量密度達(dá)到185Wh/kg，另外其兩側(cè)出極柱的電芯設(shè)計(jì)，可支持pack環(huán)節(jié)采用上下雙水冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2C~4C快充性能，滿足800V高壓電氣架構(gòu)高端車型應(yīng)用，同時與CTC全新技術(shù)具有更好匹配性。
在兼容性方面，L600短刀片磷酸鐵鋰電芯長薄化設(shè)計(jì)，突顯疊片工藝電池優(yōu)異性能，支持切換590標(biāo)準(zhǔn)模組，實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)方案靈活變化，以高標(biāo)準(zhǔn)化、靈活性的特點(diǎn)可最大化降低電池包的設(shè)計(jì)難度，實(shí)現(xiàn)A00-D級車型的全覆蓋。
安全性能方面，短刀電芯通過尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，長度增加，厚度減薄，在散熱、膨脹、能量密度上更具優(yōu)勢，同時本身還可以作為結(jié)構(gòu)件，增強(qiáng)電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
除了蜂巢能源，近兩年弗迪電池、億緯鋰能、中創(chuàng)新航、欣旺達(dá)等企業(yè)的方形電池也普遍長薄化。
極致效率：效率提升推動制造成本大幅降低
業(yè)內(nèi)預(yù)測，今年中國市場新能源汽車產(chǎn)量有望達(dá)到900萬輛，疊加儲能市場爆發(fā)式增長，鋰電池需求將保持高增長態(tài)勢，迫切需求鋰電高效率、大制造的到來。
46系列大圓柱電池之所以受到業(yè)界普遍關(guān)注，原因之一是其制造效率較現(xiàn)有電池產(chǎn)線可以提升30%，制造成本優(yōu)勢明顯，契合鋰電大規(guī)模制造時代需求。
方形電池方面，長薄刀片電芯+高速疊片工藝正成為方形電池發(fā)展的主流趨勢，但前期囿于疊片效率較低，長薄電芯的高成本一直是業(yè)界一大難題。
去年12月，蜂巢能源在其電池日上對外發(fā)布了“飛疊技術(shù)”。該技術(shù)使得方形電池疊片效率達(dá)到0.125s/片，較2019年第一代疊片電池0.6秒/片的效率提升了3倍。同時，在效率翻倍提升的同時，設(shè)備占地面積減少了45%，實(shí)現(xiàn)效率極致提升和大幅降本。
據(jù)悉，第三代“飛疊”技術(shù)還集成了極片放卷、裁切、熱壓功能、疊片 CCD 在線監(jiān)測、HI-POT在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)單片不良全檢。在一致性方面，采用創(chuàng)新壓刀結(jié)構(gòu)，疊片對齊精度提升，制造良率有了明顯改善。
蜂巢能源用了3年的時間，將疊片的核心壁壘攻克，破解了長薄電芯的成本痛點(diǎn)，也得以讓大容量長薄電芯的多種優(yōu)勢得以在更大層面普及應(yīng)用。
基于對極致效率的追求，蜂巢能源已經(jīng)開始開發(fā)效率更高的下一代疊片設(shè)備。
作為重資產(chǎn)投入產(chǎn)業(yè)，制造效率的大幅提升無疑會大幅攤薄產(chǎn)品成本，同時也可更好滿足TWh時代的電池需求。蜂巢能源在長薄電芯疊片工藝上的突破，無疑將掀開方形電芯的更大市場藍(lán)圖。
從整車視角來看，提升電池系統(tǒng)體積利用率，可以在同等電池包情況下裝載更多電量，是提升整車?yán)m(xù)航的有效路徑;同時結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化，也是動力電池包成本下降的重要路徑之一。
大圓柱方面，特斯拉基于4680電池的系統(tǒng)體積利用率已經(jīng)做到63%。方形電池方面，基于系統(tǒng)層面的創(chuàng)新，去年5月，比亞迪發(fā)布CTB電池車身一體化技術(shù)，將電池包上蓋與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的車身底板集成，構(gòu)成上蓋、刀片電池、托盤的整車三明治結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)體積利用率提升至66%;寧德時代的麒麟電池，采用CTP 3.0技術(shù)，將系統(tǒng)體積利用率提升到72%;去年12月，蜂巢能源推出的龍鱗甲電池，創(chuàng)新采用了底部防爆閥和熱電分離設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)體積成組效率更是大幅提升至76%。
得益于76%的高體積成組效率，同等電池包下，采用磷酸鐵鋰電芯的龍鱗甲電池系統(tǒng)，續(xù)航超過800公里;采用高錳鐵鎳電芯續(xù)航超過900公里;采用高鎳三元電芯續(xù)航則超過1000公里。
另外，在材料層面，蜂巢能源自主研發(fā)的層狀無鈷材料已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，通過電化學(xué)體系優(yōu)化和疊片設(shè)計(jì)，有效地提高了電池性能;研發(fā)的“高錳鐵鎳”電池，能量密度比磷酸鐵鋰更高，且成本可控。
特斯拉CEO馬斯克表示，地球要走向完全可持續(xù)能源之路，大規(guī)模增加電動汽車的產(chǎn)量是有必要的，特斯拉的目標(biāo)是2030年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)2000萬輛新車。當(dāng)前，中國新車中電動汽車滲透率僅有30%，海外市場這一數(shù)據(jù)更低，動力電池市場空間巨大，疊加儲能市場需求，鋰電池需求將數(shù)倍于當(dāng)下，這就要求電池廠商持續(xù)加大技術(shù)創(chuàng)新能力，在制造效率、電池品質(zhì)、產(chǎn)線良率、降本和安全等維度持續(xù)探索。唯有具備扎實(shí)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝迭代、降本能力的企業(yè)，在全球鋰電產(chǎn)業(yè)新發(fā)展格局中站穩(wěn)腳跟。
