平衡之道 ——新能源汽車動力電池淺析

【資料圖】

隨著新能源汽車在中國新車市場的份額提升到25%以上,中國新能源汽車市場已經從依賴政策推動的市場導入期進入市場與技術雙輪驅動的快速發展期。隨著更多消費者開始選擇新能源汽車,他們對于新能源汽車的要求已經從關注某個單一性能是否滿足基本使用要求轉為對于整車性能的綜合表現。動力電池是新能源汽車的核心零部件,對于新能源汽車的整車性能、安全性、成本等關鍵指標具有決定性影響。因此,新能源汽車的進一步普及將對動力電池的各項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航里程,就可能會導致類似日系車企曾經面臨的鎳氫電池困局。新能源汽車發展的前期,日系車企為了確保絕對的安全,主要采用能量密度偏低的鎳氫電池,而太低的能量密度無法維持基本的純電續航里程,就只能重點開發混動車型。與日系企業相反,特斯拉最初采用的18650電池被認為存在安全風險。但是由于具有更高的能量密度,且經過消費電子領域的長期使用,18650電池具有優異的生產一致性。因此在通過提升電池管理系統(BMS)功能而成功提高安全性后,采用18650電池的特斯拉Model S成為非常成功的產品。未來,隨著電控技術的發展和系統熱管理能力的提升,將有更多種類的電池能夠滿足法規對于動力電池系統安全性的要求;而原來在安全性方面具有優勢的一些電池類型,由于在充放電循環次數、能量密度等方面的缺陷,即使非常安全也會被市場淘汰。因此,未來的電池需要在安全與性能方面尋求平衡點,在滿足安全要求的基礎上,不斷追求更好的性能與更低的成本。

另一方面,通過犧牲系統性能而實現某項指標的突出表現,越來越不被市場接受。其中的典型例子就是通過電池數量的堆疊來滿足更長續航里程的方案正逐漸被市場淘汰。由于電池自身重量的增加,額外增加電池帶來的續航里程延長的邊際效用顯著下降,反而會帶來整車能效下降、成本上升、駕駛操控不佳等負面影響。未來,新能源汽車企業將更關注電池容量、充電時間、使用壽命、高低溫表現,系統成本等多方面綜合表現,以消費者的需求為目標,平衡不同性能指標和產品成本、并同時滿足安全性等剛性要求,以實現更多維度上的產品綜合優勢的領先。

除此之外,在新能源汽車的起步階段,為降低消費者的使用門檻,部分新能源汽車企業會采用以磷酸鐵鋰電池為代表的低成本電池,疊加政府補貼,通過價格優勢占據部分市場。然而,由于磷酸鐵鋰電池的能量密度低于三元鋰電池,低價的磷酸鐵鋰電動車難以滿足消費者在續航里程方面的基本需求,一直無法打開市場。為尋找磷酸鐵鋰電池在成本、安全性、能量密度方面的平衡,國內電池企業通過將傳統的CTM(Cell to Module)轉變為CTP(Cell to Pack)和CTC/CTB等方式,開發出系統能量密度更高的磷酸鐵鋰刀片電池,實現了在成本、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。與磷酸鐵鋰電池相比,鈉離子電池成本更低、原材料來源廣泛、安全性和低溫表現更佳,但是其能量密度也更低。根據磷酸鐵鋰電池早期發展的經驗,低成本與安全性并不能帶來更多的市場,如果其系統能量密度難以提升,難以實現成本、安全性、性能之間的平衡,其未來應用場景可能更多在儲能領域,而在新能源汽車動力電池領域將相對有限。

綜上所述,未來新能源汽車動力電池的發展將需要同時平衡安全性、能量密度、充放電時間和循環次數、成本等諸多方面的需求。未來的動力電池發展方向,可能還是以現階段主流的鋰離子電池為基礎,通過固態/凝聚態電池的開發,采用CTP/CTC/CTB等無模組技術實現電池結構的優化,不斷改進正負極材料等方法,對于新能源汽車動力電池進行持續改進,以滿足新能源整車發展的需要。

來源：中華網