從寧德時(shí)代的技術(shù)研判看電池材料發(fā)展方向
近日，在全球新能源汽車(chē)大會(huì)上，寧德時(shí)代中國(guó)區(qū)乘用車(chē)解決方案部總裁項(xiàng)延火向外界介紹了寧德時(shí)代在化學(xué)材料體系、系統(tǒng)集成、電池殘值、低溫性能、快充以及智能化電池管理系統(tǒng)等方面的研發(fā)思路及路線規(guī)劃。
其中，在電化學(xué)材料體系中，項(xiàng)延火介紹了寧德時(shí)代在磷酸鐵鋰、中鎳三元、高鎳三元、無(wú)鈷電池，以及更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的全固態(tài)電池、鋰金屬電池、鋰空氣電池等材料體系的研發(fā)方向。作為全球動(dòng)力電池龍頭，寧德時(shí)代的每次“匯報(bào)”實(shí)際上對(duì)業(yè)界都有很好的參考意義。在這次報(bào)告中，我們也得以一窺，寧德時(shí)代對(duì)于各種化學(xué)材料體系應(yīng)用周期和節(jié)點(diǎn)的預(yù)判。
01
磷酸鐵鋰：仍有提升空間主流應(yīng)用會(huì)持續(xù)一段時(shí)間
電池化學(xué)材料體系的迭代升級(jí)是提升能量密度的一個(gè)核心，這種材料體系的迭代既有不同材料體系的迭代，如正極材料從磷酸鐵鋰到三元，又有同一材料體系內(nèi)部自身的迭代，如三元材料從333到523，再到811，未來(lái)還有鎳9系等。
現(xiàn)階段，主流的磷酸鐵鋰材料體系電芯能量密度已經(jīng)做到165Wh/kg，系統(tǒng)能量密度能做到140Wh/kg附近。因?yàn)榱姿徼F鋰電池經(jīng)濟(jì)性、安全性和循環(huán)性能都比較高，目前在經(jīng)濟(jì)性車(chē)型中應(yīng)用比較多。
未來(lái)磷酸鐵鋰材料體系還有沒(méi)有挖掘空間，能量密度是否已經(jīng)到達(dá)“天花板”？
據(jù)項(xiàng)延火透露，寧德時(shí)代計(jì)劃通過(guò)對(duì)磷酸鐵鋰材料體系的設(shè)計(jì)與挖掘，未來(lái)將其能量密度進(jìn)一步提升，達(dá)到200Wh/kg- 230Wh/kg，“這樣在下一代產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)，就可以在續(xù)航里程和成本優(yōu)化方面有更佳的表現(xiàn)?！?/p>
事實(shí)上，近幾年國(guó)內(nèi)其它幾家涉及磷酸鐵鋰的頭部企業(yè)也在繼續(xù)深挖磷酸鐵鋰材料的潛力。如國(guó)軒高科在今年年初透露，通過(guò)開(kāi)發(fā)高性能磷酸鐵鋰正極材料、負(fù)極采用石墨摻硅和預(yù)鋰化技術(shù)，已經(jīng)研發(fā)出單體能量密度達(dá)到210Wh/kg的磷酸鐵鋰電池。
比亞迪也認(rèn)為磷酸鐵鋰電池材料仍有提升空間，在單體能量密度上也會(huì)通過(guò)材料體系和工藝的優(yōu)化，繼續(xù)提升。
另外，這兩年電池系統(tǒng)集成技術(shù)的創(chuàng)新，也使得磷酸鐵鋰在電池包中的能量密度有明顯提升，讓其重新煥發(fā)“第二春”。
不過(guò)，在項(xiàng)延火看來(lái)，隨著電池技術(shù)、材料的創(chuàng)新，預(yù)計(jì)到2028年，磷酸鐵鋰的成本、安全優(yōu)勢(shì)在乘用車(chē)領(lǐng)域會(huì)被其它材料體系取代。未來(lái)磷酸鐵鋰電的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)研發(fā)仍需要觀察。
02
中鎳三元、無(wú)鈷電池將成性能車(chē)市場(chǎng)主流
針對(duì)中端車(chē)市場(chǎng)，項(xiàng)延火預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年仍將以中鎳高壓三元體系動(dòng)力電池技術(shù)為主。電芯能量密度預(yù)計(jì)會(huì)提升到240Wh/kg~260Wh/kg。
據(jù)電池中國(guó)了解，在2020年，寧德時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始大量在新能源主流車(chē)型中推廣應(yīng)用單晶高電壓5系電池。比如與榮威、吉利、蔚來(lái)汽車(chē)合作的電池產(chǎn)品，都是采用的中鎳單晶5系電池。這類(lèi)電池相較于鎳8系產(chǎn)品具有更好的經(jīng)濟(jì)性和安全性，同時(shí)能量密度也不錯(cuò)。
除了寧德時(shí)代，據(jù)了解，欣旺達(dá)、瑞浦能源、領(lǐng)湃新能源等不少動(dòng)力電池企業(yè)也在規(guī)?；瘧?yīng)用單晶中鎳材料。
據(jù)項(xiàng)延火介紹，在這一領(lǐng)域，寧德時(shí)代將通過(guò)在產(chǎn)品循環(huán)壽命和快充能力上的不斷挖掘與開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足更多的市場(chǎng)需求。
同時(shí)針對(duì)中端車(chē)市場(chǎng)，寧德時(shí)代也在大力開(kāi)發(fā)無(wú)鈷材料體系，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高能量密度（電芯能量密度做到250Wh/kg以上）、高性能與綜合成本最優(yōu)。從路線規(guī)劃圖上看，寧德時(shí)代預(yù)計(jì)到2024年左右，公司將會(huì)推出無(wú)鈷電池。
03
高端市場(chǎng)：主打高鎳、超高鎳體系產(chǎn)品
針對(duì)高端車(chē)型市場(chǎng)，項(xiàng)延火介紹說(shuō)，寧德時(shí)代將重點(diǎn)推廣高鎳材料體系，“從現(xiàn)有的高鎳811體系，到下一步高鎳+硅體系產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)300Wh/kg能量密度，且瞄準(zhǔn)350Wh/kg的目標(biāo)?！?/p>
從寧德時(shí)代的材料體系路線圖來(lái)看，其超高鎳+硅體系未來(lái)也有希望沖擊400Wh/kg的能量密度高度。
關(guān)于下一代電池技術(shù)路線，尤其是今年以來(lái)業(yè)界關(guān)注度較高的固態(tài)電池，預(yù)計(jì)寧德時(shí)代也會(huì)在2024年左右推出，而能量密度有望做到400Wh/kg。
“經(jīng)過(guò)了近10年的攻關(guān)研究，認(rèn)為采用鋰金屬為負(fù)極材料的全固態(tài)鋰金屬電池是固態(tài)電池最優(yōu)的發(fā)展方向，這個(gè)技術(shù)可以從本質(zhì)上提升我們電池的安全性和能量密度?！表?xiàng)延火指出，雖然目前仍然面臨一些關(guān)鍵技術(shù)和工藝等科學(xué)問(wèn)題需要行業(yè)共同來(lái)攻克，但一旦在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破，350Wh/kg甚至400Wh/kg的安全電芯也將成為現(xiàn)實(shí)。
從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展來(lái)看，寧德時(shí)代還將持續(xù)投入無(wú)金屬正極材料、鋰空氣等新材料電池技術(shù)的研究。屆時(shí)，電芯能量密度將突破500Wh/kg甚至600Wh/kg。
04
2022年左右推出第二代CTP集成方案
電化學(xué)材料體系的技術(shù)創(chuàng)新和迭代是一方面，系統(tǒng)集成的創(chuàng)新和不斷優(yōu)化也是提升整車(chē)電量、使用體驗(yàn)和降本的重要攻關(guān)方向。
寧德時(shí)代在2019年首次推出了應(yīng)用于乘用車(chē)的第一代CTP（Cell To Pack，將電芯集成到電池包）電池集成技術(shù)，根據(jù)項(xiàng)延火介紹，寧德時(shí)代目前正在開(kāi)發(fā)第二代平臺(tái)化的CTP電池系統(tǒng)，計(jì)劃于2022年-2023年投放市場(chǎng)，后面還將針對(duì)從A00級(jí)到D級(jí)全系列車(chē)型推出第三代系列化的CTP電池系統(tǒng)平臺(tái)。
為了更進(jìn)一步降低成本、提升續(xù)航、優(yōu)化使用體驗(yàn)、降低能耗，寧德時(shí)代還將加快CTC（Cell To Chassis，將電芯集成到底盤(pán)）技術(shù)的研究。“寧德時(shí)代計(jì)劃于2025年前后推出第四代高度集成化的CTC電池系統(tǒng)；更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，寧德時(shí)代將于2028年前后有望升級(jí)為第五代智能化的CTC電動(dòng)底盤(pán)系統(tǒng)?！表?xiàng)延火透露。
根據(jù)寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群此前介紹，CTC技術(shù)不僅會(huì)重新布置電池，還會(huì)將三電系統(tǒng)納入進(jìn)來(lái)，包括電機(jī)、電控、整車(chē)高壓如DC/DC、OBC等，而這種高度集成的電池系統(tǒng)，將可輕松使得車(chē)輛續(xù)航里程大幅提升。
事實(shí)上，從寧德時(shí)代對(duì)于電池化學(xué)材料體系的迭代升級(jí)方向來(lái)看，與業(yè)內(nèi)整體的研判趨勢(shì)基本一致，未來(lái)五到十年，仍然是電池化學(xué)材料體系快速更迭、創(chuàng)新的關(guān)鍵期，而隨著電池化學(xué)材料體系、系統(tǒng)集成等技術(shù)的不斷成熟，鋰電池未來(lái)替代燃油，推動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模電動(dòng)化的時(shí)間也會(huì)如期到來(lái)。