近日，在全球新能源汽車大會上，寧德時代中國區(qū)乘用車解決方案部總裁項延火向外界介紹了寧德時代在化學材料體系、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，在電化學材料體系中，項延火介紹了寧德時代在磷酸鐵鋰、中鎳三元、高鎳三元、無鈷電池，以及更為長遠的全固態(tài)電池、鋰金屬電池、鋰空氣電池等材料體系的研發(fā)方向。作為全球動力電池龍頭，寧德時代的每次“匯報”實際上對業(yè)界都有很好的參考意義。在這次報告中，我們也得以一窺，寧德時代對于各種化學材料體系應用周期和節(jié)點的預判。
磷酸鐵鋰：仍有提升空間主流應用會持續(xù)一段時間
電池化學材料體系的迭代升級是提升能量密度的一個核心，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部自身的迭代，如三元材料從333到523，再到811，未來還有鎳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做到165Wh/kg，系統(tǒng)能量密度能做到140Wh/kg附近。因為磷酸鐵鋰電池經濟性、安全性和循環(huán)性能都比較高，目前在經濟性車型中應用比較多。
未來磷酸鐵鋰材料體系還有沒有挖掘空間，能量密度是否已經到達“天花板”?
據項延火透露，寧德時代計劃通過對磷酸鐵鋰材料體系的設計與挖掘，未來將其能量密度進一步提升，達到200Wh/kg- 230Wh/kg，“這樣在下一代產品應用時，就可以在續(xù)航里程和成本優(yōu)化方面有更佳的表現(xiàn)。”
事實上，近幾年國內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。如國軒高科在今年年初透露，通過開發(fā)高性能磷酸鐵鋰正極材料、負極采用石墨摻硅和預鋰化技術，已經研發(fā)出單體能量密度達到210Wh/kg的磷酸鐵鋰電池。
比亞迪也認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通過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，在項延火看來，隨著電池技術、材料的創(chuàng)新，預計到2028年，磷酸鐵鋰的成本、安全優(yōu)勢在乘用車領域會被其它材料體系取代。未來磷酸鐵鋰電的應用場景和技術研發(fā)仍需要觀察。
中鎳三元、無鈷電池將成中端車市場主流
針對中端車市場，項延火預計，未來幾年仍將以中鎳高壓三元體系動力電池技術為主。電芯能量密度預計會提升到240Wh/kg~260Wh/kg。
據電池中國了解，在2020年，寧德時代已經開始大量在新能源主流車型中推廣應用單晶高電壓5系電池。比如與榮威、吉利、蔚來汽車合作的電池產品，都是采用的中鎳單晶5系電池。這類電池相較于鎳8系產品具有更好的經濟性和安全性，同時能量密度也不錯。
除了寧德時代，據了解，欣旺達、瑞浦能源、領湃新能源等不少動力電池企業(yè)也在規(guī)模化應用單晶中鎳材料。
據項延火介紹，在這一領域，寧德時代將通過在產品循環(huán)壽命和快充能力上的不斷挖掘與開發(fā)，以滿足更多的市場需求。
同時針對中端車市場，寧德時代也在大力開發(fā)無鈷材料體系，進一步實現(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，寧德時代預計到2024年左右，公司將會推出無鈷電池。
高端市場：主打高鎳、超高鎳體系產品
針對高端車型市場，項延火介紹說，寧德時代將重點推廣高鎳材料體系，“從現(xiàn)有的高鎳811體系，到下一步高鎳+硅體系產業(yè)化的應用，有望實現(xiàn)300Wh/kg能量密度，且瞄準350Wh/kg的目標。”
從寧德時代的材料體系路線圖來看，其超高鎳+硅體系未來也有希望沖擊400Wh/kg的能量密度高度。
關于下一代電池技術路線，尤其是今年以來業(yè)界關注度較高的固態(tài)電池，預計寧德時代也會在2024年左右推出，而能量密度有望做到400Wh/kg。
“經過了近10年的攻關研究，認為采用鋰金屬為負極材料的全固態(tài)鋰金屬電池是固態(tài)電池最優(yōu)的發(fā)展方向，這個技術可以從本質上提升我們電池的安全性和能量密度。”項延火指出，雖然目前仍然面臨一些關鍵技術和工藝等科學問題需要行業(yè)共同來攻克，但一旦在技術上實現(xiàn)了突破，350Wh/kg甚至400Wh/kg的安全電芯也將成為現(xiàn)實。
從更長遠的發(fā)展來看，寧德時代還將持續(xù)投入無金屬正極材料、鋰空氣等新材料電池技術的研究。屆時，電芯能量密度將突破500Wh/kg甚至600Wh/kg。
2022年左右推出第二代CTP集成方案
電化學材料體系的技術創(chuàng)新和迭代是一方面，系統(tǒng)集成的創(chuàng)新和不斷優(yōu)化也是提升整車電量、使用體驗和降本的重要攻關方向。
寧德時代在2019年首次推出了應用于乘用車的第一代CTP(Cell To Pack，將電芯集成到電池包)電池集成技術，根據項延火介紹，寧德時代目前正在開發(fā)第二代平臺化的CTP電池系統(tǒng)，計劃于2022年-2023年投放市場，后面還將針對從A00級到D級全系列車型推出第三代系列化的CTP電池系統(tǒng)平臺。
為了更進一步降低成本、提升續(xù)航、優(yōu)化使用體驗、降低能耗，寧德時代還將加快CTC(Cell To Chassis，將電芯集成到底盤)技術的研究。“寧德時代計劃于2025年前后推出第四代高度集成化的CTC電池系統(tǒng);更長遠來看，寧德時代將于2028年前后有望升級為第五代智能化的CTC電動底盤系統(tǒng)。”項延火透露。
根據寧德時代董事長曾毓群此前介紹，CTC技術不僅會重新布置電池，還會將三電系統(tǒng)納入進來，包括電機、電控、整車高壓如DC/DC、OBC等，而這種高度集成的電池系統(tǒng)，將可輕松使得車輛續(xù)航里程大幅提升。
事實上，從寧德時代對于電池化學材料體系的迭代升級方向來看，與業(yè)內整體的研判趨勢基本一致，未來五到十年，仍然是電池化學材料體系快速更迭、創(chuàng)新的關鍵期，而隨著電池化學材料體系、系統(tǒng)集成等技術的不斷成熟，鋰電池未來替代燃油，推動汽車大規(guī)模電動化的時間也會如期到來。
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