半固态、去模组、车企自研……2023动力电池关键词
- 来源：盖世汽车
- 2023/12/25 9:51:50
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蔚来150kWh电池、极氪金砖电池、长安金钟罩电池、宁德时代凝聚态电池、神行超充电池、巨湾技研凤凰电池、瑞浦兰钧问顶电池……2023年，动力电池市场竞争愈发激烈！
2023年动力电池发布或量产情况(来源：盖世汽车)
12月17日，李斌亲自下场，来了一场说走就走的电池续航测试，而这块电池正是蔚来三年前发布的半固态电池，采用超高镍正极材料、硅碳复合负极材料和固液混合电解质，能量密度为360Wh/kg，将于明年4月份量产上车。
从直播测试结果来看，纯电续航突破1000公里，再一次捅破动力电池的天花板。
12月14日晚，极氪汽车发布了首款全栈自研的金砖电池，该电池为800V磷酸铁锂电池，体积利用率达83.7%，最高充电倍率达4.5C。另外，长安汽车在今年的广州车展上发布了自家的电池品牌金钟罩。
当然，除了车企自研电池之外，今年以来，各大动力电池玩家更是各显神通，宁德时代凝聚态电池、神行超充电池、蜂巢能源龙鳞甲电池、欣旺达闪充电池2.0、亿纬锂能π电池等多款产品或发布、或升级、或量产，直接席卷动力电池市场。
从各款动力电池产品的正负极材料、结构、工艺、性能和技术方案来看，盖世小编总结了今年以来动力电池发展的四大特点：一是半固态电池日益成熟，量产上车在即；二是正极材料高镍低钴化，负极材料硅基化；三是电池结构大模组/无模组化，空间利用率大幅提升；四是车企自研电池蔚然成风。
半固态电池日益成熟 量产上车在即
从电解质的形态来看，动力电池的发展几乎是沿着液态电池→半固态电池→固态电池的趋势发展的。
就目前而言，动力电池市场上大所数产品仍是液态电池，但因为液态电池采用的有机电解液易燃，容易导致电池起火或爆炸；为了保证电池安全，液态电池便需要增加额外材料和工艺，使电池重量、体积和成本增加，加之正负极材料的选择受限，电池的能量密度也很难进一步提高。
因此，为了保证电池安全和提高能量密度，业界一直朝着固态电解质这条路线探索。然而，固态电池的发展目前仍然处于实验室阶段，即使是投入数十年研究的丰田汽车也始终未能将全固态量产落地，还将量产时间从2027年延长至2030年。
具体来看，固态电池需要解决电导率低、电机/电解质界面兼容性和稳定性差、离子传输速度、材料制备与成型、封装设计等方面的技术难点。于是，业界只好选择另一种比较折中的方案，也就是半固态电池。
由于半固态电池采用固液混合电解质，安全性较液态锂离子电池更高，界面接触性较固态电池更好，也更容易实现商业化落地。
其中，李斌几天前亲自下场测试的这块150kWh电池便属于半固态电池。这块电池的电芯由卫蓝新能源提供，于今年6月份正式交付给蔚来，然后由蔚来自己进行电池包pack生产。
从电芯产品参数来看，蔚来这块电池采用的是NCM固液混合电解质，电芯数量达到384块，采用4并96串的高压连接方式，质量能量密度为360Wh/kg，体积能量密度为775Wh/L，标称容量为111Ah，标称电压为3.51V，只需要不到60分钟便可从10%充到80%SOC，其尺寸为359*118*11.9mm，循环寿命为600次。
结合此次李斌的实测数据来看，一块电池可以跑1000公里，循环次数600次，相当于可以累积使用60万公里，对于普通车主而言，可以使用10-20年，满足日常使用几乎没有问题。
不过，蔚来总裁秦力洪曾经透露，这块电池的成本价相当于一辆蔚来ET5，也就是25万元左右，因此蔚来这块电池目前采用只租不售的方案，加上蔚来已有较完备的换电设施，这款电池的应用价值也就更高。
另外，在今年上海车展上，宁德时代也发布了一款疑似半固态电池的产品——凝聚态电池，该电池采用了高动力仿生凝聚态电解质，而凝聚态与我们日常所说的“果冻状”类似，介于固、液体之间，这跟聚合物电池和半固态电池的电解质类似。
值得关注的是，除了蔚来和宁德时代，国内还有更多玩家在半固态电池领域布局。
2022年5月，国轩高科发布半固态电池，其电芯单体能量密度达360Wh/kg，今年8月，国轩高科再次透露半固态电池将于年内量产。
2022年11月1日，孚能科技采用半固态电解质的SPS软包电池生产线在江西省赣州市开工，预计在2023年下半年实现量产，并应用于合作车企的高性能车型上。近日，孚能科技表示，公司第一代半固态电池已经装车，并将通过逐步降低电解液和调整电解液配方来实现固态电池的迭代，同时公司正在推进下一代新产品的产业化进程。
2022年12月15日，东风汽车发布新产品追光，其中搭载82kWh电池包版本的车型采用半固态电池，首批新车已于今年5月上市交付。同时，在2022年年初，50辆搭载赣锋半固态电池的东风风神E70完成交付。
2023年2月7日，赣锋锂电研发的三元固液混合锂离子电池拟应用于赛力斯纯电动SUV SERES 5，计划于2023年上市。
而在更早之前，2020年12月2日，蜂巢能源便已经发布了第一代果冻电池，在今年12月12日举行的蜂巢能源第四届电池日上，蜂巢能源还发布了方形半固态电池即二代果冻电池新品，其突破了方壳中高镍掺硅体系膨胀瓶颈，目前处于A样开发阶段。
可以说，时至2023年末，半固态电池的发展已经日趋成熟，尤其是李斌亲自下场测试150kWh半固态电池的续航表现，无疑让C端市场对半固态的前景再次充满信心。
正极材料高镍低钴、负极材料硅基化
除了电解质形态上的创新之外，电池正负极材料的创新也成为今年以来动力电池发展的另一大趋势——即正极材料高镍低钴化、负极材料硅基化。
一般来说，三元锂电池的正极材料由镍钴锰或镍钴铝组成，而钴资源较为稀缺且分布不均，尤其是中国目前已探明钴储量约8万吨，仅占全球总储量约1%，高度依赖进口，随着新能源汽车的爆发，钴价也随之水涨船高。
因此，降低三元材料中钴的含量对电池厂商成本控制至关重要。
另外，在三元锂电池中，镍可以提高电池体积能量密度，钴则可以稳定结构，而要想增加电池续航，则需要增加镍的含量。
综合来看，增加镍含量的同时降低钴含量，是提升电池能量密度和降低成本的有效方法。
除此之外，负极材料也在朝着硅基复合材料发展。从技术层面来看，石墨负极材料的容量上限已无法满足电动汽车更高能量密度的需求，硅是提升动力电池能量密度的关键。目前，硅基材料的主要发展方向是硅碳复合材料与硅氧复合材料。
具体来看，宁德时代今年发布的凝聚态电池正极便采用高镍三元材料和新型负极材料，虽然宁德时代并未透露这个新型负极材料具体为何物，单从整个行业发展趋势来看，很有可能便是硅基石墨。同时，宁德时代还表示凝聚态电池的正负极材料会不断迭代，正极可以替换为超高镍三元材料、超高镍9系或者富锂锰基，负极会逐步替换为金属锂。
此外，蔚来即将量产的150kWh电池正极采用超高镍材料，负极则采用硅碳复合材料。特斯拉4680大圆柱电池正负极分别采用高镍三元材料和硅基材料，亿纬锂能的46大圆柱产品也采用创新的镍+硅碳材料体系，中创新航的顶流圆柱电池正负极材料分别为镍和硅碳，欣旺达闪充电池正极材料为中镍，负极材料为硅基；而国轩高科的启晨电池电芯则是在正极材料磷酸铁锂中掺加锰元素，不用稀缺金属镍钴。
可以看到，随着动力电池能量密度要求的提高，高镍三元正极+硅碳负极搭配的体系已成为行业发展趋势，宁德时代、松下、LG、等主流动力电池企业还将低钴及无钴化作为下一代动力电池研发的方向。
电池结构去模组化 空间利用率大幅提升
除材料迭代以外，结构创新也是当下动力电池技术发展的另一条重要路径。
传统新能源汽车动力电池系统通常采用是“电芯-模组-电池包”三级装配模式，而这种模组配置方式下电池的的空间利用率只有40%。因此，各大厂商在电芯、模组、封装方式等方面进行结构上的改进和精简，以提升电池的系统性能。电池一体化的发展逐渐成为行业的重点研究、应用方向。
具体来看，电池一体化又包括CTP(Cell to Pack)、CTB(Cell to Body)和CTC(Cell to Chassis)三大集成技术。
极氪汽车刚刚发布的金砖电池体积利用率高达83.7%，是目前全球体积利用率最高的动力电池，其中很重要的一点便是采用电芯、上盖、底板的“紧凑三明治结构”，释放电芯仓纵向空间，而这其实也就是CTP。
当然，极氪还在电池底部使用一体化液冷托盘替代传统水管结构，减少结构件对电芯空间的挤压，并在电芯之间采用航空级超薄热阻隔材料，充分提升体积利用率。
另外，亿纬锂能的“π”电池系统在CTP集成技术基础上应用新型材料，使系统减重10%，实现小空间、低重量、高续航。
CTB则是指电池车身一体化技术，典型的代表便是比亚迪，2021年，比亚迪推出e平台3.0，其中的CTB技术将车身地板与电池上盖板合二为一，即刀片电池与高强度车身一体化集成，让刀片电池整体融入车辆底盘中，电池包不再是整车的“累赘”。
今年，欣旺达推出全球首款量产峰值480kW充电功率的闪充电池2.0，分为方型和圆柱两种解决方案。
按照欣旺达的规划，到2025年，方形闪充电池电芯能量密度将提升到280Wh/kg，10分钟快充10%-80%SOC，BEV车型B+及C级车续航可达1000km，可应用CTB方案；圆柱电池快充方案主打极速快充和高兼容性，除了适配不同包络，兼容400V-800V电压平台，CTP、CTC、CTB方案均适用。
CTC则是将电芯直接集成于车辆底盘的工艺，它进一步加深了电池系统与电动车动力系统、底盘的集成，减少零部件数量，节省空间，提高结构效率，大幅度降低车重，增加电池续航里程。未来一阶段CTC将使成组效率达到90%以上，空间利用率达到70%以上，零件数量将进一步减少至400个左右。
2020年9月，特斯拉在电池日发布了CTC技术，将电芯或模组安装在车身，连接前后车身铸件，并在电池上盖取代座舱底板。
今年4月，蜂巢能源龙鳞甲电池在上海车展首次亮相，该电池系统化解决方案应用了热电分离、空间功能集成设计等技术，可兼容铁锂、三元、无钴等全化学体系方案，续航里程最高可达1000+km，覆盖 1.6C-6C 快充体系，还可根据客户需求实现CTC设计。
当然，无论是CTP、CTB还是CTC技术，其最底层的技术逻辑都是通过去模组化来提供电池的空间利用率，目前这一数值已经突破至83.7%，而这并非上限，动力电池的发展在接下来还将更上一层楼。
车企自研电池之风日盛
从技术角度去看，2023年动力电池发展的电解质半固态化、正负极材料迭代、结构去模组化三大趋势日益明显，而从行业角度来看，车企自研电池之风亦渐盛。
就在李斌亲自测试电池包续航的同一周，关于车企自研电池还有更多消息。
12月14日，极氪汽车举办能源日活动，发布首款自研电池——金砖电池；同日，长城汽车旗下蜂巢能源举办第四届电池日，宣布全面发力短刀电池和快充；12月12日，广汽埃安全栈自研自产的P58微晶超能电芯下线，旗下的因湃电池智能工厂也宣布竣工。
在此之前，长安汽车在广州车展上发布了自己的电池品牌“金钟罩”，搭载特斯拉4680大圆柱电池的Cybertruck在北美正式开启交付。
至于车企为何要在动力电池领域布局，广汽集团董事长曾庆洪和原长安汽车董事长朱华荣曾给出过回答，曾庆洪表示，广汽在给宁德时代打工，朱华荣则称“贵电”导致单车成本增加5000-35000元，也就是说其出发点都是为了降本。
不过，电池研发周期较长、投入较大，长期来看可以降低整车成本，但短期带来的资金压力却很大，以蜂巢能源为例，成立至今几乎一直处于亏损状态，并且亏损幅度不断扩大；蔚来也曾在年中宣布要推迟自研电池量产时间。
不过，这条路虽然艰难，但仍有不少车企十分坚决，这对整体市场发展来说是十分有益的。
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