中國儲能網(wǎng)訊：下一代動力電池技術(shù)正在快速逼近，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到材料體系優(yōu)化，中國動力電池企業(yè)開始展示出越來越強(qiáng)的底層創(chuàng)新能力。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新層面，CTP、CTC、JTM、CTB、One-Stop等創(chuàng)新技術(shù)層出不窮；材料體系創(chuàng)新層面，無鈷電池、快充電池、鈉離子電池、鋰硫電池、固態(tài)電池、高錳鐵鋰電池等紛紛出圈。與此同時，動力電池技術(shù)多元化也在驅(qū)動著裝備工藝的復(fù)雜化與革新化。
動力電池技術(shù)創(chuàng)新背后，既有來自全球能源變革與新能源產(chǎn)業(yè)升級的驅(qū)動，同時也是電池企業(yè)參與市場競逐的關(guān)鍵砝碼。動力電池作為新能源汽車的基石部件，技術(shù)的創(chuàng)新突破也與產(chǎn)業(yè)升級空間息息相關(guān)。
基于對行業(yè)的深度洞察，蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新將下一代動力電池技術(shù)概括為六大方向：無鈷化、4C快充、短刀電池、疊片技術(shù)、預(yù)鋰補(bǔ)鋰、可預(yù)見性。
宏觀上，這六大方向的底層邏輯源于“一縱一橫一圈層”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律。
一縱指的是“礦產(chǎn)資源—關(guān)鍵材料—電池材料—電池裝備—梯次回收—資源再生”縱向一體化；一橫指的是在充換電基礎(chǔ)設(shè)施、智能制造、電池銀行等橫向協(xié)同環(huán)節(jié)進(jìn)行多元化拓展；為橫縱向服務(wù)的是外圍整個生態(tài)圈層，包括金融服務(wù)，產(chǎn)業(yè)園運(yùn)營、資本創(chuàng)新等。
微觀上，這六大方向直擊當(dāng)下亟需解決的企業(yè)痛點(diǎn)與用戶痛點(diǎn)，如資源瓶頸、補(bǔ)能及安全焦慮等。
畢竟無論電池技術(shù)的路線怎么變，根本目的都是在可負(fù)擔(dān)成本內(nèi)，讓電動汽車變得充電快、高安全、跑得遠(yuǎn)。
就行業(yè)的技術(shù)變革動態(tài)來看，這六大方向也是動力電池演化中的行業(yè)共識。
無鈷化
全球66% 鈷產(chǎn)量都出自政局不穩(wěn)定的剛果（金），中國鈷儲量僅占全球儲量的1%左右，鈷資源的稀缺嚴(yán)重威脅動力電池供應(yīng)鏈安全。
同時，鈷在正極材料成本中占重要部分。以三元 523電池體系為例，鈷的材料成本占比達(dá)20%，其價格波動會直接影響到電芯成本。
因此動力電池“去鈷化”已成全球行業(yè)共識，三元體系高鎳低鈷更是技術(shù)熱門。
但寬泛而言，只要是鋰電池的正極材料中不含鈷元素，都可以被叫做無鈷電池。除了低鈷化的三元電池，磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰等也包括在無鈷體系內(nèi)。
楊紅新表示，未來鋰電產(chǎn)品分布中，“大無鈷系”電池市場占比將超過70%，可覆蓋A00-BC級，300-700公里續(xù)航的乘用車，以及輕型動力車和商用儲能。
不同于其他電池企業(yè)的“少鈷”電池，蜂巢能源的層狀無鈷材料電池是真正的“0”鈷電池，并且是是全球首家成功研發(fā)出無鈷電池的企業(yè)。
相比同級別的高鎳三元電池，蜂巢無鈷電芯具有高安全性、高能量密度、高循環(huán)壽命和低成本的核心優(yōu)勢，循環(huán)壽命可達(dá)3000次以上，能輕松通過150℃的熱箱測試和140% SOC的過充測試。
楊紅新透露，蜂巢能源將于2023年推出第二代層狀無鈷電池，預(yù)計(jì)成本與磷酸鐵鋰接近，續(xù)航可達(dá)到800Km。
超快充
今年上半年，新能源汽車產(chǎn)銷兩旺，市場滲透率已達(dá)21.6%。為緩解電動出行“里程焦慮”和“補(bǔ)能焦慮”，布局超快充已是大勢所趨。
基于800V高壓平臺的電池快充成為目前業(yè)內(nèi)布局的重點(diǎn)。隨著800V車型如極狐阿爾法S、阿維塔11、小鵬G9、長城機(jī)甲龍陸續(xù)上市，2022年成為800V車型量產(chǎn)元年。
但超快充落地的一大挑戰(zhàn)在于充電基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重不完善。目前可匹配超快充車型的充電樁/站數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到建立超快充生態(tài)的需求。
除了受前期高額投入成本制約外，超充站的建設(shè)嚴(yán)重依賴于電網(wǎng)的穩(wěn)定性。適配于800V高壓快充的超充站需要超大電容匹配，而電網(wǎng)進(jìn)行電容改造的力度和速度，直接決定了普及率。
超充站在短期內(nèi)造成的用電高峰，需要大量、高效的電纜通道以及其他配套設(shè)施支持。不可不謂艱巨的改造工程。今年8月西南地區(qū)的限電潮更是引發(fā)了對電網(wǎng)穩(wěn)定性的憂慮。
因此，雖然業(yè)內(nèi)已有電池廠商落地量產(chǎn)了更高倍率的快充電池，但從整車及充電設(shè)施經(jīng)濟(jì)性、公共電力穩(wěn)定性出發(fā)，4C電池方能在里程焦慮與現(xiàn)實(shí)配備間實(shí)現(xiàn)較好的平衡性。
中短期來看，4C+800V是公共電網(wǎng)可承受范圍內(nèi)的最優(yōu)方案，并且可避免不必要的熱管理隱患。今年年底，蜂巢能源預(yù)計(jì)發(fā)布實(shí)現(xiàn)4C+800v快充能力的新電池技術(shù)。
電芯長薄化
如果說無鈷化是電池材料創(chuàng)新加速的體現(xiàn)，那么長薄電芯就是電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新領(lǐng)域的重要方向。
長薄電芯通過減薄電芯厚度、增大電芯長度，同時取消模組設(shè)計(jì)、使電芯直接陣列在電池包中充當(dāng)結(jié)構(gòu)件，從而提升空間利用率、提高電池安全性。
從規(guī)?；a(chǎn)制造的角度出發(fā)，長薄電芯面臨的最大問題是良率的控制和大規(guī)模制造的效率問題。而蜂巢能源研發(fā)的短刀電池在長短之間找到了一個相對平衡點(diǎn)，不僅在通用性、適配性方面表現(xiàn)優(yōu)異，且在良率控制和大規(guī)模工業(yè)化量產(chǎn)方面優(yōu)勢明顯。
2019年，蜂巢能源首次公布L600磷酸鐵鋰短刀電芯，目前已搭載于長城歐拉的一款車型。
與超過一米長度的比亞迪刀片電池相比，L600短刀電芯574mm的長度支持切換590標(biāo)準(zhǔn)模組，可廣泛適配以大眾MEB、長城A30及后續(xù)DE30等純電車型，實(shí)現(xiàn)A0級以上車型500km以上續(xù)駛里程。
而相比傳統(tǒng)的方型電池，L600短刀電芯具備刀片電池的幾乎所有長處：體積能量密度高、可以作為結(jié)構(gòu)件實(shí)施 CTP 方案，降低成本，易于散熱，安全性好。
其兩側(cè)出極柱的電芯設(shè)計(jì)，可支持pack環(huán)節(jié)采用上下雙水冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2~4C快充性能，滿足800V高壓電氣架構(gòu)高端車型應(yīng)用，同時與最新的CTC技術(shù)具有更好匹配性。
蜂巢能源還提出了“全域短刀化”，將短刀思路延伸至各品類。目前量產(chǎn)的L300-L600短刀電池，可覆蓋1.6-4C充電范圍；無鈷、三元、磷酸鐵鋰全域化學(xué)體系；及乘用車、商用車、儲能、工程機(jī)械全域使用場景。
疊片技術(shù)
傳統(tǒng)方形電池一般選擇卷繞工藝進(jìn)行生產(chǎn)，但長薄化電芯利用卷繞工藝很容易出現(xiàn)褶皺、變形等問題。疊片工藝既提高了方形電池的內(nèi)部利用率，又具備多項(xiàng)性能優(yōu)勢：
更高的電池能量密度：卷繞空間利用率比疊片低，疊片能夠充分利用邊角空間，故在相同體積情況下能量密度更高。
更穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：受卷繞拐角處內(nèi)外層內(nèi)應(yīng)力不一致的影響，電池會發(fā)生波浪狀變形，導(dǎo)致電流分布不均，加速內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。疊片工藝可保持電池界面平整。
更高安全性：卷繞下兩端極片折彎處容易發(fā)生掉粉、毛刺問題，嚴(yán)重時造成電池內(nèi)部短路，引起熱失控。而疊片電池受力均勻，安全性更高。
更長的循環(huán)壽命：疊片電池的極耳數(shù)量是卷繞的 2 倍，極耳數(shù)量越多，電子傳輸距離越短，電阻越小，故疊片電池內(nèi)阻能夠降低 10%+，循環(huán)壽命更長。
在“勻漿、涂布、輥壓、模切、疊片、裝配”六大短刀電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，疊片的生產(chǎn)效率及質(zhì)量對電芯良品率至關(guān)重要。
但疊片工藝一直面臨設(shè)備效率低、設(shè)備投資額較高、良率低、控制難度大等缺點(diǎn)，疊片機(jī)技術(shù)成為疊片工藝滲透率增長關(guān)鍵。
蜂巢能源一直引領(lǐng)高速疊片工藝。今年6月，其自主研發(fā)的0.125S/片短刀電池疊片3.0高速設(shè)備已經(jīng)完成技術(shù)驗(yàn)收，并全面導(dǎo)入量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)產(chǎn)能0.9GWh。此種設(shè)備單次可疊八片，同時對每一片完成在線檢測，消除質(zhì)量隱患，發(fā)現(xiàn)缺陷后可對單片在線剔除。
蜂巢能源下一代搭配激光切割技術(shù)的0.06S/片超高速疊片設(shè)備也已開始立項(xiàng)研發(fā)。
預(yù)鋰補(bǔ)鋰
通過預(yù)鋰化對電極材料進(jìn)行補(bǔ)鋰，可抵消SEI膜造成的不可逆鋰損耗，提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取?
由于預(yù)補(bǔ)鋰工藝有望解決硅碳負(fù)極首次庫倫效率較低的問題，故其常常出現(xiàn)在“摻硅補(bǔ)鋰”的技術(shù)路線中。
整機(jī)廠中，特斯拉采用硅基負(fù)極的 4680 電池在技術(shù)層面采用了干電極+預(yù)鋰化。比亞迪最早在2004年便開始布局補(bǔ)鋰技術(shù)，累計(jì)申請補(bǔ)鋰相關(guān)專利 20 余項(xiàng)，具有超強(qiáng)技術(shù)儲備。
國軒高科、億緯鋰能以及遠(yuǎn)景動力等電池廠商也布局大量補(bǔ)鋰相關(guān)專利，主要涉及負(fù)極預(yù)鋰化技術(shù)路線。杉杉能源及珠海冠宇等則主要涉及正極預(yù)鋰化技術(shù)路線。
正極材料廠商德方納米目前處于產(chǎn)能建設(shè)階段，預(yù)計(jì)部分補(bǔ)鋰劑產(chǎn)能將于今年Q4或明年Q1量產(chǎn)。深圳研一專利覆蓋正負(fù)極預(yù)鋰化，已成功實(shí)現(xiàn)正極補(bǔ)鋰劑鎳酸鋰、鐵酸鋰量產(chǎn)。
蜂巢能源在實(shí)驗(yàn)室里研發(fā)的正極補(bǔ)鋰技術(shù)，已經(jīng)在儲能電芯上實(shí)現(xiàn)1萬次循環(huán)，并計(jì)劃挑戰(zhàn)1.2萬次循環(huán)，即實(shí)現(xiàn)與光伏系統(tǒng)同壽命。
隨著硅基負(fù)極逐漸放量及高端動力/儲能電池補(bǔ)鋰需求，預(yù)鋰化或?qū)⒊蔀殇囯姵匚磥硪淮蟀l(fā)展方向。
通過預(yù)鋰補(bǔ)鋰+短刀電芯結(jié)合，疊加新型的冷卻與安全技術(shù)，蜂巢能源推出CTR技術(shù)方案。升級后的儲能電芯在325Ah左右，全面超越市面上主流的280Ah儲能產(chǎn)品。
可預(yù)見性
從材料創(chuàng)新到結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、制造創(chuàng)新，動力電池多技術(shù)路線明槍暗戰(zhàn)不斷升級。然而，理論上再完美的技術(shù)，也無法100%保證電芯及電池包的安全。
這種現(xiàn)實(shí)情況下，可預(yù)見性變得非常重要。通過預(yù)警算法，加以監(jiān)控+云端計(jì)算，提前識別電芯潛在風(fēng)險(xiǎn)并給予預(yù)警，同時可就殘值評估及利用空間輸出在線報(bào)告。
蜂巢能源推出的電池監(jiān)測系統(tǒng)——蜂云平臺可對車輛實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，電芯數(shù)據(jù)可用來開展后續(xù)的電池性能分析，截至2022年7月底已經(jīng)接入監(jiān)測車輛超過37萬臺，累計(jì)數(shù)據(jù)突破592億條。
蜂云平臺通過內(nèi)短路預(yù)警、析鋰預(yù)警、絕緣預(yù)警等算法模型，能精準(zhǔn)識別風(fēng)險(xiǎn)電池，輕微內(nèi)短路可提前兩個月預(yù)警，嚴(yán)重內(nèi)短路可在熱失控前數(shù)小時預(yù)警，最大程度保障電動車應(yīng)用安全。
除了以上六個關(guān)鍵技術(shù)以外，蜂巢能源還在磷酸鐵鋰壓實(shí)密度、果凍電池（半固體電池）、鈉電池等新方向上進(jìn)行持續(xù)研發(fā)。
楊紅新表示，蜂巢能源正在通過系統(tǒng)集成的方案，把快充、高能量密度、高安全性等所有關(guān)鍵技術(shù)集成到一起，結(jié)合蜂巢能源短刀電芯的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)，在磷酸鐵鋰領(lǐng)域形成一個行業(yè)最高成組效率的方案。
作為創(chuàng)立僅4年的新勢力企業(yè)，蜂巢能源在諸多方向上從0到1的技術(shù)創(chuàng)新令行業(yè)印象深刻。對此，楊紅新曾解釋，在技術(shù)壁壘、資金壁壘、供應(yīng)鏈壁壘都極高的動力電池行業(yè)，后入局者沿用原有材料體系做電池，無法贏過原有巨頭的規(guī)模效應(yīng)。只有與頭部企業(yè)進(jìn)行錯位競爭，進(jìn)行技術(shù)與產(chǎn)品差異化創(chuàng)新，才能在市場站住腳跟。
從國家戰(zhàn)略的角度而言，長期以來汽車工業(yè)的核心專利被掌握在歐美和日韓國家手中, 而基于電化學(xué)材料及結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化突破，利于中國企業(yè)和產(chǎn)業(yè)把握新能源行業(yè)的主動權(quán)，反哺全球能源轉(zhuǎn)型。
