從比亞迪與寧德時(shí)代，看動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的當(dāng)下與明天

自2021年起，我國的新能源汽車行業(yè)開始進(jìn)入爆發(fā)式增長期，新能源汽車銷量從2017年的78萬輛迅猛增長至2021年的352萬輛。而就在最近，我國的新能源汽車領(lǐng)域迎來了又一次里程碑——中國已經(jīng)制造生產(chǎn)了超過2000萬輛新能源汽車，我國也超過了日本成為了世界第一大汽車出口國（大部分出口車輛為新能源汽車）。這里面有我國“碳中和”政策的影響，也有技術(shù)進(jìn)步所帶來的新能源汽車產(chǎn)品力的提高。作為新能源汽車的的絕對(duì)核心，動(dòng)力電池的發(fā)展對(duì)于新能源汽車產(chǎn)業(yè)來說至關(guān)重要。

所謂動(dòng)力電池，它是電動(dòng)新能源車輛的重要組成部分，提供能量供給給電動(dòng)機(jī)以產(chǎn)生動(dòng)力。動(dòng)力電池一般由多個(gè)電池模塊或單元組成，而這之中，每塊電池又由正極、負(fù)極、隔膜和電解液構(gòu)成。對(duì)于動(dòng)力電池來說，其需要具備高能量密度、高功率密度、長壽命、快速充電和安全可靠等特性。而在一塊動(dòng)力電池之中，正極作為最主要的材料，其主要采用磷酸鐵鋰和三元材料。

刀片與麒麟

提到磷酸鐵鋰和三元鋰，那么比亞迪的刀片電池和寧德時(shí)代的麒麟電池自然是繞不開的話題。一般的電動(dòng)汽車上搭載的電池包，由電芯(Cell)組裝成為模組(Module)，再把模組安裝到電池包(Pack)里，形成了“電芯(Cell)— 模組(Module)— 電池包(Pack)”的三級(jí)裝配模式。但是刀片電池和麒麟電池則采用了全新的CTP（Cell to Pack）技術(shù)，所謂的"Cell to Pack"技術(shù)指的是將電池芯片直接集成到電池包中，而不使用獨(dú)立的模組。在動(dòng)力電池中，隨著模組數(shù)量增加，零件也增多，導(dǎo)致組裝效率下降。相反，采用CTP可以減少模組數(shù)量可以降低電池包的總重量，提高能量密度，并減少零件數(shù)量，從而提高生產(chǎn)效率。雖說都是CTP，刀片電池和麒麟電池卻采用了兩種不同的技術(shù)路線。

比亞迪的刀片電池作為磷酸鐵鋰技術(shù)的代表，其采用了完全無模組方式。所謂模組，各位讀者可以理解成為是一個(gè)模塊，是一個(gè)零部件集合、總成的概念。其中一般包括：電芯、導(dǎo)電排、采樣單元及一些必要的結(jié)構(gòu)支撐部件。而比亞迪在去除模組之后，需要對(duì)其相關(guān)的高壓線纜、通訊線纜、冷卻/預(yù)熱循環(huán)管路、BMS監(jiān)測模塊、溫度傳感器、電流傳感器等設(shè)備進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)或重新布置。再加上其研發(fā)的長度大于0.6米的大電芯，電池單體同樣向大容量進(jìn)化，但電芯形狀更加扁平、窄小，通過陣列的方式排布在一起，就像“刀片”一樣插入到電池包里，刀片電池因此得名。經(jīng)過比亞迪的設(shè)計(jì)優(yōu)化，刀片電池的回路更加長，表面積更大，并且散熱效果更好。此外，它還能夠省去較多的支撐結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)排布方式相比，刀片電池的空間利用率提高了近20%。

比亞迪刀片電池結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)動(dòng)力電池

而寧德時(shí)代的麒麟電池則是作為高鎳三元鋰技術(shù)的代表，其采用了以大模組替代小模組的CTP方式。其優(yōu)化的重點(diǎn)在于電池包內(nèi)部連接的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)的方向是簡化裝配工藝和流程，省去了中間過程的零部件，這種優(yōu)化具有以下三個(gè)主要優(yōu)勢：首先，CTP電池包不受標(biāo)準(zhǔn)模組的限制，可以廣泛應(yīng)用于各種車型；其次，通過減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)組件，CTP電池包可以提高體積利用率，并間接提升系統(tǒng)能量密度；第三，相比目前的小模組電池包，CTP電池包具有更好的散熱效果。

麒麟電池結(jié)構(gòu)

綜合來看，從能量的角度出發(fā)，磷酸鐵鋰電池受限于材料特性，比亞迪的刀片電池在能量上遜于寧德時(shí)代的采用高鎳三元鋰的麒麟電池；而從安全性能上，“刀片電池”在熱管理上現(xiàn)階段似乎更勝一籌。

產(chǎn)業(yè)縱橫

除了寧德時(shí)代和比亞迪這兩家龍頭企業(yè)，我國在新能源汽車的動(dòng)力電池領(lǐng)域也存在著大量二線廠商，比如，欣旺達(dá)、中航新創(chuàng)、億緯鋰能、孚能科技、國軒高科等等。它們沒有一線龍頭企業(yè)的強(qiáng)大議價(jià)能力和技術(shù)壁壘，但也能通過在電池回收、動(dòng)力電池快充等領(lǐng)域與行業(yè)龍頭形成錯(cuò)位競爭，從而在市場中贏得自己的一席之地。比如欣旺達(dá)于2008年開始布局于電動(dòng)汽車電池業(yè)務(wù)，其業(yè)務(wù)范圍不僅僅是以電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)為主，其在上游的原材料和下游的儲(chǔ)能等次級(jí)業(yè)務(wù)也都有布局；而億緯鋰能的則積極深耕消費(fèi)級(jí)電池市場，其鋰亞硫酰氯電池成功入選“國家級(jí)制造業(yè)單項(xiàng)冠軍產(chǎn)品”，競爭優(yōu)勢明顯，市場份額穩(wěn)定。與此同時(shí)，億緯鋰能也在向動(dòng)力電池領(lǐng)域積極延伸，產(chǎn)能建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，產(chǎn)能持續(xù)釋放，車用領(lǐng)域出貨規(guī)模明顯增長。總體來看，我國的動(dòng)力電池領(lǐng)域呈現(xiàn)出來一種兩超多強(qiáng)的市場關(guān)系。

當(dāng)前，鋰電池的發(fā)展已經(jīng)逐漸進(jìn)入的瓶頸期，電芯能量密度的提升將會(huì)更加考驗(yàn)鋰電池廠電化學(xué)的研發(fā)實(shí)力，隨著國家碳中和政策的持續(xù)推進(jìn)，這片市場必將持續(xù)上升。在2011年，全球動(dòng)力電池的出貨量只有1.08GWh，然而，到了2022年，全球動(dòng)力電池的出貨量已經(jīng)達(dá)到了518GWh，增長了480倍。這使得年度復(fù)合增長率高達(dá)85%。隨著新能源汽車需求量的不斷增加，可以預(yù)見，對(duì)動(dòng)力電池的需求將繼續(xù)保持快速增長。各家新能源電池廠商也都能看到在這之中的巨大機(jī)遇，均在不斷尋求技術(shù)突破。

未來，隨著科技的進(jìn)步和汽車可選擇品牌的增加，以及環(huán)保政策壓力的增加，消費(fèi)者對(duì)于新能源汽車的接受程度越來越高。從2021年開始，新能源汽車的普及率迅速增長，并開始在大眾市場上擴(kuò)展。與低端和高端市場相比，中端市場的覆蓋面更廣，同時(shí)也具備一定的利潤空間。在燃油汽車時(shí)代，中端市場一直是車企競爭的主戰(zhàn)場。因此，我們預(yù)測未來在10萬到20萬價(jià)格區(qū)間的B級(jí)新能源汽車將成為市場的主流。這些車輛將具備高性價(jià)比的動(dòng)力電池、優(yōu)秀的性能以及創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，這將成為主要的趨勢。

對(duì)于動(dòng)力電池的發(fā)展來說，筆者認(rèn)為未來主要是會(huì)從兩個(gè)方面來發(fā)展。

一方面是隨著鋰的能量密度逐漸逼近極限，下一階段的電池發(fā)展中，能量密度的提升很可能將不是重點(diǎn)，反而將更注重提升安全可靠性、降低成本、縮短充電時(shí)間，以滿足更多需求。同時(shí)，在科研領(lǐng)域，固態(tài)鋰離子電池是當(dāng)前主要的研發(fā)方向。還有全新的基于鈉元素的電池，鈉離子電池的應(yīng)用，可以顯著降低成本，雖然其能量密度較低，但在特定車型上仍然具備發(fā)展?jié)摿Γ?/span>比如城市固定線路的公共交通。

而另一方面，則是類似與CTP的電池架構(gòu)優(yōu)化方面發(fā)展，如今的CTP技術(shù)，已經(jīng)可以大幅優(yōu)化電池的空間利用率。而下一代技術(shù)發(fā)展的趨勢CTC(Cell to Chassis)旨在將電池直接集成到汽車底盤中，以在不改變原有意圖的情況下實(shí)現(xiàn)減輕車輛重量和提高結(jié)構(gòu)效率的目標(biāo)。就比如，特斯拉計(jì)劃采用“CTC+一體化壓鑄”方案，從而實(shí)現(xiàn)減輕車身重量10%，減少電池體積10%，降低單位電池成本70%，以及提升續(xù)航能力15%的目標(biāo)。

特斯拉展示的CTC概念圖

結(jié)語

    預(yù)計(jì)到2025年，全球動(dòng)力電池市場需求預(yù)計(jì)將達(dá)到1.2萬億元人民幣，而中國有望成為最大的動(dòng)力電池市場。與此同時(shí)，該行業(yè)的競爭將進(jìn)一步激烈，市場將逐漸聚焦于那些能提供高品質(zhì)、低成本和高效率產(chǎn)品的企業(yè)。另外，動(dòng)力電池的回收和再利用也將成為未來的重要發(fā)展方向。這一趨勢不僅符合環(huán)保理念，還有助于提升資源利用效率和減少廢物產(chǎn)生?？偠灾?/span>隨著“雙碳”政策的持續(xù)推進(jìn)，和新能源汽車領(lǐng)域的強(qiáng)勢增長，動(dòng)力電池行業(yè)的未來發(fā)展前景充滿了希望和挑戰(zhàn)。只有通過不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，企業(yè)才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。