時(shí)間:2018-10-11 11:37:26來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
純電動(dòng)車電池的能量密度高低有多重要?
這似乎就像在討論心臟的跳動(dòng)對(duì)于人體有多重要一般,一輛純電動(dòng)車,或者說的更標(biāo)準(zhǔn)一點(diǎn),一輛電池動(dòng)力車的性能、續(xù)航里程、可靠性都取決于其電池包內(nèi)的電池?cái)?shù)量以及單節(jié)電池內(nèi)的能量密度。這個(gè)公式很好理解:總電量=電池?cái)?shù)量×單節(jié)電池能量密度。
而現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其實(shí)已經(jīng)很死板了,留給電池組的空間也就那么一點(diǎn),大部分車型都集中在坐艙地板下方,當(dāng)然這也是出于安全性和空間性的考慮。
所以說,電池?cái)?shù)量已經(jīng)被限制在某一個(gè)區(qū)間內(nèi),無法大幅提升。想要增強(qiáng)電池車性能,唯有在能量密度上做文章。
首先,什么是電池能量密度?
能量密度(Energydensity)是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺(tái)/電池厚度/電池寬度/電池長度,基本單位為Wh/kg(瓦時(shí)/千克)。
電池的能量密度越大,單位體積內(nèi)存儲(chǔ)的電量越多。
△圓柱形鋰電池結(jié)構(gòu)圖
關(guān)于電池能量密度,現(xiàn)在我們都知道了它儼然是目前電池行業(yè),甚至是電動(dòng)汽車行業(yè)向前大跨步的最明顯的突破口,但是突破它,真的是很難啊!
△典型電池設(shè)計(jì)非活性物質(zhì)(除引線等)的占比
據(jù)悉,電池的能量密度基本由電池的正負(fù)極決定的,但只是正負(fù)極活性材料也不能保證電池能發(fā)上電,得有很多非活性物質(zhì),比如導(dǎo)電輔助劑、活性粉末之間的粘結(jié)劑、隔離膜、陰陽極的箔材、絕緣固定的膠紙、鋁塑膜殼或者鋼鋁殼等等。
我們中大部分人總是有意無意的忽略這部分物質(zhì)的含量,得出的能量密度與事實(shí)相差較大,誤導(dǎo)吃瓜群眾。其實(shí),這部分相當(dāng)重要,就拿過去十幾年的技術(shù)進(jìn)步來說,電池能量密度的提升主要就是靠著活性物質(zhì)占比的提升來實(shí)現(xiàn)的。
△能量密度的變化與預(yù)測
還有的就是以增大原來電池尺寸來達(dá)到電量擴(kuò)容的效果。
我們最熟悉的例子莫過于:率先使用松下18650電池的知名電動(dòng)車企特斯拉將換裝新款21700電池。而原因并非18650電池有任何質(zhì)量問題,只是18650電池單顆容量小,普遍在2-4Ah左右,串并聯(lián)數(shù)量過多,單體失效風(fēng)險(xiǎn)概率較大,導(dǎo)致其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定的限制。
△圖中為21700電池
而21700電池在尺寸上相比18650電池(直徑18mm,長度65mm)更大,達(dá)到了直徑21mm,長度70mm。如果想再形象一點(diǎn)來考慮這個(gè)問題,我們不妨來看看來自HitechEnergy的計(jì)算,僅考慮單體的密集堆積進(jìn)行計(jì)算,可知:30支21700的體積是40支18650體積的1.1倍,質(zhì)量則為0.97倍。
在同等能量下,所需電池的數(shù)量可減少約1/3,電池包內(nèi)部金屬連接件數(shù)量減少,從而進(jìn)一步降低電池包的重量,整車的能量密度將得到部分提升,達(dá)到接近300kw/kg。
以下三點(diǎn)尤為引人注意:
1.到2020年,鋰離子動(dòng)力電池單體比能量大于300Wh/kg;系統(tǒng)比能量爭取達(dá)到260Wh/kg;成本小于1元/瓦時(shí);使用環(huán)境達(dá)-30℃到55℃;具備3C充電能力。
2.到2025年,單體比能量達(dá)500Wh/kg。
3.力爭實(shí)現(xiàn)單體電池350Wh/kg、系統(tǒng)260Wh/kg的鋰離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和整車應(yīng)用。
日前,澳洋順昌(002245)在2018半年報(bào)中披露,在高鎳NCA產(chǎn)品儲(chǔ)備上,天鵬電源已經(jīng)完成18650型號(hào)3.5AH產(chǎn)品的技術(shù)儲(chǔ)備,可以根據(jù)電動(dòng)汽車客戶要求投產(chǎn)系統(tǒng)能量密度超過160Wh/kg的高能量密度電池。
三元圓柱領(lǐng)軍企業(yè)比克也對(duì)外表示,公司3.0Ah的18650動(dòng)力電芯已經(jīng)配套江淮大眾旗下一款新A00級(jí)SUV車型。
可以明確的是,隨著18650動(dòng)力電芯自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)水平的提升和下游車企對(duì)高能量密度電池的需求,18650電池企業(yè)正在往3.0AH以上的高容量電芯產(chǎn)品布局。
根據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),國內(nèi)目前具備量產(chǎn)18650動(dòng)力電芯的企業(yè)數(shù)量超過20家。但各家囿于資金、技術(shù)、產(chǎn)能、工藝、設(shè)備等因素,最終能夠量產(chǎn)2.6AH以上18650動(dòng)力電芯的企業(yè)并不多。
從產(chǎn)能來看,高工鋰電盤點(diǎn)了比克、億緯鋰能、智航新能源、遠(yuǎn)東福斯特、天鵬電源、力神等6家技術(shù)及市場口碑較好的18650電池企業(yè)發(fā)現(xiàn),比克以6GWh產(chǎn)能居第一位,力神產(chǎn)能雖不高,但從其內(nèi)部人士獲悉,目前公司18650供不應(yīng)求,產(chǎn)能緊張。
若以技術(shù)來衡量,國內(nèi)一家圓柱電池企業(yè)總工表示,國內(nèi)18650動(dòng)力電池還是主要對(duì)標(biāo)松下,其3.0AH以上的18650已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于特斯拉,但在國內(nèi)穩(wěn)定量產(chǎn)2.8-2.9Ah18650就成為電池企業(yè)的一道門檻。
目前,2.4-2.6Ah的容量電池產(chǎn)品是當(dāng)下新能源汽車市場上的主流產(chǎn)品,也是國內(nèi)圓柱電池企業(yè)競爭最激烈的幾款產(chǎn)品。
作為生產(chǎn)工藝最為成熟的動(dòng)力電池技術(shù)路線,18650電芯具備交貨周期短、尺寸標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等優(yōu)勢(shì),尤其對(duì)車企來說,最大的優(yōu)勢(shì)在于國內(nèi)產(chǎn)能供應(yīng)滿足、性價(jià)比高的圓柱電池企業(yè)數(shù)量較多,可選擇性較廣,切換便捷。
但要滿足下游客戶對(duì)動(dòng)力電池高能量密度的需求,18650高容量化是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。盡管21700已經(jīng)有替代趨勢(shì),但從現(xiàn)下來看,國內(nèi)能夠穩(wěn)定量產(chǎn)21700的企業(yè)屈指可數(shù),18650至少在1-2年內(nèi)還將處于主流地位。
那么,從2.6Ah提升到3.0AH甚至更高的18650電芯,對(duì)電池企業(yè)來說,難點(diǎn)集中在哪呢?
包括比克、力神、遠(yuǎn)東福斯特、億緯鋰能等多家電池企業(yè)的共識(shí)是:
首先,高容量必須從材料端著手,導(dǎo)入高鎳甚至是配以硅碳等材料,電池企業(yè)需要攻克高鎳正極對(duì)應(yīng)用環(huán)境、水分敏感等難關(guān)。今年硅碳在動(dòng)力市場應(yīng)用放緩,也正與電池企業(yè)在工藝方面的推進(jìn)較慢有關(guān)。其次,具備實(shí)驗(yàn)水平后,最大的瓶頸在于如何實(shí)現(xiàn)規(guī)?;牧慨a(chǎn),真正實(shí)現(xiàn)裝車應(yīng)用。
這兩大難點(diǎn)都對(duì)18650電池企業(yè)的設(shè)備、工藝和技術(shù)提出更高要求。高工鋰電特此梳理比克、力神、天鵬電源、遠(yuǎn)東福斯特、鵬輝能源、智航新能源、卓能新能源7家18650電池企業(yè)在高容量電芯產(chǎn)品方面的布局,以一窺國內(nèi)18650電池技術(shù)水平。
?比克:3.0Ah18650電芯配套A0級(jí)SUV車型
8月中旬,比克電池在官微宣布,公司為江淮大眾SOL(思皓)品牌首款A(yù)0級(jí)SUV車型產(chǎn)品E20X提供配套產(chǎn)品,采用3.0Ah的18650三元?jiǎng)恿﹄娦荆姵匕€采用液冷電池安全管控技術(shù),工況最大續(xù)航里程301km,最高車速為130km/h,預(yù)計(jì)將于9月正式上市。
7月12日,吉利全球鷹在上海宣布發(fā)售最新款純電動(dòng)車型EX3,該車型共有3個(gè)版本,配備了比克186502.75Ah高能芯鋰電池,電池容量為41.5kWh,最大續(xù)航里程可達(dá)380KM。
?力神:21700應(yīng)用裝車的國內(nèi)首家圓柱企業(yè)
力神是國內(nèi)目前首家規(guī)模量產(chǎn)21700并且應(yīng)用在乘用車上的動(dòng)力電池企業(yè)。作為國內(nèi)老牌的18650電池企業(yè),力神總計(jì)擁有1GWh18650電芯產(chǎn)能,全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化生產(chǎn),能夠滿足車企2500mAh以上高容量電芯生產(chǎn)需求。
?天鵬電源:NCA體系18650電池裝車
在今年3月12日澳洋順昌2017年業(yè)績報(bào)告路演上,天鵬電源總經(jīng)理陳璇表示:“2017年,天鵬電源在電動(dòng)工具電池和EV電池領(lǐng)域的業(yè)績占比已經(jīng)達(dá)到1:1,在EV領(lǐng)域主要定位微型乘用車市場,和上汽通用五菱、知豆、康迪、眾泰等車企建立了合作?!?/p>
比如上汽通用五菱爆款車型寶駿E100,新款升級(jí)版寶駿E200都配套應(yīng)用天鵬電源NCA體系18650電池。其中,寶駿E100在今年1-5月中以7972輛的銷量位居國內(nèi)新能源A00級(jí)乘用車十大暢銷車型第六名。
?遠(yuǎn)東福斯特:3100mAh動(dòng)力電芯進(jìn)入中試
遠(yuǎn)東福斯特深耕18650三元鋰電池多年,擁有18650-2400mAh、2600mAh、2800mAh、3100mAh等多種型號(hào)的產(chǎn)品,預(yù)計(jì)2019年NCM811高容量電芯將投產(chǎn)。其中,遠(yuǎn)東福斯特生產(chǎn)的2600-2900mAh18650產(chǎn)品已經(jīng)開始使用高鎳811材料,2017年已有少量出貨,今年3月實(shí)現(xiàn)批量出貨。
8月初,智慧能源(600869)表示,全資子公司遠(yuǎn)東福斯特的圓柱18650—3100mAh動(dòng)力電芯目前已進(jìn)入中試階段。
?鵬輝能源:主打2800mAh18650動(dòng)力電芯
6月份,鵬輝能源動(dòng)力研究院院長劉建生向高工鋰電透露,從今年4月起,公司動(dòng)力用圓柱電池新增產(chǎn)能均為NCM811,以2800mAh容量為主,采用811搭配石墨負(fù)極方案,能量密度達(dá)220Wh/kg,目前主要給上汽通用五菱配套。公司也正在加緊推進(jìn)NCM811體系3000mAh的18650電芯量產(chǎn),以及NCM811搭配硅碳3300mAh電芯的進(jìn)展。
?智航新能源:3000mAh18650電池通過新國標(biāo)強(qiáng)檢
高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)數(shù)據(jù)顯示,智航新能源在2018上半年動(dòng)力電池裝機(jī)量排名中位居第10。在5月份的高工鋰電2018動(dòng)力電池供應(yīng)鏈巡回活動(dòng)中,智航新能源稱,公司專注于三元技術(shù)路線,主打產(chǎn)品為18650-2600mAh三元電池,單體比能量達(dá)210wh/kg,更高能量密度的3000mAh新品已完成中試,并已通過新國標(biāo)強(qiáng)檢。公司擁有三元正極材料、電芯和PACK系統(tǒng)的完整產(chǎn)線,目前總計(jì)產(chǎn)能3.5GWh。
?卓能新能源:主推2800mAh及更高容量的電芯
目前,卓能新能源擁有深圳、廣西兩大生產(chǎn)基地,日產(chǎn)電芯160萬顆,均為實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)能。其中,深圳基地日產(chǎn)60萬顆,以3C消費(fèi)類電池為主;廣西基地日產(chǎn)100萬顆,以動(dòng)力電池為主。
去年,卓能新能源動(dòng)力電池主流型號(hào)為2600mAh型號(hào)產(chǎn)品,今年在動(dòng)力電池市場將主推2800mAh及更高容量的電芯,目前已進(jìn)入批量供貨階段。
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