2022 xEV电池论坛2:CTB、钠离子电池,从不同方向把成本、管理、一致性等做到极致

NE时代新能源 更新于2023-01-03 20:39:20

动力电池作为新能源汽车最最重要的零部件,是所有产业从业人员都无法忽略的一个重要环节。NE时代举办了xEV电池技术论坛,希望产业链的上下游的成员一起来探讨一下,在巨大的成本压力下,动力电池到底还存在哪些降本的机会和方案,电动汽车快充的电池进展如何,新一代的圆柱电池、钠离子电池到底何时能够商业化,产业链上游的材料、设备供应商是否都已经准备好了?

弗迪电池庄华:CTB,高集成、做减法的技术,直至达到极致

弗迪电池开发中心以深沪渝为中心,辐射华南、华东、西南。深圳开发中心主要为动力电池基础研究中心和EV性能研究中心,辐射南宁一带。上海开发中心为xHEV性能研究中心和电池工程与规划研究中心,辐射合肥、无为。重庆开发中心为动力电池基础研究中心和安全与可靠性研究中心,辐射西安。

截止到2022年10月,弗迪电池目前研发人员大概有三千多人,博士总共两百多名。整个电池的全产业链,都有自己的核心技术和核心团队在进行开展工作,如电池基础研究、材料研发制造、工艺开发、电芯研发制造、电池包设计制造、系统功能及策略实现、规划与布局、先进电池技术。

从2020年开始,弗迪电池创新开发刀片电池之后,开始无模组化,刀片CTP体积利用率提升了50%,成本降低30%。2022年,弗迪电池推出车身电池集成化设计——刀片CTB,将电池包的上盖用作车身可以承重的部件,与车身集成设计。这样一来,体积利用率又提升了25%(Vs 刀片CTP),达到75.6%。

刀片CTB高度兼容,电芯尺寸定制化,可以根据不同的车型做不同的电池尺寸的设计,灵活排布,兼容各种各样的车型。

从整车角度也好,从电池包也好,能量密度是提升的。对续航里程来说可以达到1000公里以上。对生产来说,极简化设计,生产效率提高了60%。成本上就不用说了,零部件减少了45%,综合降本达到了30%。空间节省的话,从整车角度来说,高度上节省了大概有8~10个毫米,从而降低风阻系数,能耗也会降低。操控上,整车的造型更为紧凑,底盘其实上会更加的平稳。安全上,电池包作为承重承载的一个结构件,电池车身一体化,侧柱碰安全性能提升45%以上。轻量化,减重20kg以上(同等安全性能下)。

整个CTB集六大技术于一体,如cell创新技术、热管理技术、底部防护技术、粘接技术、堆叠技术、配电技术。其中PACK系统开发部主要涉及的是cell之外的五大关键技术。

CTB的结构创新是基于蜂窝的三明治结构,刚度具有天然优势,在设计简化的情况下可获得70Hz以上的模态。直冷直热的冷却系统,换热能力提升了两倍以上,与液冷相比能耗减少50%,且超低成本与空间占用,系统成本降低1000元。配电功能高集成,兼顾功能、性能和经济要求。高集成的配电功能目前是我们一直在不断推进的一个技术方向。

CTB整体的实现实际上是一个高集成、做减法的过程。弗迪电池不停地去做配件的减少集成优化,直至产品达到极致,达到7S的要求。

广东众森胡莓坤:电芯集成向CTP、CTC演变过程中,兼具轻量化和成本优势的复材大放异彩

动力电池包轻量化设计主要有两种途径:提高单体电芯的能量密度、优化电池包结构设计。电池包结构轻量化设计包括三个方向:结构优化、材料选择、制造工艺。其中,箱体结构优化、复合材料、一次成型是众森积极参与并与客户一起深耕的领域。

材料演变上,箱体材料的演变经历了从普通碳钢到高强度钢再到铝合金,最后到复合材料的一个历程。整个历程围绕着两条主旋律:减重,箱体的物理跟化学性能的提升。相对于传统的金属材料,复合材料具备以下的一些优势:高强度,减重超过30%以上,绝缘性;具有很好的耐腐蚀性、耐候性以及耐磨性;具备非常好的控制热管理或控制热失控问题的能力;成型加工简易高效。目前的电池包应用较多的复合材料有玻璃纤维增强塑料、改性树脂等等,优势明显。为了更好的匹配客户的需求,达到更好的产品性能,众森拥有独立的预浸料生产线。

电池箱体结构的演变历程,也是电芯集成方式的革新历程,经历了从传统的CTM到后来的CTP,再到当前最先进的CTC/CTB的过程。

一次成型工艺要跟材料和结构进行匹配,才能够真正实现快速的去满足客户的需求,实现规模化生产,持续为客户提供稳定可靠的产品。目前我们的一次成型工艺主要有PCM成型工艺和自动化热压成型工艺。

众森电池包轻量化系列产品,包括PCM电池箱体、集成化电池上盖(CTB)和电池底护板。所有的轻量化设计方案都是围绕着几个主旋律在展开:轻量化、材料性能、产品性能、规模化生产、降低成本。

集成化电池上盖(CTB)为了兼顾轻量化和强度的要求,采用了复材层与电泳钢板相结合的设计。该产品采用PCM模压一次成型工艺,在保证产品的一致性的同时也实现了规模化生产,目前单线生产节拍是能够做到每件五分钟,整体生产的产能布局是能够达到150万件每年。PCM电池箱体,是为了适应CTP市场的需求,采用了众森自主研发PCM预浸料和一体成型模压工艺。电池底护板,作为防护部件需要直面严苛工况,对性能提出超高的要求。众森底护板方案采用了以下两种设计:方案一,采用上下护材防护层,中间再加一个高强度钢板和连续玻纤维复合材料层的设计;方案二:采用增强型连续波纤纤维再加高强度钢板再加pp蜂窝版的复合型的设计。众森独立为该产品开发自动化热压成型生产线,年产量达到300万件。

比克林建博士:钠电成本可降到0.2~0.3元/Wh,比克2170钠电能量密度达到140Wh/kg

目前,钴可持续维持锂离子电池65年。碳酸锂方面,氢氧化锂、碳酸锂价格居高不下,这就给了钠离子电池一个非常好的机会。

从化学元素结构上看,相比于锂离子,钠离子半径稍微大一些。这就导致常规的石墨在嵌入时容易出现剥离问题。但其stokes半径,比如碳酸丙烯酯溶剂PC的半径要比锂离子小,反而导致钠离子在电解液中的移动速度比锂离子要快,倍率性能更好。脱溶剂化能更低,在进入硬碳负极过程中阻抗也小。因此钠离子电池在低温跟倍率性能上相比锂离子电池更有优势。

钠离子的研究现状:

  • 正极方面,钠离子电池有层状的普鲁士蓝类材料,聚阴离子化合物等;锂离子主要是三元磷酸铁锂、锰酸锂。

  • 负极方面,钠离子电池采用的是硬碳,锂离子是石墨。电解质方面,钠电有六氟磷酸钠、高氯酸钠,锂电为六氟磷酸锂。

  • 隔膜方面,现在常规的锂离子的隔膜对钠离子都是通用的。

  • 集流体方面,钠离子正负极都可以采用铝箔。

  • 生产设备和产线也是通用的。

  • 价格上,六氟磷酸钠价格因为钠的价格低出很多,所以六氟磷酸钠可以做到比六氟磷酸锂要低非常多的价格。

  • 能量密度方面,随着高电压层状氧化物的进一步研究成熟的,硬碳容量的提升,钠电的能量密度已经是接近磷酸铁锂。

  • 钠离子最重要的性能优势就是快充性能,快放性能跟低温放电性能。

  • 循环寿命方面,钠电已经可以做到3000次以上,随着正负极的掺杂、包覆等,预测可以做到5000~2万次。那么这个为储能进一步提供了广阔的空间。

  • 安全性能方面,由于钠离子电池不容易形成像锂离子电池中的锂枝晶,安全性能是有较大幅度的提升。在针刺、挤压、撞击过程中,耐用性能比锂离子电池是要优秀的。

钠电的适用范围目前是适用于储能跟两轮车。随着能量密度的提升跟循环寿命的增长,我们相信在电动车方面也会有一些市场。

目前来说主要通过替换锂元素的降本(正极和电解液),负极通过无烟煤降低负极成本,同时替换掉负极铜箔之后,成本能有30%~40的材料降幅。随着供应链的完善跟生产工艺的提升,钠电成本可以降低到0.2~0.3元/Wh。降本幅度还是相对非常大的。

比克2170钠离子电池在正极选用的是层状氧化物,负极倾向于硬碳,电解液为PC/EMC体系,能量密度达到140Wh/kg,首效达到88%左右,在经过高温老化及分容之后,克容量可以达到120毫安时每克。

正轩投资王海全:把握节奏,把成本、管理、一致性等做到极致,才能在电池市场上有竞争力

整个新能源产业投资上,电动化从电池到电控,智能化从智能驾驶系统、智能座舱系统、智能底盘系统和车规级半导体,实际上都是对过去燃油系统的一种颠覆,都提供了创业机会,或者是做国产替代的机会。但是竞争会非常惨烈,创业公司多了,需要投资机构精挑细选,真正的找出一些有技术、能专注于技术,能专注于产品的企业。

总会有一些企业里面能够脱颖而出,能够成为中国的,甚至未来成为世界的比较领先的企业。NCM三元正极、NCA三元正极、高电压正极材料、磷酸铁锂电池、硅碳负极材料、软/硬碳负极/全固态电池、钠离子电池等都是锂电池的产业趋势。电池又是一个重资金、重资源的行业。拥有车企资源、政府资源、资金来源,擅于管理运营,knowhow积累丰厚,把成本、管理、一致性等做到极致,才能在电池市场上有竞争力。这是整个产业的趋势。

做投资、做企业,要考虑到未来3~5年或者5~10年,能够看清楚未来的企业的迭代、现金流来源、利润来源等公司的战略和技术的延展性,才能够不断地成长、扩大。

知识迭代,技术迭代,创新技术,只有比别人速度快,才能够让产品具有竞争力,让企业有竞争力。把握公司的节奏感,根据自己公司的资源,逐步地开发产品。

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