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行業(yè)研究 | 2022年新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展回顧

2022年，我國(guó)新能源汽車持續(xù)爆發(fā)式增長(zhǎng)，產(chǎn)銷分別完成705.8萬(wàn)輛和688.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)96.9%和93.4%，連續(xù)8年保持全球第一。作為新能源汽車的核心部件，各企業(yè)對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池的相關(guān)技術(shù)研究也在不斷推層出新。本篇從技術(shù)發(fā)展角度，回顧2022年動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展情況。

動(dòng)力電池系統(tǒng)集成技術(shù)“百花齊放”

新能源汽車的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新不斷演進(jìn)，空間利用愈發(fā)緊湊，電芯集成方式是一直以來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)，2022年電池生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)新了一批新型動(dòng)力電池集成管理技術(shù)。

圖1 比亞迪CTB技術(shù)

2022年5月，比亞迪發(fā)布了CTB（Cell to Body）電池，將電池上蓋與車身地板合二為一，以長(zhǎng)刀電芯充當(dāng)部分結(jié)構(gòu)件的作用，形成蜂窩結(jié)構(gòu)，使得電池系統(tǒng)體積利用率達(dá)66%，系統(tǒng)能量密度提升10%，正碰結(jié)構(gòu)安全提升50%，側(cè)碰安全性提升45%，整車扭轉(zhuǎn)剛度提升一倍，扭轉(zhuǎn)剛度突破40000N?m/°。

圖2 寧德時(shí)代麒麟電池

6月，寧德時(shí)代發(fā)布了CTP（Cell To Pack）3.0技術(shù)及其應(yīng)用產(chǎn)品—麒麟電池，采用多功能彈性?shī)A層代替水冷板、隔熱墊和橫縱梁等獨(dú)立部件，電芯底部集成了結(jié)構(gòu)防護(hù)、高壓連接、熱失控排氣等功能模塊，增加6%的空間，使得換熱面積擴(kuò)大了4倍，電池包內(nèi)部體積利用率達(dá)到了72%，能量密度提升至255 Wh/kg。

圖3 孚能科技大軟包動(dòng)力電池系統(tǒng)

9月，孚能科技在大軟包方面推出全新動(dòng)力電池解決方案—SPS（Super Pouch Solution），采用高效液冷板與底盤(pán)的一體化設(shè)計(jì)，半固態(tài)大軟包電芯直接集成于系統(tǒng)底盤(pán)，高效液冷板和導(dǎo)熱片的復(fù)合使用，使電池系統(tǒng)的散熱效率提升4倍，系統(tǒng)部件減少50%，材料成本降低33%，提升體積利用率到75%。

圖4 蜂巢能源“龍鱗甲”電池

12月，蜂巢能源發(fā)布“龍鱗甲”電池，創(chuàng)新采用短刀電芯底出防爆閥、“熱-電分離”、雙面冷卻等設(shè)計(jì)，電池系統(tǒng)上蓋、水冷板與車身乘員艙地板合三為一，顯著提升安全性的同時(shí)，減少了20%的結(jié)構(gòu)件，減重10-20公斤，成組效率提升至76%。

鈉離子電池量產(chǎn)在即

2022年，碳酸鋰價(jià)格飆漲導(dǎo)致鋰離子電池成本居高不下，促使行業(yè)加快研發(fā)原材料儲(chǔ)量豐富、生產(chǎn)成本較低的鈉離子電池。據(jù)分析，鈉離子電池的能量密度可以做到150Wh/kg左右，與磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池比較接近，循環(huán)壽命可以做到3000~6000次，與磷酸鐵鋰相當(dāng)，優(yōu)于錳酸鋰和三元鋰電池，熱穩(wěn)定性和安全性與磷酸鐵鋰基本相當(dāng)。

目前，已有寧德時(shí)代、億緯鋰能等公司發(fā)布了鈉離子電池產(chǎn)品，其中，寧德時(shí)代發(fā)布的第一代鈉離子電池能量密度達(dá)160Wh/kg，預(yù)計(jì)2023年發(fā)布的第二代鈉離子電池產(chǎn)品能量密度可實(shí)現(xiàn)200Wh/kg，能夠滿足續(xù)航400公里以下的純電車需求，若采用鋰鈉電池混搭的AB方案，有望將能力邊界拓展至500公里。12月15日，億緯鋰能于2022年12月也發(fā)布了大圓柱鈉離子電池產(chǎn)品，以層狀氧化物為正極和硬碳為負(fù)極，能量密度達(dá)135Wh/kg，循環(huán)壽命2500次，10℃下容量保持率高達(dá)90%，-40℃仍能正常工作。

圖5 鋰鈉電池混搭的AB方案

此外，欣旺達(dá)、國(guó)軒高科、鵬輝能源、派能科技、中科海鈉等公司也在鈉離子電池領(lǐng)域加碼布局，推進(jìn)量產(chǎn)進(jìn)度。雖然，理論上鈉離子電池材料成本比磷酸鐵鋰電池低30%以上，但現(xiàn)階段鈉離子電池體系由于制備工藝不成熟、生產(chǎn)效率較低、生產(chǎn)良率不高等原因，導(dǎo)致生產(chǎn)成本明顯高于鋰離子電池，一定程度上抵消了材料成本優(yōu)勢(shì)。未來(lái)隨著產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，以及制程工藝的完善，鈉離子電池的成本優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐步凸顯出來(lái)。

磷酸鐵鋰、三元正極材料迎來(lái)“升級(jí)版”

2022年，動(dòng)力電池正極材料技術(shù)正在發(fā)生一場(chǎng)深遠(yuǎn)的變革，繼磷酸鐵鋰（LFP）、三元材料（NCM、NCA）之后，磷酸錳鐵鋰（LFMP）和四元材料（NCMA）也逐漸駛?cè)氘a(chǎn)業(yè)視線內(nèi)。

圖6 NCMA與NCM、NCA材料對(duì)比

2022年，容百科技、格林美、華友鈷業(yè)紛紛開(kāi)始量產(chǎn)NCMA材料。NCMA結(jié)合了現(xiàn)階段兩大主流三元高鎳材料NCM與NCA優(yōu)勢(shì)，比三元多一元鋁（Al），本質(zhì)是用Al替代Co，通過(guò)在NCM三元材料中摻雜Al 粒子，形成強(qiáng)度遠(yuǎn)高于Ni(Co，Mn)-O的Al-O化學(xué)鍵，并抑制陽(yáng)離子混排和巖鹽結(jié)構(gòu)等雜相的生成，減少了晶界破碎，明顯的提升了材料的循環(huán)壽命和熱穩(wěn)定性。

表1 LFMP與其他正極材料對(duì)比

圖7 中創(chuàng)新航發(fā)布的One-Stop高錳鐵鋰電池

2022年8月，中創(chuàng)新航發(fā)布了高錳鐵鋰電池產(chǎn)品，9月孚能科技也表示將在2023年推出第一代磷酸錳鐵鋰產(chǎn)品。LMFP是是在磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)上，添加部分錳元素而獲得的新型正極材料。較磷酸鐵鋰，LMFP兼顧高能量密度與高安全性，不僅保留了磷酸鐵鋰的安全性和低成本特性，且具有更高的電壓平臺(tái)，電池能量密度提高了15％左右。目前，寧德時(shí)代、比亞迪、國(guó)軒高科、蜂巢能源、星恒電源、瑞浦蘭鈞、天能股份等也都在加大磷酸錳鐵鋰賽道的布局。

“2023年新能源汽車動(dòng)力電池回收利用共性技術(shù)研究”工作組助力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

面對(duì)產(chǎn)業(yè)高速變化的競(jìng)爭(zhēng)格局，企業(yè)如何把握未來(lái)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展路線和趨勢(shì)，掌握前沿技術(shù)研究進(jìn)展，如何開(kāi)展商業(yè)規(guī)劃與前瞻布局，成為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵要素。為此，中汽數(shù)據(jù)組織行業(yè)成立“2023年新能源汽車動(dòng)力電池回收利用共性技術(shù)研究”工作組，圍繞新型動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵原材料替代趨勢(shì)等，分析各類電池技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)及產(chǎn)業(yè)化前景，論證這些新型動(dòng)力電池產(chǎn)品報(bào)廢后回收利用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性，助力企業(yè)前瞻布局，推動(dòng)動(dòng)力電池回收利用產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2022年工作組研究成果回顧