朱玉龙

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从龙头企业来看中国动力电池的技术路线

环形隧道

2021-07-04

中国动力电池路线,目前主要是受到 C 和 B 两家动力电池企业所主导,而 B 家最主要的方向是从三元往磷酸铁锂走。而 C 家的技术路线,也没有公布特别清晰,不过最近在新能源汽车会议上,有朋友拍摄了 C 家最新的动力电池的技术路线,我想重新整理这些材料作为切入点。

电池的化学体系

因为是动力电池的龙头,也是当前国内外车企的电动汽车车型主要提供商,所以从技术路线的角度是可以从里面反推出很多有趣的东西。

第一类 高性价比电池:磷酸铁锂这个化学体系,最大的优点还是对于金属约束少。所以 C 家把这类定义为 “经济型”。从时间轴来分,可以分为两个阶段

2021-2023 年,电芯质量能量密度介于 180-200Wh/kg 之间(体积能量密度 350Wh/L-450Wh/L)。

2023-2028 年,随着通过材料体系和工艺的优化,正在开发质量能量密度在 210-230Wh/kg(体积能量密度 450Wh/L-500Wh/L)的磷酸铁锂电芯。

因此 2023 年是一个非常重要的节点,可以理解为铁锂电池能达到 450Wh/L 这个和之前三元电池 520Wh/L 相差无几的数据,能替代 65kWh 以下的需求。从这个逻辑意义上来看,C 家的想法,在经济性上不考虑快充的方案下,把 A0-B 级入门款的车型全部涵盖掉。我的理解是,这里的铁锂和我们之前 170Wh/kg 的方案有着明显的差异化。

图 1 C 家在新能源会议上展示的动力电池技术路径

第二类 中档电池 中镍高电压

这其实是一条演进路线,从之前的 NCM523 演进到中镍高电压体系 “镍 55” 的车型,最主要是针对现有的中高端车型演进的道路。

2020-2022 年,该体系的电芯,质量能量密度在 220-240Wh/kg 之间(体积能量密度介于 520Wh/L-550Wh/L),快充时间为 30-40 分钟(1.5C-2C)。

从 2021 下半年到 2025 年,通过技术升级把电芯的质量能量密度升级到 240-260Wh/kg(体积能量密度 550Wh/L-600Wh/L),快充时间为 20-30 分钟(2C-3C)。

2024 年左右开始导入无钴电池,能量密度大于 250Wh/kg,体积能量密度大于 550Wh/L,这个更像是一种期货,需要长时间的技术投入

我的理解,这里现有电芯,就是目前市面上普遍能看到的电芯都是中镍单晶 5 系,镍 55 是一种高电压单晶材料,解决了镍 5 系三元材料能量密度低的痛点,同时也兼顾了安全性和成本低的优点。配合这类电芯,大家可以比较容易做到能通过热失控扩散的电池。说实话,这类的成本控制比较困难,在当前的材料价格下,很容易直接给铁锂直接替换掉。

第三类:高性能电芯 高镍路线

由于目前的旗舰车型都是 100kWh 起,所以技术路线走高镍路线的是成本相对比较高的,所以建立在高镍体系和硅碳负极上面。

2021 年至 2023 年,电芯的质量能量密度介于 240-300Wh/kg(体积能量密度 560Wh/L-650Wh/L),快充时间为 18-30 分钟(3.3C-2C)。

2021 年下半年到 2024 年,宁德时代开始导入硅碳负极,电芯的质量能量密度升级到 300-400Wh/kg(体积能量密度 630Wh/L-750Wh/L),快充时间为 9-15 分钟(6.6C-4C)。

2025 年,导入固态电池,电芯的质量能量密度大于 400Wh/kg(体积能量密度大于 800Wh/L),在这个技术分支上,一直没看到 C 家有实质性的产品展示,目前还处在前期开发阶段,需要解决很多基础的问题

2030 年,这个出来非常预期的技术,包括无稀有金属正极材料、锂空气等材料体系研究,电芯能量密度突破 500Wh/kg 到 600Wh/kg,主要是给出一个方向性探索。每年砸钱来布局专利体系和前沿的

第四类:这是我增加的一个块,在动力电池上没看到,就是前面在股东大会上,C 家所讲的钠电池,这玩意从短期内来看是抑制前端资源猛涨的一个博弈手段,具体内容等 C 家发布了再说。

第二部分 各种特性的分类

在这里还有三个技术方向,分别是快充、长寿命和解决低温问题

1)长寿命

我其实不太懂这个无衰减是不是真的成立,但是根据负责电池数据的小伙伴交流,之前 C 家 5 系电芯在上海这样的环境适宜地区,用下来衰减确实挺好的。方壳的优点是电解液可以多放点,和 LG 的软包相比,容量衰减要好很多。但是这个 100 万、200 公里成立与否,真的是需要长时间的观察,还需要搭配每天足够的里程,较大载荷运行。

从私家车 => 运营车 1 & 运营车 2,再到储能再到备用电池,再到回收,这种非常长时间的路径,对于电池安全考量是否存在一票否决制,真的需要探索者在较长的时间维度去尝试。

图 2 长寿命电池支撑下的商业模式拓展

2)快充

这个 2C 目前在 BBA 最新款上基本能看到,5C 到什么时候出来没看到。目前来看,快充特性是 2022 年最主要的差异化。

图 3 快充电池

3)低温特性

在去年冬天大家对低温特性口诛笔伐以后,2021 年设计的系统很优先地解决这个问题,目前能看到最主要是自加热技术的普及应用。

图 4 超低温电池

小结:从做技术来看,C 家目前包含各种各样的产品,涵盖了经济型、普适型、高端化等多个场景布局,就电动汽车的安全、续航里程、充电和寿命几个要素进行组合,这种密集型的产品阵列留给后来者突破的机会很低。目前二梯队的厂家无非就是能跟就跟,就铁锂低端在 A00 级别以价格战破局,欧美初创企业和日本的老玩家就靠固态电池来差异化

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