动力电池产业探讨「得房率」概念:提升利用效率成为重要关注点
摘要:作为绝大多数中国人一生中唯二的大件消费,买车和买房有着微妙的相通。就像人们买房时会关心房子的户型、楼层、采光,买车时也会在意车辆外观、座位数、天窗天幕。
作为绝大多数中国人一生中唯二的大件消费,买车和买房有着微妙的相通。就像人们买房时会关心房子的户型、楼层、采光,买车时也会在意车辆外观、座位数、天窗天幕。
而随着电动车越发强势地占领市场,曾经一个专属于房地产的概念“得房率”也被搬上台面。
过去,这一概念代表套内建筑面积与套型建筑面积之比;如今,电动车简化的动力总成将更多空间让渡给了舱内空间,车企也开始以“高得房率”标榜自身的产品。
电动车对舱内空间的极致追求,也倒逼所有零部件必须用好每一寸空间,像动力电池这样占据底盘大半空间的关键零部件更是如此。
于是在近两年,动力电池行业发生了一些微妙的转变,过去被各家争相宣传的能量密度开始从发布会上消失;取而代之的是成组效率、续航里程等更直接的宣传,在这背后的技术隐喻,是如何在底盘有限的空间内装进更多的电池。
毕竟以目前电动车的能力,电池包重几十kg问题可能不大,如何把体积控制在合适的大小,使其不与乘员舱争抢空间,才是最重要的课题。如今,动力电池也到了讲“得房率”的时候了。
01电池路线图的失灵
动力电池行业每每举办大型峰会,都会出现一张技术路线图,在图上,人们总能看到电池能量密度和续航里程不断攀升,形态从液态、半液态向全固态转变的终极理想。
图片来源:Counterpoint
三元锂电池在很长一段时间内都是人们关注的焦点,从已经落地的无钴方案、接近量产的四元NCMA,到仍在验证的富锂锰基正极、金属锂负极,再到理论能量密度追平汽油的锂空电池。虽然都是期货,但人们的讨论热情极高,偶尔还能出现“续航1000公里,还能快充,还便宜,肯定是骗人的”这样的热点话题。
反观磷酸铁锂路线,人们描述其前景的时总是不自觉带上“性价比”三个字,仿佛只能卖给商用车公司和中低端乘用车,想象力十分有限。
但追寻高能量密度电池的坎坷远超行业的想象,不仅是因为技术上全固态电池每逢谈及量产就是薛定谔的“5-10年”;在原材料层面,高能量密度电池所需的贵金属也都不受控制,过去两年,连曾被称为“工业味精”的碳酸锂都摇身一变成为了“白色石油”。
做产业毕竟不是搞科研,当下游电动车加速进入“油电同价”时代,上游动力电池行业再也没有理由唯“能量密度”论。更具性价比的磷酸铁锂电池装机量开始攀升,国内从2020年的24.4GWh,一路上升至2022年的184.5GWh,装机量占比更是从38.3%提升至61%。
在特斯拉和比亚迪的轮番领衔下,磷酸铁锂电池在下游电动车市场以及消费者的认知中也彻底翻身,蔚来、理想、小鹏等发力高端化的新势力或直接采用磷酸铁锂电池,或引入了含磷酸铁锂的正极配方。
与此同时,产业界还证明了一个道理:(几乎)没有弱鸡的技术路线,只有放弃研发的技术路线。
随着磷酸铁锂电池重获重视,各家电池厂发力推动了这一路线的研发创新,在材料体系上,磷酸锰铁锂材料体系、磷酸铁锂超充补强了磷酸铁锂的低温性能和超充表现;在结构创新上,愈发紧凑的结构又推动了磷酸铁锂体积能量密度的爬升。
而且与“高能量密度”方向的三元锂电池体系相比,磷酸铁锂电池的技术创新并非期货,大量厂商已经开始和整车厂展开联合验证,得到了相当不错的效果。
今年4月上海车展期间,青山控股旗下动力电池企业瑞浦兰钧推出的“问顶电池”,就通过改变电芯内结构实现了同尺寸电池容量提升10%,体积能量密度达到450Wh/L的性能表现。而近期在慕尼黑车展上,该公司又宣布158Ah电池已完成送样检测,预计今年四季度就将量产。
至此,电池进化的路线图已经接近失灵。
当三元锂电池无法取得相对于磷酸铁锂电池的绝对性能优势,而磷酸铁锂电池却能轻易实现10%-15%左右的成本优势时,国内除了少数车企仍是三元锂电池的拥趸,绝大多数都选择加入磷酸铁锂大军,成为了性价比的忠实信徒。
02 体积能量密度的重要性
不过,选择性价比也不代表对能量密度的完全放弃。
作为指示电池性能的重要指标,能量密度其实有两个维度,一是质量能量密度,单位是常见的Wh/kg,二是体积能量密度,单位是Wh/L,业界目前对两个维度的追求处在完全不同的阶段。
质量能量密度目前已经摸索到了瓶颈,即便是2023年上市的新车,采用高性能三元锂电池组的质量能量密度也没有超过200Wh/kg,这一水平相比2019年几乎没有多大进步。电池厂虽然在这方面绞尽脑汁,但真正有所突破的寥寥无几。
与之相反的是,体积能量密度反而在不断地提升,关注行业的人可能会发现,近两年行业进入了所谓的“大命名时代”,而五花八门的电池名称绝大多数都与电池的成组结构有关。
因为随着电池安全性能(尤其是磷酸铁锂电池)、BMS等控制手段不断优化,过去电池包内许多工程设计已经落伍,而新的设计大幅提升了电池的成组效率,从而提升了电池的体积能量密度。
对比来看,质量能量密度仍是行业的进步方向之一,但过于高昂的成本和触及瓶颈的研发现状令许多玩家望而却步;而体积能量密度仍有较大的提升空间,且能满足行业刚需。
还是用买房打比方,高质量能量密度的电池,就像地产商眼中的商圈地段、精装修等高附加值的属性;高体积能量密度的电池则没那么多花里胡哨,只是最大限度地将公摊面积还给了消费者,提高了“得房率”,对于绝大多数消费者而言更具现实意义。
而对于整车厂来说,高体积能量密度的电池也是打造平价电动车的钥匙,由于这类车型尺寸比高端车型稍小,刨除必须要预留的溃缩空间、电机占位、舱内Z轴空间,留给电池包的空间其实捉襟见肘。
普通家用车要考虑的其实只有如何将更多的电池塞进这样一个有限的空间内,至于可能会带来的车重增加,影响操控性、加速等问题,只要价格“交个朋友”,对普通消费者来说都不是问题。
电池厂们早早想明白了这个道理,过去三年,类似CTP、CTC、刀片电池其实都是在为这一理念服务。但这些还只是在电池PACK层面做文章,当动力电池的技术竞争进入白热化,已经有企业开始在电芯层面提升体积能量密度。
瑞浦兰钧的相关负责人表示:“此前方形电池极片距顶盖之间大约留有15mm,是留给极耳和转接片焊接的空隙,而我们通过改变焊接的方式,将极片与顶盖之间的缝隙缩短至8mm,空间利用效率提升7%,由于极片更接近顶盖,因此被我们叫做‘问顶电池’。”
作为瑞浦兰钧的拳头产品,“问顶电池”更高的极片意味着更多的活性物质承载量,同时极耳长度的缩短也有效减小了电池的内阻,这使其体积能量密度轻松突破了磷酸铁锂电池400Wh/L的瓶颈,循环次数也突破至3000次。
在磷酸铁锂电池备受整车厂欢迎的当下,问顶电池无疑为瑞浦兰钧增加了竞争的筹码。
尾声
有意思的是,“问顶电池”作为一项电芯层级的技术,并不绑定任何固定的材料体系,在三元锂电池上,“问顶电池”的体积能量密度也能达到650Wh/L的水平,这一定程度上展现了瑞浦兰钧开发平台化技术的实力。
对于现阶段正在冲击IPO的瑞浦兰钧来说,类似平台化技术的应用将形成技术复利,提升的不仅仅在产品层面,还将体现在BOM成本与制造成本层面,这样的能力在如今的动力电池行业极其重要。
如果将动力电池的竞争格局比作围绕全固态电池这座珠峰的攀登,那么企业必须要有能力不断利用攀登过程中出现的新技术,打好眼下的仗。
这种模式放在隔壁自动驾驶行业叫做“勇攀珠峰、沿途下蛋”,指的是在通向L4全无人自动驾驶的过程中,将技术应用至与整车厂合作的L2+辅助驾驶上。对于动力电池行业来说,这或许也是一个重要的启示。
高性能的电池研发固然不应该放弃,但及时做好市场化的玩家,才有机会笑到最后。
责任编辑:苏城
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