目前動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)展如何？

2021年6月30日，由長(zhǎng)城汽車主辦的“引領(lǐng)低碳轉(zhuǎn)型 驅(qū)動(dòng)綠能戰(zhàn)略——長(zhǎng)城汽車第8屆科技節(jié)碳中和論壇”在保定電谷國(guó)際酒店舉行。會(huì)上，長(zhǎng)城汽車邀請(qǐng)了寧德時(shí)代和國(guó)軒高科相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行分享，再加上長(zhǎng)城控股體系下的蜂巢能源，剛好可以理一下主流代表企業(yè)在電池各項(xiàng)代表技術(shù)上的進(jìn)展情況。

《電動(dòng)汽車觀察家》從電池材料體系、固態(tài)電池技術(shù)進(jìn)展、集成化路線、長(zhǎng)壽命、低溫性能、快充情況、智能化等多角度探討動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)展。

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材料體系演進(jìn)

從去年來(lái)，磷酸鐵鋰電池占比大幅回升，低鈷、無(wú)鈷電池和固態(tài)電池的消息也是此起彼伏，電池技術(shù)仍在小幅快速迭代。

（1）磷酸鐵鋰仍有前景

寧德時(shí)代新能源科技有限公司技術(shù)副總裁、工程總監(jiān)項(xiàng)延火表示，寧德時(shí)代規(guī)劃三代磷酸鐵鋰電池，支撐電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程400—600+公里。

目前寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰電芯能量密度在180-200Wh/kg區(qū)間內(nèi)，體積能量密度可以做到350-450Wh/L，下一代磷酸鐵鋰電芯的能量密度在210-230Wh/kg，體積能量密度在450-500Wh/L之間。

寧德時(shí)代化學(xué)體系路線圖

深耕磷酸鐵鋰的還有國(guó)軒高科。

1月份，國(guó)軒高科在第十屆科技大會(huì)暨供應(yīng)商大會(huì)上發(fā)布，單體能量密度達(dá)到210Wh/Kg磷酸鐵鋰的軟包電芯，當(dāng)時(shí)的規(guī)劃是明年量產(chǎn)。

國(guó)軒高科主要采用了自主研發(fā)高性能LFP正極材料、硅負(fù)極材料，以及預(yù)鋰化技術(shù)之后的成果。

甚至，國(guó)軒高科宣稱其磷酸鐵鋰電芯已超過(guò)了常規(guī)NCM523電池的水平，接近NCM622的能量密度。但是它更加安全，市場(chǎng)應(yīng)用前景更加可觀。

雖然蜂巢能源是以三元電池技術(shù)亮相市場(chǎng)，但是如今其在磷酸鐵鋰電池領(lǐng)域的布局占比也很大。

根據(jù)蜂巢能源董事長(zhǎng)兼CEO楊紅新的預(yù)測(cè)，明年蜂巢能源磷酸鐵鋰電池的產(chǎn)量占比大概在40%左右，與三元占比基本差不多。

在長(zhǎng)城科技節(jié)的展廳里，從蜂巢能源的電芯技術(shù)路線圖看，2020年底，他們已經(jīng)做到磷酸鐵鋰正極+石墨負(fù)極170Wh/Kg的能量密度，2022年做到200Wh/Kg，2023年負(fù)極通過(guò)添加硅可以做到230Wh/Kg。

蜂巢電芯技術(shù)路線圖 

可見(jiàn)，主流電池企業(yè)都有深耕磷酸鐵鋰電池的規(guī)劃。

（2）三元低鈷、無(wú)鈷化發(fā)展

與磷酸鐵鋰電池不同，三元電池的主要瓶頸是價(jià)格，降低價(jià)格起伏最大的鈷是企業(yè)的共同愿望。

寧德時(shí)代也有無(wú)鈷電池的規(guī)劃，不過(guò)從寧德時(shí)代會(huì)上的ppt上看，其無(wú)鈷的亮相會(huì)在2024年左右，能量密度要做到250Wh/kg以上。

合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源有限公司高級(jí)副總裁徐興無(wú)則認(rèn)為鈷還是必要的，“鎳是提高容量的，鈷是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，提升導(dǎo)電性能，用錳來(lái)取代鈷的話電導(dǎo)率比較低，綜合能量密度不高，循環(huán)也不太好他們希望找到一個(gè)平衡點(diǎn)，降鈷但不是降到零?！?/span>

徐興無(wú)將這種低鈷材料電池稱為多元低鈷的三元材料，降鈷提錳，目標(biāo)是將鈷降到1%的水平，基本上維持現(xiàn)有的性能沒(méi)有太大變化，或者說(shuō)不能太差。

國(guó)軒高科低鈷三元

在無(wú)鈷電池方面，進(jìn)展最快的當(dāng)屬蜂巢電池。他們無(wú)鈷電池搭載的車型8月份成都車展就會(huì)發(fā)布。這也是全球第一款搭載無(wú)鈷電池的整車。

此外，蜂巢正在為長(zhǎng)城開(kāi)發(fā)兩款無(wú)鈷電池，明年各家車企加在一起會(huì)有4-5款車型使用無(wú)鈷電池。

蜂巢無(wú)鈷“短刀片”電池

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固態(tài)電池應(yīng)用仍有距離

從技術(shù)路線上看，再遠(yuǎn)一點(diǎn)最可能落地的是固態(tài)電池。

不過(guò)，寧德時(shí)代方面希望推出的是全固態(tài)電池，所以他們認(rèn)為全固態(tài)電池真正量產(chǎn)是時(shí)間點(diǎn)在2028年或者2030年。

項(xiàng)延火表示，在此期間，他們也在研究其他技術(shù)，例如無(wú)稀有金屬電池和鋰空電池技術(shù)等。

國(guó)軒高科在固態(tài)電池方面也有布局，不過(guò)徐興無(wú)也坦言，難度很大。

“完全靠固態(tài)電池，導(dǎo)電率還沒(méi)有達(dá)到液態(tài)的水平，界面很難解決，所以采取折中的辦法?！?/span>

折中的辦法就是固液混合的電解質(zhì)，或者說(shuō)是半固態(tài)電池，業(yè)內(nèi)大部分企業(yè)的固態(tài)電池都處于這一階段。

目前國(guó)軒高科半固態(tài)電池主要于以安全為主，性能方面能夠做到610Wh/L、300Wh/kg、循環(huán)1000次的程度，安全性可以滿足高端客戶的需求。

資料來(lái)源：國(guó)軒高科ppt

2023年，國(guó)軒高科進(jìn)入高性能固態(tài)電池發(fā)展階段，目標(biāo)是2025年后做出能量密度方面超過(guò)800Wh/L、超過(guò)400Wh/kg、循環(huán)800次的全固態(tài)電池，采用富鋰材料、硫系或其他正極材料，負(fù)極方面采用鋰負(fù)極及界面修飾技術(shù)。

蜂巢能源也在研發(fā)全固態(tài)電池?！傲蚧?，氧化物兩個(gè)體系都在做，但說(shuō)實(shí)話挑戰(zhàn)非常大?！睏罴t新說(shuō)。

根據(jù)蜂巢無(wú)錫118創(chuàng)新中心展示的宣傳圖片，他們的計(jì)劃是2021年底產(chǎn)出第一代、復(fù)合電解質(zhì)固態(tài)電池，能量密度在250-300wh/kg，2030年底做出第四代、全固態(tài)電解質(zhì)的電池，能量密度在450-500wh/kg。

蜂巢固態(tài)電池規(guī)劃 

蜂巢雖然也有半固態(tài)電池產(chǎn)品的技術(shù)儲(chǔ)備，但是楊紅新表示，對(duì)于半固態(tài)電池的商業(yè)化前景還無(wú)法判斷?！艾F(xiàn)在我們找不到半固態(tài)電池的核心賣點(diǎn)在哪里?！?/span>

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集成化路線：殊途同歸

除了電池材料，電池集成技術(shù)也在不斷發(fā)展。

項(xiàng)延火介紹說(shuō)，在2019年之后，寧德時(shí)代大部分產(chǎn)品都是采用CTP集成技術(shù)，分別開(kāi)發(fā)出了能量密度180-200Wh/kg的電池系統(tǒng)。從遠(yuǎn)期來(lái)看，寧德時(shí)代是希望將電芯和底盤集成在一起。“第一代CTC集成產(chǎn)品預(yù)計(jì)在2025年前后進(jìn)行量產(chǎn)，更智能化CTC產(chǎn)品預(yù)計(jì)2028-2030年左右推出市場(chǎng)應(yīng)用?！?/strong>

寧德時(shí)代電池系統(tǒng)集成化路線圖

蜂巢能源也采用CTP集成技術(shù)，原理與寧德時(shí)代基本相似。蜂巢能源對(duì)外宣傳的數(shù)據(jù)是，與傳統(tǒng)590模組相比，蜂巢CTP第一代減少24%的零部件，第二代成組效率提升5-10%，空間利用率提升5%，零部件數(shù)量再減少22%。

長(zhǎng)城汽車PACK集成路線圖

同樣根據(jù)長(zhǎng)城科技節(jié)上的展覽，長(zhǎng)城汽車公布的PACK集成技術(shù)路線圖看，他們?cè)?021年左右就將實(shí)現(xiàn)采用蜂巢“刀片電池”的CTP技術(shù)，到2023年中實(shí)現(xiàn)第一代CTC技術(shù)，2026年實(shí)現(xiàn)PACK與整車深度集成，電池包能量密度可達(dá)300+Wh/Kg。這意味著同樣體積的乘用車，續(xù)航里程比現(xiàn)在大約翻一倍。

國(guó)軒高科的集成技術(shù)與這三家有所差異。

國(guó)軒高科的技術(shù)叫做JTM（Jelly Roll to Module，從卷芯到模組），是直接用卷芯放在模組里面，一次完成制作。

徐興無(wú)表示，這種工藝非常簡(jiǎn)單，成本低，制造過(guò)程簡(jiǎn)單，易形成標(biāo)準(zhǔn)化。不管走大眾MEB平臺(tái)，還是適度柔性大模組概念，都能適用?！熬拖褡冃谓饎?，基本上95%都能夠通過(guò)我們這種方式做到刀片電池的水平，他們的能量密度我們也能達(dá)到，殊途同歸?！?/span>

JTM的最大不同，就是從卷芯直接到模組的一體化制造技術(shù)。JTM產(chǎn)品采用了特殊材料和工藝制作的塑殼，以及更加高效集成的成組技術(shù)，使它以簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)的合成理念，真正實(shí)現(xiàn)了從原材料，直接制備模組或電池包的最終目的。

國(guó)軒高科JTM電池 

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長(zhǎng)壽命電池

鋰離子電池在使用過(guò)程中面臨的一大問(wèn)題就是衰減嚴(yán)重。

寧德時(shí)代在技術(shù)研發(fā)方面，也在致力于推出超長(zhǎng)壽命電池。

2020年6月，寧德時(shí)代對(duì)外表示，其研發(fā)出了電池采用自修復(fù)長(zhǎng)壽命技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)16年超長(zhǎng)壽命或200萬(wàn)公里行駛里程，成本較現(xiàn)有電池增加不到10%。

這種電池在循環(huán)1500次之后，仍然是“零”衰減。

寧德時(shí)代長(zhǎng)壽命電池 

項(xiàng)延火表示，寧德時(shí)代打造超長(zhǎng)壽命技術(shù)，為的是解決續(xù)航里程痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品保值和增值。

徐興無(wú)也表示，國(guó)軒高科目前也在研發(fā)循環(huán)壽命在1萬(wàn)次以上的長(zhǎng)壽命電池。他也認(rèn)為，這為電池的梯次利用留下了巨大空間。

蜂巢能源在長(zhǎng)壽命電池方面沒(méi)有較多的宣傳，不過(guò)其去年發(fā)布的款無(wú)鈷電芯，其中E平臺(tái)的電池主要應(yīng)用在中等里程車型中，電芯循環(huán)壽命可達(dá)到4000次以上。蜂巢的無(wú)鈷電池可支持電動(dòng)汽車行駛800公里以上，使用壽命超過(guò)15年120萬(wàn)公里。

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低溫性能

對(duì)于動(dòng)力電池的另一個(gè)弱點(diǎn)，低溫性能差，也是這些企業(yè)著力攻克的技術(shù)之一。

項(xiàng)延火介紹說(shuō)，他們通過(guò)電芯性能的提升，可以使電池在功率、能量保持率上都有所提升，可以提升5%-8%的敘事里程。

此外，寧德時(shí)代還會(huì)在系統(tǒng)層面疊加自加熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2~5度每分鐘的速熱，這樣的話能夠在-30度的環(huán)境下，只消耗四五個(gè)點(diǎn)的電量，達(dá)到與常溫接近的電池系統(tǒng)的能量。

寧德時(shí)代電池加熱技術(shù)

國(guó)軒高科低溫性能的改進(jìn)，主要集中在前沿電解液的開(kāi)發(fā)上。在國(guó)軒高科第十屆科技大會(huì)上，其工程研究總院院長(zhǎng)蔡毅就透露了，國(guó)軒高科在新電解液配方上的進(jìn)展，“國(guó)軒新電解液配方能夠提升鐵鋰電池低溫性能超過(guò)20%；三元電解液新配方能夠幫助高溫直流內(nèi)阻下降10%；前沿凝膠電解質(zhì)已經(jīng)通過(guò)客戶安全針刺實(shí)驗(yàn)?！?/strong>

不過(guò)蔡毅表示，電解液項(xiàng)目成果需要兩年后才能看到。

蜂巢沒(méi)有集中介紹過(guò)低溫性能，但是楊紅新透露，之所以推出磷酸鐵鋰，也是因?yàn)樗牡蜏匦阅鼙却饲耙呀?jīng)大為改善。另外，蜂巢也在研發(fā)一項(xiàng)電池加熱技術(shù)，將有效改善低溫性能。

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快充：10分鐘400公里

消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車的訴求，是能做到與燃油車類似的體驗(yàn)，因此在充電速度上，希望能夠快一點(diǎn)，再快一點(diǎn)。

寧德時(shí)代目前在快充產(chǎn)品上，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了2C-5C系列的產(chǎn)品，2C的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)20分鐘、4C的產(chǎn)品就能夠?qū)崿F(xiàn)10分鐘，5C的產(chǎn)品可能就5~8分鐘，就能夠跑要400公里的訴求。

寧德時(shí)代超快充技術(shù)

蜂巢能源正在開(kāi)發(fā)快充型產(chǎn)品，壽命提升33%，能量密度也可以得到提升，充電時(shí)間縮短62%。而且，“這款產(chǎn)品最快也會(huì)在2022年初就會(huì)上市?！?/span>

蜂巢的快充，為了滿足10分鐘的快充目標(biāo)，蜂巢能源在電池體系上進(jìn)行了大量技術(shù)優(yōu)化，例如前驅(qū)體定向生長(zhǎng)精準(zhǔn)控制技術(shù)、多梯度立體摻雜技術(shù)、柔性包覆技術(shù)等多種技術(shù)，并結(jié)合電解液的改進(jìn)和仿真等技術(shù)制定出最優(yōu)的快充策略。

蜂巢還將繼續(xù)加大快充電池的研發(fā)，計(jì)劃未來(lái)提升電池能量密度至250Wh/kg，電池容量大于160Ah。

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智能化電池管理系統(tǒng)

要實(shí)現(xiàn)電池的更方面均衡，還要有一個(gè)智能的電池管理系統(tǒng)。

在這方面，寧德時(shí)代和蜂巢能源都有一些成果對(duì)外展示。

寧德時(shí)代打造的數(shù)字化電池（iD-PACK），包含智能算法、電池包模型分析、域控制器、殘值評(píng)估、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、車云結(jié)合，將動(dòng)力電池的全生命周期納入管理。

寧德時(shí)代iD-PACK

蜂巢能源則是建立了蜂云平臺(tái)，來(lái)做電池安全監(jiān)控。

目前，這一平臺(tái)由蜂巢能源聯(lián)合清華大學(xué)開(kāi)發(fā)，提前2個(gè)月的預(yù)警內(nèi)短路，保障電池系統(tǒng)安全，并對(duì)電池進(jìn)行云端析鋰分析、云端缺陷電池分析和殘值評(píng)估。

楊紅新介紹，這一平臺(tái)目前監(jiān)控了9萬(wàn)輛電動(dòng)汽車，分析數(shù)據(jù)超過(guò)16億條，具備20多項(xiàng)監(jiān)控項(xiàng)目。

整體來(lái)看，三家電池企業(yè)的技術(shù)進(jìn)展大致相同，只是在某些技術(shù)領(lǐng)域各有側(cè)重。相同的是，三家企業(yè)對(duì)磷酸鐵鋰的前景非?？春谩?duì)固態(tài)電池都表示了樂(lè)觀但謹(jǐn)慎的態(tài)度；但是對(duì)電池是否要做到無(wú)鈷存在一定分歧，在長(zhǎng)壽命、快充、低溫等瓶頸技術(shù)上，都在各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域內(nèi)攻堅(jiān)克難。

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