下一代動力電池技術(shù)正在快速發(fā)展。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計到材料系統(tǒng)優(yōu)化，中國動力電池制造商已經(jīng)開始展現(xiàn)出越來越強大的底層創(chuàng)新能力。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新層面，CTP、CTC、JTM、CTB、一站式等創(chuàng)新技術(shù)層出不窮。

在材料體系創(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、高錳鐵鋰電池等不斷創(chuàng)新。與此同時，動力電池技術(shù)的多樣化也在驅(qū)動著設(shè)備技術(shù)的復(fù)雜性和創(chuàng)新性。動力電池技術(shù)創(chuàng)新的背后，是全球能源改革和新能源產(chǎn)業(yè)升級的驅(qū)動，也是電池企業(yè)參與市場競爭的關(guān)鍵。

作為新能源汽車的基石組成部分，動力電池技術(shù)創(chuàng)新突破也與產(chǎn)業(yè)升級空間密切相關(guān)?；趯π袠I(yè)的深入洞察，下一代動力電池技術(shù)可以概括為六大方向：無鈷、4C快充、短刀電池、層壓技術(shù)、預(yù)鋰鋰補充和可預(yù)測性。從宏觀上看，這六個方向的內(nèi)在邏輯來自于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律。是指“礦產(chǎn)資源-關(guān)鍵材料-電池材料-電池設(shè)備-梯級回收-資源再生”的垂直整合；充換電基礎(chǔ)設(shè)施、智能制造、電池銀行等橫向協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)的多元化擴張。

它服務(wù)于整個外圍生態(tài)系統(tǒng)，包括金融服務(wù)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)運營、資本創(chuàng)新等。在微觀層面，這六個方向直接解決了需要立即解決的問題，包括資源瓶頸、能源補充和安全焦慮。

 

 

無鈷

全球鈷產(chǎn)量的66%來自剛果（金），中國鈷儲量僅占全球儲量的1%左右。鈷資源的稀缺嚴(yán)重威脅著動力電池供應(yīng)鏈的安全。同時，鈷在陰極材料的成本中起著重要作用。

以三元523電池系統(tǒng)為例，鈷的材料成本占20%，其價格波動將直接影響電池成本。因此，動力電池的“除鈷”已成為全球行業(yè)共識，高鎳低鈷三元體系是一項熱門技術(shù)。

但從廣義上講，只要鋰電池的正極材料不含鈷元素，就可以稱為無鈷電池。除低鈷三元電池外，磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰等也包含在無鈷體系中。在未來的鋰電池產(chǎn)品布局中，“大無鈷”電池的市場份額將超過70%，覆蓋A00-BC級、300-700公里續(xù)航乘用車、輕型動力汽車和商用儲能。

 

超快充電

今年上半年，新能源汽車產(chǎn)銷兩旺，市場滲透率已達21.6%，部署超級快充已是大勢所趨?；?00V高壓電池平臺的電池快充成為行業(yè)布局的重點。

隨著800V車型陸續(xù)上市，2022年將成為800V車型量產(chǎn)的元年。然而，超快充電的挑戰(zhàn)之一是充電基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重不完善。目前，能夠與超快充電模式相匹配的充電樁/充電站數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足建立超快充電生態(tài)的需求。

 

 

除了前期投入成本高的制約因素外，超充電站的建設(shè)在很大程度上取決于電網(wǎng)的穩(wěn)定性。適用于800V高壓快速充電的過充電站需要超級電容器匹配，而電容器在電網(wǎng)中變換的強度和速度直接決定了其受歡迎程度。超充站短期內(nèi)造成的用電高峰需要大量高效的電纜通道等配套設(shè)施，是一項難度較大的改造工程。

因此，盡管行業(yè)內(nèi)的電池制造商已經(jīng)以更高的速度推出了更快充電電池的量產(chǎn)，但從整車和充電設(shè)施的經(jīng)濟性以及公共電力的穩(wěn)定性來看，4C電池可以在里程焦慮和實際設(shè)備之間實現(xiàn)更好的平衡。從中短期來看，4C+800V是公共電網(wǎng)可承受范圍內(nèi)的最佳方案，可以避免不必要的熱管理風(fēng)險。

 

巖芯長度減薄

如果說無鈷是加速電池材料創(chuàng)新的體現(xiàn)，那么細(xì)長電池是電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新領(lǐng)域的重要方向。細(xì)長電池可以通過減少電池厚度、增加電池長度和取消模塊設(shè)計來提高空間利用率和電池安全性，從而使電池的直接陣列可以充當(dāng)電池組中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。從大規(guī)模生產(chǎn)制造的角度來看，細(xì)長電芯面臨的最大問題是產(chǎn)量控制和大規(guī)模制造的效率。

 

 

層壓技術(shù)

傳統(tǒng)的方形電池通常是通過纏繞工藝生產(chǎn)的，但細(xì)長的電池在纏繞工藝中容易出現(xiàn)褶皺、變形等問題。層壓工藝不僅提高了方形電池的內(nèi)部利用率，而且具有以下幾個性能優(yōu)勢：

● 更高的電池能量密度

纏繞空間的利用率低于疊片，疊片可以充分利用角落空間，因此在相同體積下能量密度更高。

● 內(nèi)部結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定

由于繞組轉(zhuǎn)角處內(nèi)外應(yīng)力不一致的影響，電池會產(chǎn)生波狀變形，導(dǎo)致電流分布不均勻，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。層壓工藝可以保持電池接口平整。

● 更高的安全性

繞組兩端的極片彎曲容易造成粉末損失和毛刺，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，造成熱失控。疊層電池具有均勻的應(yīng)力和更高的安全性。

● 更長的循環(huán)壽命

疊層電池的接線片數(shù)量是繞組的兩倍，接線片數(shù)量越多，電子傳輸距離越短，電阻越小，因此疊層電池內(nèi)阻可以降低10%+，循環(huán)壽命更長。

在“均化、涂布、軋制、模切、層壓、組裝”六個短刀電池的生產(chǎn)過程中，層壓的生產(chǎn)效率和質(zhì)量對電池單體的產(chǎn)量至關(guān)重要。然而，層壓工藝一直面臨著設(shè)備效率低、設(shè)備投資高、產(chǎn)量低、控制難度大的缺點。覆膜機技術(shù)已成為覆膜工藝滲透率增長的關(guān)鍵。

 

 

預(yù)鋰和鋰補充

通過預(yù)鋰化將鋰添加到電極材料中，可以抵消SEI膜造成的不可逆鋰損失，提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取Ｓ捎陬A(yù)充鋰工藝有望解決硅碳陽極第一庫侖效率低的問題，因此經(jīng)常出現(xiàn)在“硅摻雜鋰”的技術(shù)路線中。在整機廠，特斯拉的4680硅基負(fù)極電池在技術(shù)層面采用了干電極+預(yù)鋰化。比亞迪最早在2004年就開始布局補鋰技術(shù)，技術(shù)儲備雄厚。

像國軒高科、EVE和遠(yuǎn)景動力等儲能電池公司這樣的電池制造商也擁有大量的鋰補充相關(guān)專利，主要涉及陽極預(yù)鋰化的技術(shù)路線。正極預(yù)鋰化技術(shù)路線主要涉及杉杉和 冠宇。正極材料制造商德方納米目前正處于產(chǎn)能建設(shè)階段，預(yù)計部分補鋰產(chǎn)能將在今年第四季度或明年第一季度量產(chǎn)。蜂巢在實驗室開發(fā)的正極補鋰技術(shù)已經(jīng)在儲能電池上實現(xiàn)了10000次循環(huán)，并計劃挑戰(zhàn)12000次循環(huán)，即實現(xiàn)與光伏系統(tǒng)相同的壽命。

隨著硅基負(fù)極的逐漸增多，以及高端動力/儲能電池對鋰補充的需求，預(yù)鋰化可能成為未來鋰電池的一大發(fā)展方向。蜂巢引入CTR技術(shù)解決方案，結(jié)合預(yù)鋰鋰補充+短刀電芯，并添加新的冷卻和安全技術(shù)。升級后的儲能電池約為325Ah，完全超過了市場上主流的280Ah儲能產(chǎn)品。

 

可預(yù)測性

從材料創(chuàng)新到結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、制造創(chuàng)新，動力電池的多技術(shù)路線不斷升級。然而，無論技術(shù)在理論上多么完美，都無法100%保證電池和電池組的安全。

在這種現(xiàn)實中，可預(yù)測性變得非常重要。通過預(yù)警算法，監(jiān)測+云計算可以提前識別電池的潛在風(fēng)險并進行預(yù)警。同時，可以輸出關(guān)于剩余價值評估和空間利用的在線報告。