当前动力电池行业的此起彼伏
无论是普通消费者,还是行业从业人员,对于传统燃油车这个产品的变化,感受最深的更多是来自于汽车的内外饰和造型,基本上感受不到传统内燃机技术缓慢迭代带来的变化。在电动车领域,则呈现出一个很有意思的现象。作为电动车的动力来源和核心零件-动力电池,除了技术层面上完全区别于内燃机,动力电池这个产品一直处于一种技术快速迭代的进程中,这种迭代的进程甚至会延续到整车的全生命周期内(比如目前有主机厂可以对售后车辆上的电池Pack进行升级)。
过去几年,对于普通消费者,感受最深的应该还是因动力电池的电量变化带来的续航里程变化,从最早期的乘用车20度电左右(续航120km左右),到目前到80度电(续航500km左右),甚至100度电以上。近两年,随着市场对电池安全要求的重视,陆陆续续有“刀片电池”,“弹匣电池”以及“大禹电池”等这些相对形象的花名出现在普通消费者面前。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1640932954068_g1x11d.jpg?imageView2/0)
而对于行业从业人员,站在当前时点,我们深刻的感受到:在续航里程,产品安全,循环寿命,产品成本,甚至碳排放约束等多重因素的驱动下,动力电池这个产品在其各个细分领域正在悄然发生此起彼伏的变化。对于电芯能量密度的提升,相比CTP和刀片等结构上的创新,关键还要在于电化学材料体系的升级。而NMC高镍化是当下材料体系进步最快的方式。除了已经在不少中高端车型上应用的8系之外,还有即将量产的9系,高镍单晶等材料。
特斯拉引领的4680路线,不仅是产品形态的变化,4680全极耳电芯则是具备降低成本和高安全双重优势。低成本:单位体积内可以容纳更多的能量。高安全:全极耳技术减少了电子传输的路径,大大地降低了电池内阻,从而降低了在充放电过程中产生的热量。另外圆柱电池由于其弧形表面,即使在充分接触的情况下仍存在较大间隙,一定程度上限制了电池之间的热量的传递。另外众所周知:电池使用后期电芯膨胀的问题(尤其是方壳电芯),在大圆柱电芯上膨胀问题会变得很弱化(因圆柱结构特点可以一定抑制负极的膨胀)。
可以预见:未来的锂电市场,4680将会给方壳电芯带来较大的冲击。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1640932952699_i416tw.jpg?imageView2/0)
↑传统极耳与全极耳对比图
相比干法隔膜,湿法隔膜有如下优点:1)湿法隔膜孔径均匀且小,可以耐大电流充放,2)湿法隔膜厚度更薄,有利于提高电池能量密度;3)湿法隔膜的导电率高于干法隔膜(PE的亲液性强于PP)。随着其成本与干法逐渐缩小,湿法隔膜有望成为主流。随着能量密度的提升,对产品安全的诉求越来越高,涂敷隔膜的应用占比会越来越高。涂敷后的隔膜,其热变形温度高,耐穿刺强度好(防止锂枝晶刺穿),当前主要涂敷材料包括:PVDF,勃母石,芳纶等。
作为电解液中的电解质,目前的6F存在较多的缺点,比如热稳定性较差,化学性质不稳定,对水分较为敏感,低温下的离子电导率较低(0°时下仅常温的50%)。为契合未来高倍率,宽温度和高安全的电芯发展特点,因LiFSI具备高导电率,高热稳定性和高化学稳定性等特点,其后续在动力电池电解液中的比列有望从目前不足1%增加到10%左右,甚至更高。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1640932953345_fq4j0f.jpg?imageView2/0)
↑LiFSI产业发展时间线
目前负极材料以石墨为主,其虽有高电导率和稳定性优势,但在能量密度方面的发展已接近其理论最大值372mAh/g 。SiC负极材料容量能轻松超过400mAh/g。对于能量密度提高的持续追求,在未来较长的一段时间内,SiC负极是不二之选。目前特斯拉model3已经全部使用SiC负极作为其动力电池的负极材料。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1640932954919_con5ih.jpg?imageView2/0)
电池负的制备是整个电池制造过程中最耗能的环节。1吨负极大概需要电量1.5万度电(这就是为什么国内的负极厂都将石墨化工厂建在内蒙)。由于碳排放的约束,为了节约能耗,相比传统石墨化坩埚炉加工工艺,连续法工艺的单位电耗可以降到40-50%,连续法有望成为未来主流工艺。以上是针对目前正在发生的动力电池细分领域主要技术迭代的汇总。当然这个还不足以覆盖整个动力电池电池产业链(比如本文没有罗列半固态电池),且后续肯定还会有新的技术产生。还是那句看起来很俗,而又亘古不变的话:唯一不变的,就是永远在变化。
正是这些变化赋予了锂电行业的生机和活力。当然,这些此起彼伏的变化,必将会给产业链上下游的材料端,设备端,工艺端以及动力电池系统集成端带来冲击和影响。我们做好准备了吗?