平衡之道 ——新能源汽車動(dòng)力電池淺析

隨著新能源汽車在中國(guó)新車市場(chǎng)的份額提升到25%以上,中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)已經(jīng)從依賴政策推動(dòng)的市場(chǎng)導(dǎo)入期進(jìn)入市場(chǎng)與技術(shù)雙輪驅(qū)動(dòng)的快速發(fā)展期。隨著更多消費(fèi)者開(kāi)始選擇新能源汽車,他們對(duì)于新能源汽車的要求已經(jīng)從關(guān)注某個(gè)單一性能是否滿足基本使用要求轉(zhuǎn)為對(duì)于整車性能的綜合表現(xiàn)。動(dòng)力電池是新能源汽車的核心零部件,對(duì)于新能源汽車的整車性能、安全性、成本等關(guān)鍵指標(biāo)具有決定性影響。因此,新能源汽車的進(jìn)一步普及將對(duì)動(dòng)力電池的各項(xiàng)性能提出了更全面的要求。

首先,安全性一直被視為新能源汽車動(dòng)力電池最核心的要求,但是如果拘泥于安全性而不考慮能量密度和續(xù)航里程,就可能會(huì)導(dǎo)致類似日系車企曾經(jīng)面臨的鎳氫電池困局。新能源汽車發(fā)展的前期,日系車企為了確保絕對(duì)的安全,主要采用能量密度偏低的鎳氫電池,而太低的能量密度無(wú)法維持基本的純電續(xù)航里程,就只能重點(diǎn)開(kāi)發(fā)混動(dòng)車型。與日系企業(yè)相反,特斯拉最初采用的18650電池被認(rèn)為存在安全風(fēng)險(xiǎn)。但是由于具有更高的能量密度,且經(jīng)過(guò)消費(fèi)電子領(lǐng)域的長(zhǎng)期使用,18650電池具有優(yōu)異的生產(chǎn)一致性。因此在通過(guò)提升電池管理系統(tǒng)(BMS)功能而成功提高安全性后,采用18650電池的特斯拉Model S成為非常成功的產(chǎn)品。未來(lái),隨著電控技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)熱管理能力的提升,將有更多種類的電池能夠滿足法規(guī)對(duì)于動(dòng)力電池系統(tǒng)安全性的要求;而原來(lái)在安全性方面具有優(yōu)勢(shì)的一些電池類型,由于在充放電循環(huán)次數(shù)、能量密度等方面的缺陷,即使非常安全也會(huì)被市場(chǎng)淘汰。因此,未來(lái)的電池需要在安全與性能方面尋求平衡點(diǎn),在滿足安全要求的基礎(chǔ)上,不斷追求更好的性能與更低的成本。

另一方面,通過(guò)犧牲系統(tǒng)性能而實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)指標(biāo)的突出表現(xiàn),越來(lái)越不被市場(chǎng)接受。其中的典型例子就是通過(guò)電池?cái)?shù)量的堆疊來(lái)滿足更長(zhǎng)續(xù)航里程的方案正逐漸被市場(chǎng)淘汰。由于電池自身重量的增加,額外增加電池帶來(lái)的續(xù)航里程延長(zhǎng)的邊際效用顯著下降,反而會(huì)帶來(lái)整車能效下降、成本上升、駕駛操控不佳等負(fù)面影響。未來(lái),新能源汽車企業(yè)將更關(guān)注電池容量、充電時(shí)間、使用壽命、高低溫表現(xiàn),系統(tǒng)成本等多方面綜合表現(xiàn),以消費(fèi)者的需求為目標(biāo),平衡不同性能指標(biāo)和產(chǎn)品成本、并同時(shí)滿足安全性等剛性要求,以實(shí)現(xiàn)更多維度上的產(chǎn)品綜合優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)先。

除此之外,在新能源汽車的起步階段,為降低消費(fèi)者的使用門(mén)檻,部分新能源汽車企業(yè)會(huì)采用以磷酸鐵鋰電池為代表的低成本電池,疊加政府補(bǔ)貼,通過(guò)價(jià)格優(yōu)勢(shì)占據(jù)部分市場(chǎng)。然而,由于磷酸鐵鋰電池的能量密度低于三元鋰電池,低價(jià)的磷酸鐵鋰電動(dòng)車難以滿足消費(fèi)者在續(xù)航里程方面的基本需求,一直無(wú)法打開(kāi)市場(chǎng)。為尋找磷酸鐵鋰電池在成本、安全性、能量密度方面的平衡,國(guó)內(nèi)電池企業(yè)通過(guò)將傳統(tǒng)的CTM(Cell to Module)轉(zhuǎn)變?yōu)镃TP(Cell to Pack)和CTC/CTB等方式,開(kāi)發(fā)出系統(tǒng)能量密度更高的磷酸鐵鋰刀片電池,實(shí)現(xiàn)了在成本、安全性、能量密度等方面綜合水平接近三元鋰電池,這才有近幾年磷酸鐵鋰電池的快速增長(zhǎng)。與磷酸鐵鋰電池相比,鈉離子電池成本更低、原材料來(lái)源廣泛、安全性和低溫表現(xiàn)更佳,但是其能量密度也更低。根據(jù)磷酸鐵鋰電池早期發(fā)展的經(jīng)驗(yàn),低成本與安全性并不能帶來(lái)更多的市場(chǎng),如果其系統(tǒng)能量密度難以提升,難以實(shí)現(xiàn)成本、安全性、性能之間的平衡,其未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景可能更多在儲(chǔ)能領(lǐng)域,而在新能源汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域?qū)⑾鄬?duì)有限。

綜上所述,未來(lái)新能源汽車動(dòng)力電池的發(fā)展將需要同時(shí)平衡安全性、能量密度、充放電時(shí)間和循環(huán)次數(shù)、成本等諸多方面的需求。未來(lái)的動(dòng)力電池發(fā)展方向,可能還是以現(xiàn)階段主流的鋰離子電池為基礎(chǔ),通過(guò)固態(tài)/凝聚態(tài)電池的開(kāi)發(fā),采用CTP/CTC/CTB等無(wú)模組技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,不斷改進(jìn)正負(fù)極材料等方法,對(duì)于新能源汽車動(dòng)力電池進(jìn)行持續(xù)改進(jìn),以滿足新能源整車發(fā)展的需要。

來(lái)源：中華網(wǎng)