動力電池是新能源汽車的核心零部件,約占新能源汽車整車成本的40%,因此動力電池的技術(shù)進(jìn)步與成本下降對于新能源汽車的推廣具有決定作用。
自2021年起,新能源汽車市場需求進(jìn)入爆發(fā)期,對動力電池的需求也快速增長。2011年全球動力電池出貨量只有1.08GWh,而到了2022年全球動力電池出貨量已經(jīng)達(dá)到518GWh,十年增長480倍,年度復(fù)合增長高達(dá)85%。隨著新能源汽車需求量的持續(xù)增長,可以預(yù)期對于動力電池的需求將繼續(xù)保持高速增長。
車用動力電池從最早的鉛酸蓄電池逐步發(fā)展到現(xiàn)階段鋰離子電池占有90%以上的份額,主要的推動力是電池能量密度的提升以獲得更長的續(xù)航里程,隨著鋰離子電池的能量密度越來越接近理論極限,下一階段電池的發(fā)展方向會更多的兼顧安全可靠性的改進(jìn)、成本的下降、充電時間的縮短等需求的滿足。從電池結(jié)構(gòu)角度,基于鋰離子的固態(tài)電池的發(fā)展是主要方向,而能夠顯著降低成本的鈉離子電池,雖然能量密度偏低,但是在某些特定車型上依然具有發(fā)展前途。從電池結(jié)構(gòu)角度,越來越多的企業(yè)采用CTP、CTC、以及進(jìn)一步的CTB轉(zhuǎn)變,以期在成熟的鋰離子電池框架中進(jìn)一步提升動力電池的性能表現(xiàn)。
由于新能源汽車動力電池中,原材料成本占據(jù)了非常高的比例,因此其規(guī)模生產(chǎn)的成本下降效應(yīng)不同于傳統(tǒng)汽車行業(yè)依賴規(guī)?；a(chǎn)帶來的單位成本下降,更多的是需要通過技術(shù)的優(yōu)化和設(shè)備的提升才能實現(xiàn)。例如在鋰電池整體成本中占8%左右的銅箔,采用4.5um、6um、 8um 鋰電銅箔的單位用銅量分別為 0.47、0.62、0.83 kg/kWh。國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)基本普及6um銅箔,部分領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)在批產(chǎn)4.5um銅箔的鋰離子電池。與8um銅箔比較,6um銅箔的用銅量可以下降接近20%,4.5um銅箔的用銅量可以下降30%以上。
由于受到成本、安全性、上游原材供應(yīng)的制約,越來越多的企業(yè)開始在結(jié)構(gòu)層面進(jìn)行創(chuàng)新。在現(xiàn)有電池材料不變的基礎(chǔ)上,通過電池模組結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,實現(xiàn)能量密度的升高、安全可靠性的提升,和成本下降的平衡。從傳統(tǒng)的CTM(Cell to Module)模式轉(zhuǎn)向JTM(Jelly Roll to Module),易于實現(xiàn)模組的標(biāo)準(zhǔn)化,在實現(xiàn)工藝過程的簡化和成本下降的同時,也便于未來梯次利用,提高電池的殘余價值。寧德時代推出的麒麟電池和比亞迪推出的刀片電池,都可以看做CTP(Cell to Pack)的概念延伸,能夠增加體積利用率近20%,同時減少40%零部件和提升50%生產(chǎn)效率。而下一代技術(shù)發(fā)展的方向CTC(Cell to Chassis)則是將電芯直接集成于汽車底盤,可以顯著降低車重,提高結(jié)構(gòu)效率。特斯拉就是計劃采用“CTC+一體化壓鑄”方案,實現(xiàn)車身減重10%,電池體積減少10%,單位電池成本下降70%,續(xù)航提升15%的目標(biāo)。
綜上所述,現(xiàn)階段新能源汽車動力電池的技術(shù)采用兩條腿走路,一方面通過固態(tài)電池、材料優(yōu)化等方式,提升電池材料的性能,進(jìn)而降低成本、提升性能與安全性;另一方面,通過電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,將現(xiàn)有電池的潛力充分挖掘,在成熟的鋰離子電池基礎(chǔ)上,實現(xiàn)整車性能的進(jìn)一步提升。殊途同歸,這些不同的動力電池技術(shù)路線都將有效提升新能源電池汽車的性能與安全性,進(jìn)一步擴大新能源汽車的市場。
