新能源汽車(chē)動(dòng)力電池發(fā)展趨勢

動(dòng)力電池是新能源汽車(chē)的核心零部件,約占新能源汽車(chē)整車(chē)成本的40%,因此動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步與成本下降對于新能源汽車(chē)的推廣具有決定作用。

自2021年起,新能源汽車(chē)市場(chǎng)需求進(jìn)入爆發(fā)期,對動(dòng)力電池的需求也快速增長(cháng)。2011年全球動(dòng)力電池出貨量只有1.08GWh,而到了2022年全球動(dòng)力電池出貨量已經(jīng)達到518GWh,十年增長(cháng)480倍,年度復合增長(cháng)高達85%。隨著(zhù)新能源汽車(chē)需求量的持續增長(cháng),可以預期對于動(dòng)力電池的需求將繼續保持高速增長(cháng)。

車(chē)用動(dòng)力電池從最早的鉛酸蓄電池逐步發(fā)展到現階段鋰離子電池占有90%以上的份額,主要的推動(dòng)力是電池能量密度的提升以獲得更長(cháng)的續航里程,隨著(zhù)鋰離子電池的能量密度越來(lái)越接近理論極限,下一階段電池的發(fā)展方向會(huì )更多的兼顧安全可靠性的改進(jìn)、成本的下降、充電時(shí)間的縮短等需求的滿(mǎn)足。從電池結構角度,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(zhù)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(chē)型上依然具有發(fā)展前途。從電池結構角度,越來(lái)越多的企業(yè)采用CTP、CTC、以及進(jìn)一步的CTB轉變,以期在成熟的鋰離子電池框架中進(jìn)一步提升動(dòng)力電池的性能表現。

由于新能源汽車(chē)動(dòng)力電池中,原材料成本占據了非常高的比例,因此其規模生產(chǎn)的成本下降效應不同于傳統汽車(chē)行業(yè)依賴(lài)規?；a(chǎn)帶來(lái)的單位成本下降,更多的是需要通過(guò)技術(shù)的優(yōu)化和設備的提升才能實(shí)現。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、上游原材供應的制約,越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始在結構層面進(jìn)行創(chuàng )新。在現有電池材料不變的基礎上,通過(guò)電池模組結構的優(yōu)化,實(shí)現能量密度的升高、安全可靠性的提升,和成本下降的平衡。從傳統的CTM(Cell to Module)模式轉向JTM(Jelly Roll to Module),易于實(shí)現模組的標準化,在實(shí)現工藝過(guò)程的簡(jiǎn)化和成本下降的同時(shí),也便于未來(lái)梯次利用,提高電池的殘余價(jià)值。寧德時(shí)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(shí)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(chē)底盤(pán),可以顯著(zhù)降低車(chē)重,提高結構效率。特斯拉就是計劃采用“CTC+一體化壓鑄”方案,實(shí)現車(chē)身減重10%,電池體積減少10%,單位電池成本下降70%,續航提升15%的目標。

綜上所述,現階段新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的技術(shù)采用兩條腿走路,一方面通過(guò)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(guò)電池結構的優(yōu)化,將現有電池的潛力充分挖掘,在成熟的鋰離子電池基礎上,實(shí)現整車(chē)性能的進(jìn)一步提升。殊途同歸,這些不同的動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)都將有效提升新能源電池汽車(chē)的性能與安全性,進(jìn)一步擴大新能源汽車(chē)的市場(chǎng)。

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