AG直营平台 CTP之于铁锂/三元/固态去模组化是谁的危机谁的转机?

 AG直营平台     |      2020-03-09 19:03

<图:辉能于美国2020 CES展出MAB电池包>

还记得去年随着新能源车自燃事件发生频度上升,产业对于车辆安全性提出的共识:基于三元锂电在本质上的不稳定性,模組阶段的管理、预警、甚至阻燃功能将成为确保系统安全的关键技术。若连小尺寸电芯都必须透过模組来强化安全控管,那么将蕴含更多能量的大电芯简化模組阶段而集成的电池包,又能提供什么程度的安全性?

目前所谓的CTP方案都并未真正跳过模組阶段,而是透过将电池做大或调整模組设计来减少模組阶段的零部件,而对于不同技术路线的电池,企业有不同的CTP策略:

名为MAB(Multi-Axis Bipolar ) 的电池包直接将大面积的极片分层堆栈,简化机构与冷却系统后,成组效率能较传统电池包提升30~50%,系统重量能量密度达到180Wh/kg左右,预计两年内可达到210Wh/kg等级的系统能量密度,同时在能量密度与安全性上形成双重优势。

这是锂铁CTP稍微尴尬的地方,即便成组效率提升了,锂铁电池在理论能量密度上的短版依然存在AG直营平台,就算比亚迪按照规划在两年内将单体能量密度提升至180Wh/kg、系统160Wh/kgAG直营平台,在短期内或许能够与三元电池竞争AG直营平台,但随着高镍正极或固态电池普及后带来的能量密度再升级,超级锂铁的160Wh/kg仍会显得无力。

在2019年,辉能也与几家车厂签下了面向MAB电池包共同研发的战略合作协议,可以期待几家主机厂会如何以固态电池与CTP技术激荡出新一代的电池包技术。

运用在锂铁和三元电池上的CTP技术能够一定程度的提升能量密度、降低成本,但我们必须认清,CTP并不是万灵丹,即便优化了电池包结构,电池先天的劣势仍难以消弭、甚至会恶化,那么,有没有更适合做CTP的电池技术呢?

宁德时代的CTP主要透过将单体电芯容量放大(200Ah)、多排电芯排列及运用新型模組壳体来简化零件以争取空间,另在模組间运用管型机构来达到连接、固定的功效,以弥补多排电芯排列在结构强度上可能的不足,电池包能量密度可达200Wh/kg,体积利用率提升15%-20%。三元系锂电采用CTP技术无疑能使原有的能量密度优势更上一层楼,也有助降本,但在安全性上却值得观察。

顾名思义,CTP (cell to pack)的终极目标是直接集成电池芯为电池包,透过省略模组端的机构、材料来提升电池包成组效率,理论上在提升能量密度的同时还能降低成本,如此梦幻的技术在实践上却不如字面上容易。

本次比亚迪发布的"刀片电池"的电芯外型较过往方壳电芯更长且薄,透过优化电芯排列模式与提升散热面积来节省空间,王传福表示 "电池体积能量密度比过往磷酸铁锂增加50%,成本下降30%,续航里程达到600km",但根据工信部新一轮发布的新能源汽车推广目录 ,比亚迪牌7009BEV1,也就是采用刀片电池的汉EV之系统重量能量密度仅140Wh/kg,距离市面上高阶三元电池包的150~180Wh/kg尚有不足。

国内两大技术路线领导者接连公开CTP技术成果,是否代表去模组化趋势底定? 同时间市场对于CTP可行性与成效的质疑声音也随之而来,究竟CTP技术除了推动股价之外,能不能是电动车再进化的推进助力?

CTP之于三元锂电:长续航、成本降低、安全未可知

辉能科技讲作为第十届中国国际新能源汽车论坛做“固态电池”的演讲。详情可扫码以下二维码:

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次世代的CTP:固态电池

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CTP之于磷酸铁锂:安全、经济、短期可接受的续航里程

回顾辉能在去年发表的电池包技术,可以看出其中蕴含了内部串联技术与CTP技术。

首先考虑模組存在的意义,过往主机厂透过将数以百、千计的单电芯集成为数个模组后再集合而成电动车复杂的超大阵列电池系统,物理上,模组起到支撑、固定与保护的作用;电子系统上,透过模组化对电芯进行分批监测、管理可提升准确性,初步把关电池包复杂又庞大的系统,提升整体可靠度与安全性。换言之,省略模組环节对于电池包级别的BMS/TMS设计、电芯一致性要求、安全控管甚至后端的维修与梯次利用都是严峻的挑战。

2019年第三季,三元锂电龙头CATL连手北汽发布CTP电池包,一时之间「去模組化」概念一跃而上,成为新能源圈焦点;再来是锂铁龙头比亚迪老董王传福年初在中国电动汽车百人会论坛透露其刀片电池技术即将搭载于其王朝系列第五款车型─ 汉,再次将CTP技术推上舞台中央;接着,宁德时代与特斯拉针对宁德CTP锂铁电池包达成合作的消息再使一众相关企业股价飙升。

在过去几年市场一片对于能量密度提升的热烈追求之下,产业聚焦于高镍三元的发展,导致能量密度低的磷酸铁锂几乎被边缘化,如今锂铁电池却能一转劣势,重新夺回与三元竞争的机会,主因有三:1) CTP技术带来系统能量密度的提升 2) 补贴退坡后锂铁成本优势显露,而CTP起了加乘作用 3)过于频繁的自燃事故使市场重新审视安全性。

固态电池具有和锂铁相当的安全性、三元等级的能量密度,理论上采用CTP技术后能够创造安全、能量密度、成本三全的电池包,而在简化模組方面,固态电池还有另一层优势:电芯内部串联的可能性。 电芯内部串联(bipolar)的好处很多,也已经不是新的概念,但由于聚合物电解液在高于4.5伏的电压下就会分解,无法实现于液态电池,直到近几年才由丰田、辉能等固态电池厂重新提出,透过bipolar技术,可以透过直接贴合极层来提升电压,能够做出真正简化外部串联线材空间、高容量高电压的大电池芯。

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