鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：2172次 | 2018年11月02日
動(dòng)力電池能量密度提升的三個(gè)路徑
在補(bǔ)貼金額與電池系統(tǒng)能量密度掛鉤的壓力之下，國(guó)內(nèi)動(dòng)力企業(yè)都加緊了研發(fā)新一代高性能動(dòng)力電池的步伐。除了改進(jìn)原材料屬性提升電芯單體比能量之外，做大電芯規(guī)格增加容量成為了電池企業(yè)提升能量密度最直接的方式。
當(dāng)前所有的電池企業(yè)都在通過(guò)導(dǎo)入新材料、改進(jìn)制造工藝、優(yōu)化PACK結(jié)構(gòu)方案、進(jìn)行系統(tǒng)輕量化等方式提升電池能量密度，同時(shí)有多家電池企業(yè)宣稱(chēng)已有更高能量密度的電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，系統(tǒng)能量密度可以滿足最高補(bǔ)貼系數(shù)要求。
高工鋰電網(wǎng)通過(guò)梳理發(fā)現(xiàn)，目前電池企業(yè)在提升電池能量密度方面的方式都大同小異。其中，磷酸鐵鋰電池主要通過(guò)物理方式提升能量密度，而三元電池則正在向高鎳體系邁進(jìn)，而做大電芯單體尺寸增加容量成兩者共同選擇。
輕量化處理成普遍選擇
作為當(dāng)前國(guó)內(nèi)占據(jù)主要市場(chǎng)份額的兩大技術(shù)路線，磷酸鐵鋰電池和三元電池已經(jīng)分別在純電動(dòng)大巴、純電動(dòng)乘用車(chē)及專(zhuān)用車(chē)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)位置。由于新補(bǔ)貼政策將電池系統(tǒng)能量密度與補(bǔ)貼金額直接掛鉤，能量密度越高則獲得的補(bǔ)貼越多，這直接倒逼著電池企業(yè)盡快提升能量密度。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
由于磷酸鐵鋰電池在能量密度上存在較大短板，短期內(nèi)將系統(tǒng)能量密度提升到115wh/kg-120wh/kg的難度比較大，這直接給磷酸鐵鋰電池企業(yè)產(chǎn)生了極大的壓力。
“磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度要達(dá)到115wh/kg以上，單體電芯的質(zhì)量能量密度至少要達(dá)到150wh/kg以上，這對(duì)鐵鋰電池企業(yè)是個(gè)不小的壓力，對(duì)其材料供應(yīng)商在提升磷酸鐵鋰材料壓實(shí)密度和克容量方面也提出了更高的要求。”多位鐵鋰電池企業(yè)高層表示，實(shí)際上通過(guò)改進(jìn)材料性能以提升鐵鋰電池單體比能量的作用比較有限，更直接的方法還是做大電池尺寸、增加電池容量、減輕電池包重量，通過(guò)物理方式提升電池系統(tǒng)能量密度。
高工鋰電網(wǎng)了解到，目前包括比亞迪、國(guó)能電池、寧德時(shí)代、億緯鋰能、國(guó)軒高科等多家電池企業(yè)的鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度都超過(guò)了115wh/kg達(dá)到最高補(bǔ)貼系數(shù)，但上述企業(yè)均表示通過(guò)減輕電池包重量，進(jìn)行輕量化處理等方式提升能量密度的作用更明顯。
在巡回調(diào)研中，包括鵬輝能源、桑頓新能源、湖南三迅、沃特瑪?shù)入姵仄髽I(yè)也在采取相似的措施給電池包減重以提升能量密度，效果顯著。
“通過(guò)輔材(鋼殼、箔材)輕量化技術(shù)和電芯空間利用率優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合，在保證機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，可提升5%的能量密度?！蔽痔噩旊姵匮芯吭杭夹g(shù)總監(jiān)李路偉在“2017鋰電供應(yīng)鏈好產(chǎn)品巡回”華南站沙龍的演講中表示，沃特瑪通過(guò)采用納米級(jí)正極磷酸鐵鋰及分選配級(jí)技術(shù)、表面包覆和化學(xué)改性技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、極片制造技術(shù)，全面提升公司磷酸鐵鋰電池的能量密度。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
值得注意的是，盡管做大電池尺寸提升容量、對(duì)電池包進(jìn)行輕量化處理可以提升系統(tǒng)能量密度，但業(yè)內(nèi)人士強(qiáng)調(diào)該方法依然有難度，對(duì)電池的安全性和一致性會(huì)產(chǎn)生直接影響，甚至?xí)奚糠中阅埽虼诵枰貏e謹(jǐn)慎。
“電池殼體不能做的太大、輕量化設(shè)計(jì)一定要以保證電池的安全性和一致性為前提。”湖南三迅新能源科技有限公司技術(shù)副總梁世碩對(duì)高工鋰電網(wǎng)表示，三迅的磷酸鐵鋰產(chǎn)品未來(lái)將主打五個(gè)型號(hào)，電池容量會(huì)不斷提升，目前也在進(jìn)行輕量化處理，但不會(huì)犧牲電池的安全性。
密集布局高鎳三元電池
相比于磷酸鐵鋰電池能量密度提升的困難，三元電池的能量密度提升方式顯得更靈活，提升空間也更大。隨著三元電池的安全性逐步得到驗(yàn)證，加之消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)于續(xù)航里程的需求提升，國(guó)家政策又傾向扶持高能量密度動(dòng)力電池，高鎳三元材料電池被業(yè)界普遍看好，吸引眾多動(dòng)力電池企業(yè)的積極布局。
高工鋰電了解到，幾乎所有的三元電池企業(yè)都將高鎳三元電池作為公司下一代產(chǎn)品的主力，技術(shù)路線正在從目前主流的NCM523體系向NCM622、NCM811和NCA快速推進(jìn)。其中已有多家電池企業(yè)開(kāi)始量產(chǎn)高鎳NCM622產(chǎn)品，能量密度較此前大幅提升。
例如，天勁股份稱(chēng)目前三元單體量產(chǎn)比能量達(dá)215wh/kg,今年將量產(chǎn)230Wh/kg產(chǎn)品，近期重點(diǎn)發(fā)展高鎳三元材料電池；比克18650圓柱第三代2.9Ah產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，能量密度約218Wh/Kg，目前重點(diǎn)開(kāi)發(fā)高鎳811/NCA體系；鵬輝能源2.8AH18650電池比能量將達(dá)到230wh/kg以上，高鎳三元電池下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；振華新能源年內(nèi)將量產(chǎn)250wh/kg三元電池；桑頓新能源230wh/kg三元電池可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；妙盛動(dòng)力三元軟包電池單體比能量達(dá)200wh/kg以上；三迅新能源220wh/kg三元電池可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；遠(yuǎn)東福斯特218wh/kg三元電池已經(jīng)批量生產(chǎn)；孚能科技220wh/kg三元軟包電池已批量生產(chǎn)等。
值得注意的是，盡管三元電池企業(yè)基本上都將NCM811和NCA作為下一代的主要產(chǎn)品，并且宣稱(chēng)可以在年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但總體來(lái)看高鎳三元電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還存在一定的距離。
業(yè)內(nèi)人士指出，三元正極材料的高鎳低鈷化在提升電池能量密度、降低材料成本等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但安全性和穩(wěn)定性問(wèn)題卻較為突出。由于高鎳三元正極材料的技術(shù)壁壘較高，在制備工藝和設(shè)備以及生產(chǎn)環(huán)境等方面的要求都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通三元材料，國(guó)產(chǎn)高鎳三元材料走向成熟還需克服多項(xiàng)技術(shù)難題。
受下游市場(chǎng)明顯需求拉動(dòng)和技術(shù)工藝升級(jí)，國(guó)內(nèi)包括當(dāng)升科技、寧波金和、河南科隆、杉杉能源、格林美等材料企業(yè)都在積極布局NCM811/NCA材料，加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
更改電池尺寸提升能量密度
除了導(dǎo)入高鎳材料提升三元電池比能量之外，更改電池尺寸提升電池容量依然是有效的方式。
特斯拉選擇18650技術(shù)路線的成功吸引了國(guó)內(nèi)眾多電池企業(yè)的追隨，近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)動(dòng)力18650的投資熱情持續(xù)升溫，且主要集中在三元電池領(lǐng)域。
高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)初步統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)涉足18650電池的企業(yè)目前已經(jīng)超過(guò)20家。
不過(guò)，由于18650電芯單顆容量小，普遍在2-4Ah左右，串并聯(lián)數(shù)量太多，單體失效風(fēng)險(xiǎn)概率較大，導(dǎo)致其在主流乘用車(chē)和客車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的限制。18650電池的市場(chǎng)正遭遇來(lái)自方形電池、軟包電池等其它電池型號(hào)的挑戰(zhàn)，18650的投資擴(kuò)產(chǎn)潮也伴隨一定的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)
一個(gè)明顯的信號(hào)是，率先使用18650電池的特斯拉已將目光轉(zhuǎn)向了21700電池。
據(jù)了解，特斯拉與松下合作生產(chǎn)的21700電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。特斯拉CEO馬斯克介紹，當(dāng)Model3汽車(chē)出來(lái)之后，將會(huì)重新審核是否選用21700電池制造ModelS和ModelX型號(hào)汽車(chē)。一旦審核通過(guò)，21700電池很有可能全面替代特斯拉汽車(chē)上的18650電池。
“新電池將會(huì)擁有最佳的能量密度，成本也將是最低的。”隨著產(chǎn)能的有序提升，馬斯克表示希望通過(guò)大規(guī)模量產(chǎn)電池將每輛Model3的成本降低30%左右，同時(shí)解決特斯拉交貨緊張的問(wèn)題。
據(jù)了解，特斯拉采用21700電池后，由于同等能量下，所需電池的數(shù)量可減少約1/3，這將帶來(lái)整個(gè)Pack內(nèi)部金屬連接件數(shù)量的減少，從而進(jìn)一步降低電池Pack的重量，整車(chē)的能量密度將得到部分提升。而這種方式也為國(guó)內(nèi)18650電池企業(yè)在提升能量密度和降成本方面提供了參考。
目前國(guó)內(nèi)18650電池企業(yè)基本上都對(duì)特斯拉的方式表示認(rèn)可，并且也在進(jìn)行相關(guān)布局。其中，深圳比克、遠(yuǎn)東福斯特、猛獅新能源等圓柱電池企業(yè)都明確宣稱(chēng)將在未來(lái)產(chǎn)能擴(kuò)充中投產(chǎn)21700電池。
