新能源汽車動力電池發展趨勢

動力電池是新能源汽車的核心零部件,約占新能源汽車整車成本的40%,因此動力電池的技術進步與成本下降對于新能源汽車的推廣具有決定作用。

自2021年起,新能源汽車市場需求進入爆發期,對動力電池的需求也快速增長。2011年全球動力電池出貨量只有1.08GWh,而到了2022年全球動力電池出貨量已經達到518GWh,十年增長480倍,年度復合增長高達85%。隨著新能源汽車需求量的持續增長,可以預期對于動力電池的需求將繼續保持高速增長。

車用動力電池從最早的鉛酸蓄電池逐步發展到現階段鋰離子電池占有90%以上的份額,主要的推動力是電池能量密度的提升以獲得更長的續航里程,隨著鋰離子電池的能量密度越來越接近理論極限,下一階段電池的發展方向會更多的兼顧安全可靠性的改進、成本的下降、充電時間的縮短等需求的滿足。從電池結構角度,基于鋰離子的固態電池的發展是主要方向,而能夠顯著降低成本的鈉離子電池,雖然能量密度偏低,但是在某些特定車型上依然具有發展前途。從電池結構角度,越來越多的企業采用CTP、CTC、以及進一步的CTB轉變,以期在成熟的鋰離子電池框架中進一步提升動力電池的性能表現。

由于新能源汽車動力電池中,原材料成本占據了非常高的比例,因此其規模生產的成本下降效應不同于傳統汽車行業依賴規?；a帶來的單位成本下降,更多的是需要通過技術的優化和設備的提升才能實現。例如在鋰電池整體成本中占8%左右的銅箔,采用4.5um、6um、 8um 鋰電銅箔的單位用銅量分別為 0.47、0.62、0.83 kg/kWh。國內企業已經基本普及6um銅箔,部分領先企業已經在批產4.5um銅箔的鋰離子電池。與8um銅箔比較,6um銅箔的用銅量可以下降接近20%,4.5um銅箔的用銅量可以下降30%以上。

由于受到成本、安全性、上游原材供應的制約,越來越多的企業開始在結構層面進行創新。在現有電池材料不變的基礎上,通過電池模組結構的優化,實現能量密度的升高、安全可靠性的提升,和成本下降的平衡。從傳統的CTM(Cell to Module)模式轉向JTM(Jelly Roll to Module),易于實現模組的標準化,在實現工藝過程的簡化和成本下降的同時,也便于未來梯次利用,提高電池的殘余價值。寧德時代推出的麒麟電池和比亞迪推出的刀片電池,都可以看做CTP(Cell to Pack)的概念延伸,能夠增加體積利用率近20%,同時減少40%零部件和提升50%生產效率。而下一代技術發展的方向CTC(Cell to Chassis)則是將電芯直接集成于汽車底盤,可以顯著降低車重,提高結構效率。特斯拉就是計劃采用“CTC+一體化壓鑄”方案,實現車身減重10%,電池體積減少10%,單位電池成本下降70%,續航提升15%的目標。

綜上所述,現階段新能源汽車動力電池的技術采用兩條腿走路,一方面通過固態電池、材料優化等方式,提升電池材料的性能,進而降低成本、提升性能與安全性;另一方面,通過電池結構的優化,將現有電池的潛力充分挖掘,在成熟的鋰離子電池基礎上,實現整車性能的進一步提升。殊途同歸,這些不同的動力電池技術路線都將有效提升新能源電池汽車的性能與安全性,進一步擴大新能源汽車的市場。

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