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2022-2023年國內外動力電池行業技術創新/產品創新匯總分析

發布時間:2024-01-04  來源:立鼎產業研究網  點擊量: 283 

動力電池結構創新百家爭鳴。2019年以來,動力電池企業和各大車企紛紛對動力電池系統結構進行創新創造,通過去模組化、集成化等方式提高動力電池的體積利用率、能量密度、續航里程、安全性能、快充性能等,滿足新能源汽車應用場景多元化對動力電池技術要求的提升。當前,特斯拉主打的4680大圓柱電池規?;瘧锰崴?,寧德時代推出的CTP3麒麟電池已陸續量產裝車。

動力電池系統結構創新方案


資料來源:公開資料

大圓柱電池兼顧成本、性能與安全,規?;瘮U產拐點已現。與傳統的小圓柱電池相比,大圓柱電芯技術可以將能量密度、成本與安全性之間的最優平衡點推向一個新的位置,在保證電池整包安全的前提下,提高單體電芯尺寸,提升空間利用率,提高整車續航里程。同時,采用大尺寸的電芯,可降低整包中電芯的數量以及相應的結構件數量,從而提升重量能量密度,簡化電池管理系統,并降低電池包整體的工業成本。特斯拉、寶馬等國際一流車企力挺大圓柱電池路線,預計2023 年大圓柱電池將迎來規?;慨a擴產拐點。

4680大圓柱電池優勢(單位:%)


資料來源:特斯拉

安全、壽命、能量密度、快充性能優勢兼具,麒麟電池批量配套裝車。麒麟電池圍繞安全性能、壽命和快充等性能要求,從功能邊界、空間結構、水冷技術等方面持續優化。通過上述三大技術革新,麒麟電池在相同的化學體系、同等電池包尺寸下,麒麟電池包的電量相比特斯拉自研的4680系統可以提升13% ,實現了續航、快充、安全、壽命、效率、以及低溫性能的全面提升。

麒麟電池性能優勢


資料來源:寧德時代

麒麟電池與4680電池性能對比


資料來源:寧德時代

動力電池材料創新百花齊放。相較于動力電池結構創新,材料創新難度高、投入大、收效慢,但材料創新能夠對動力電池能量密度帶來更大提升。電解質方面,固態電池憑借其高能量密度和絕對安全性優勢成為動力電池終極形態的重要方案,而作為過渡路線的半固態電池正處在產業化前夕;正極材料方面,磷酸錳鐵鋰與三元材料復合使用可以有效提高電池熱穩定性,在提高電池能量密度同時保證安全性;負極材料方面,在傳統的石墨負極的克容量已經充分挖掘潛力的情況下,硅碳負極和鋰金屬負極有望成為提高動力電池能量密度的重要手段。

鋰離子電池電芯的能量密度提升之路


資料來源:CNKI

固態電池體系突破能量密度提升瓶頸。根據我國《節能與新能源汽車技術路線圖》,2025 年的純電動汽車動力電池的能量密度目標為400Wh/kg,2030年目標為500Wh/kg。當前采用三元正極材料和石墨負極材料的液態電解質動力離子電池的能量密度極限在250Wh/kg左右,而引入硅基復合材料替代純石墨作為負極材料,液態電解質動力離子電池電芯的能量密度可以達到300Wh/kg,上限約為350Wh/kg。如果要求進一步提高能量密度,同時兼顧電池安全性能,應用鋰金屬負極或硅碳負極的固態電池將是必要路徑之一。

中國動力電池性能目標和技術路線


資料來源:CNKI

半固態電池處在量產節點。電池企業及整車企業都積極布局固態電池技術,但目前固態電池的基礎研究與應用尚有一定差距,低溫性能、成本、規?;慨a的裝備突破等方面問題仍有待解決。而半固態電池在設備兼容性、成本控制、技術實現以及性能表現方面都已取得重大突破,國內外相關產品處在產業化節點。搭載的82kWh半固態電池包的嵐圖“追光”已于20231月正式量產下線,搭載90kWh半固態電池的賽力斯SERES 5純電版車型也于今年3月進軍歐洲市場。

國內外固態電池研發及產業化現狀


資料來源:公開資料


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