從比亞迪與寧德時代，看動力電池產(chǎn)業(yè)的當下與明天

自2021年起，我國的新能源汽車行業(yè)開始進入爆發(fā)式增長期，新能源汽車銷量從2017年的78萬輛迅猛增長至2021年的352萬輛。而就在最近，我國的新能源汽車領(lǐng)域迎來了又一次里程碑——中國已經(jīng)制造生產(chǎn)了超過2000萬輛新能源汽車，我國也超過了日本成為了世界第一大汽車出口國（大部分出口車輛為新能源汽車）。這里面有我國“碳中和”政策的影響，也有技術(shù)進步所帶來的新能源汽車產(chǎn)品力的提高。作為新能源汽車的的絕對核心，動力電池的發(fā)展對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)來說至關(guān)重要。

所謂動力電池，它是電動新能源車輛的重要組成部分，提供能量供給給電動機以產(chǎn)生動力。動力電池一般由多個電池模塊或單元組成，而這之中，每塊電池又由正極、負極、隔膜和電解液構(gòu)成。對于動力電池來說，其需要具備高能量密度、高功率密度、長壽命、快速充電和安全可靠等特性。而在一塊動力電池之中，正極作為最主要的材料，其主要采用磷酸鐵鋰和三元材料。

刀片與麒麟

提到磷酸鐵鋰和三元鋰，那么比亞迪的刀片電池和寧德時代的麒麟電池自然是繞不開的話題。一般的電動汽車上搭載的電池包，由電芯(Cell)組裝成為模組(Module)，再把模組安裝到電池包(Pack)里，形成了“電芯(Cell)— 模組(Module)— 電池包(Pack)”的三級裝配模式。但是刀片電池和麒麟電池則采用了全新的CTP（Cell to Pack）技術(shù)，所謂的"Cell to Pack"技術(shù)指的是將電池芯片直接集成到電池包中，而不使用獨立的模組。在動力電池中，隨著模組數(shù)量增加，零件也增多，導(dǎo)致組裝效率下降。相反，采用CTP可以減少模組數(shù)量可以降低電池包的總重量，提高能量密度，并減少零件數(shù)量，從而提高生產(chǎn)效率。雖說都是CTP，刀片電池和麒麟電池卻采用了兩種不同的技術(shù)路線。

比亞迪的刀片電池作為磷酸鐵鋰技術(shù)的代表，其采用了完全無模組方式。所謂模組，各位讀者可以理解成為是一個模塊，是一個零部件集合、總成的概念。其中一般包括：電芯、導(dǎo)電排、采樣單元及一些必要的結(jié)構(gòu)支撐部件。而比亞迪在去除模組之后，需要對其相關(guān)的高壓線纜、通訊線纜、冷卻/預(yù)熱循環(huán)管路、BMS監(jiān)測模塊、溫度傳感器、電流傳感器等設(shè)備進行適應(yīng)性改進或重新布置。再加上其研發(fā)的長度大于0.6米的大電芯，電池單體同樣向大容量進化，但電芯形狀更加扁平、窄小，通過陣列的方式排布在一起，就像“刀片”一樣插入到電池包里，刀片電池因此得名。經(jīng)過比亞迪的設(shè)計優(yōu)化，刀片電池的回路更加長，表面積更大，并且散熱效果更好。此外，它還能夠省去較多的支撐結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)排布方式相比，刀片電池的空間利用率提高了近20%。

比亞迪刀片電池結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)動力電池

而寧德時代的麒麟電池則是作為高鎳三元鋰技術(shù)的代表，其采用了以大模組替代小模組的CTP方式。其優(yōu)化的重點在于電池包內(nèi)部連接的結(jié)構(gòu)，改進的方向是簡化裝配工藝和流程，省去了中間過程的零部件，這種優(yōu)化具有以下三個主要優(yōu)勢：首先，CTP電池包不受標準模組的限制，可以廣泛應(yīng)用于各種車型；其次，通過減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)組件，CTP電池包可以提高體積利用率，并間接提升系統(tǒng)能量密度；第三，相比目前的小模組電池包，CTP電池包具有更好的散熱效果。

麒麟電池結(jié)構(gòu)

綜合來看，從能量的角度出發(fā)，磷酸鐵鋰電池受限于材料特性，比亞迪的刀片電池在能量上遜于寧德時代的采用高鎳三元鋰的麒麟電池；而從安全性能上，“刀片電池”在熱管理上現(xiàn)階段似乎更勝一籌。

產(chǎn)業(yè)縱橫

除了寧德時代和比亞迪這兩家龍頭企業(yè)，我國在新能源汽車的動力電池領(lǐng)域也存在著大量二線廠商，比如，欣旺達、中航新創(chuàng)、億緯鋰能、孚能科技、國軒高科等等。它們沒有一線龍頭企業(yè)的強大議價能力和技術(shù)壁壘，但也能通過在電池回收、動力電池快充等領(lǐng)域與行業(yè)龍頭形成錯位競爭，從而在市場中贏得自己的一席之地。比如欣旺達于2008年開始布局于電動汽車電池業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)范圍不僅僅是以電動汽車電池系統(tǒng)為主，其在上游的原材料和下游的儲能等次級業(yè)務(wù)也都有布局；而億緯鋰能的則積極深耕消費級電池市場，其鋰亞硫酰氯電池成功入選“國家級制造業(yè)單項冠軍產(chǎn)品”，競爭優(yōu)勢明顯，市場份額穩(wěn)定。與此同時，億緯鋰能也在向動力電池領(lǐng)域積極延伸，產(chǎn)能建設(shè)穩(wěn)步推進，產(chǎn)能持續(xù)釋放，車用領(lǐng)域出貨規(guī)模明顯增長。總體來看，我國的動力電池領(lǐng)域呈現(xiàn)出來一種兩超多強的市場關(guān)系。

當前，鋰電池的發(fā)展已經(jīng)逐漸進入的瓶頸期，電芯能量密度的提升將會更加考驗鋰電池廠電化學(xué)的研發(fā)實力，隨著國家碳中和政策的持續(xù)推進，這片市場必將持續(xù)上升。在2011年，全球動力電池的出貨量只有1.08GWh，然而，到了2022年，全球動力電池的出貨量已經(jīng)達到了518GWh，增長了480倍。這使得年度復(fù)合增長率高達85%。隨著新能源汽車需求量的不斷增加，可以預(yù)見，對動力電池的需求將繼續(xù)保持快速增長。各家新能源電池廠商也都能看到在這之中的巨大機遇，均在不斷尋求技術(shù)突破。

未來，隨著科技的進步和汽車可選擇品牌的增加，以及環(huán)保政策壓力的增加，消費者對于新能源汽車的接受程度越來越高。從2021年開始，新能源汽車的普及率迅速增長，并開始在大眾市場上擴展。與低端和高端市場相比，中端市場的覆蓋面更廣，同時也具備一定的利潤空間。在燃油汽車時代，中端市場一直是車企競爭的主戰(zhàn)場。因此，我們預(yù)測未來在10萬到20萬價格區(qū)間的B級新能源汽車將成為市場的主流。這些車輛將具備高性價比的動力電池、優(yōu)秀的性能以及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，這將成為主要的趨勢。

對于動力電池的發(fā)展來說，筆者認為未來主要是會從兩個方面來發(fā)展。

一方面是隨著鋰的能量密度逐漸逼近極限，下一階段的電池發(fā)展中，能量密度的提升很可能將不是重點，反而將更注重提升安全可靠性、降低成本、縮短充電時間，以滿足更多需求。同時，在科研領(lǐng)域，固態(tài)鋰離子電池是當前主要的研發(fā)方向。還有全新的基于鈉元素的電池，鈉離子電池的應(yīng)用，可以顯著降低成本，雖然其能量密度較低，但在特定車型上仍然具備發(fā)展?jié)摿Γ?/span>比如城市固定線路的公共交通。

而另一方面，則是類似與CTP的電池架構(gòu)優(yōu)化方面發(fā)展，如今的CTP技術(shù)，已經(jīng)可以大幅優(yōu)化電池的空間利用率。而下一代技術(shù)發(fā)展的趨勢CTC(Cell to Chassis)旨在將電池直接集成到汽車底盤中，以在不改變原有意圖的情況下實現(xiàn)減輕車輛重量和提高結(jié)構(gòu)效率的目標。就比如，特斯拉計劃采用“CTC+一體化壓鑄”方案，從而實現(xiàn)減輕車身重量10%，減少電池體積10%，降低單位電池成本70%，以及提升續(xù)航能力15%的目標。

特斯拉展示的CTC概念圖

結(jié)語

    預(yù)計到2025年，全球動力電池市場需求預(yù)計將達到1.2萬億元人民幣，而中國有望成為最大的動力電池市場。與此同時，該行業(yè)的競爭將進一步激烈，市場將逐漸聚焦于那些能提供高品質(zhì)、低成本和高效率產(chǎn)品的企業(yè)。另外，動力電池的回收和再利用也將成為未來的重要發(fā)展方向。這一趨勢不僅符合環(huán)保理念，還有助于提升資源利用效率和減少廢物產(chǎn)生?？偠灾?，隨著“雙碳”政策的持續(xù)推進，和新能源汽車領(lǐng)域的強勢增長，動力電池行業(yè)的未來發(fā)展前景充滿了希望和挑戰(zhàn)。只有通過不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，企業(yè)才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。