无模组技术的推出将增强电池环节的议价,将改变产业格局

龙头企业推出 CTP 以来,正在影响产业生态的变化。对于模组概念的淡化,意味着动力电池 企业向电池包层面的深入渗透,而此前的产业模式主要是整车企业向电池企业购买电芯或模 组,电池包的设计主导权在整车企业手中。因此 CTP 技术的理念也体现电池企业对提升产业 话语权的诉求;同时 CTP 技术本身的降本增效较为显著,能够较好的弥补铁锂等较低比能电 池的短板,发挥其成本优势,从而增强铁锂电池的竞争优势,影响产业格局。

技术升级正在增强对下游议价。宁德时代意在提升下游议价权,CTP 将有利于工艺渗透、 稳定合作,但对较多应用软包的海外车企推广有难度。CATL 所开发的 CTP 技术在电芯 成本不增加的情况下实现一定的系统成本降幅,提升与整车企业的议价能力。在此过程 中,议价权能够提高的原因在于,技术渗透到电池包的设计、制造和售后维修方面。因 此,从商业合作角度看,将有利于和下游整车企业保持长期稳定的合作。但对部分海外 车企的推广较难,主要系车企较多采用软包三元,而软包在 CTP 技术中的固定有难度。然而 CTP 的竞争力或将吸引部分整车企业采纳方形产品。

集成大势所趋,是做减法,更是做加法

演进之中,简化环节减少用料是做减法,但本质是为了开发更加高效高性能的系统。在 CTP 的设计理念中,更高的成组效率是目标,因此开展去模组化,减少辅件;降本诉求下,冗余 功能、材料的去除也是重要的手段,特斯拉是具备竞争力的代表企业。在做减法的过程中, 能够发现产品的性能也在持续改善,更加集成化的系统代表着更先进的管控方式,是集成大 势之下做加法的体现。

高集成的下一步:CTC 技术

无模组技术仍然存在待改善的缺陷。1)模组做大,在制造层面的吊装、固定、维修方面难度 提高;2)单电芯的问题需要返回整个电池包,因此需考验电池稳定性和一致性;3)刀片电 池的制造环节到最终的成品率仍然需要观察和改进,商业成熟度较差。

渐进集约化,无模组后 CTC 技术已在酝酿。通过工艺的持续精进,使新能源汽车成本逐渐接 近燃油车,提升竞争力。在此过程中动力电池系统的设计至关重要。从电芯到模组,再到电 池包,在电池的结构设计上行业不断取得进步。CATL 基于整合理念,又推出 CTC 设计理念, 即 Cell to Chassis(电芯到整车底盘)。CTC 技术不仅会进行电池的重新布置,还会将三电 系统纳入,并通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。通过系统集成,使得成本 下降,重量减轻而提升续航(800-1000km),乘坐空间更大。CATL 项延火预计 2025 年前后 推出高度集成化 CTC 技术,2028 年前后有望升级为智能化 CTC 电动底盘系统。

电池与整车的集成,在应用层面挑战仍存。CTC 技术并非新概念,如电动车初创企业 Canoo 已开发滑板式独立底盘(仍有模组概念),而特斯拉的 S-平台、3-平台及大众的 MEB 平台也 有集成化的理念(仍保留电池系统 Pack)。但 CTC 在应用层面仍面临技术和商业难点:

技术上,电芯与底盘的集成过程中需要解决的关键问题之一是安全。电池包在底盘碰撞 中的承力演变至少历经 3 代,从不受力到纵向受力,再到纵向+横向受力。在 CTC 中, 碰撞中电芯与底盘均直接参与受力并发生形变,因此在保证安全的前提下实现集成的难 度进一步提升;

商业上,设计主导权存在博弈,而底盘行业望迎新模式。集约化的理念意味着产业链的 合作需要加强,在底盘之前,Pack 的设计主导便经历主导权的博弈,主动权逐渐回到整 车企业。在底盘设计上,整车企业历来是主导地位,电池企业的优势更小。因此电池企 业更好的方式是收购或控股底盘公司,而集成之下“电底盘“的出现有望重塑底盘行业, 通过底盘的独立开发,集成整车所需的大部分硬件,底盘的价值将进一步凸显。

集约化的代表:特斯拉优秀的垂直整合理念与实力

从特斯拉的电池系统升级窥探其优秀的产品竞争力,处处体现集约化理念。在新能源车与燃 油车的 PK 中,新能源车成本较高是一大劣势,因此特斯拉在推进产业发展的过程中注重降 本,而电池系统成本占整车比例高,所以是聚焦改善的部分。特斯拉主要的降本思想是不断做减法,以集成化的理念去除多余的零件,简化工艺,减少中间商环节:

技术升级时的大减法:持续的集成使得系统能够得到升级,并在升级过程中去掉冗余的 功能,例如 Model Y 的后车身铸造件、热泵系统等组件;

同一技术框架内的小减法:细小的创新持续积累,也能够发挥价值。电芯层面,切换到 具备成本竞争力的供应商,未来可能从外购转为自制;系统辅助器件层面,论证后进行 设计的变更,减少器件数量或重量,例如单模组配备两个柔性电路板(FPC)的原有方 案经改进后减少为一个 FPC。

特斯拉“电池日”展现其正向降本、垂直整合的决心与实力。在 2020 年 9 月 23 日召开的“电池 日”上,特斯拉充分展示了其在动力电池系统开发整合方面的技艺,公司预计 3 年内使每 kWh 电池成本下降 56%,续航里程提升 54%,单 GWh 产能投资成本减少 69%。公司的正向降 本垂直整合理念贯穿于材料改性与工艺精进之中:

电芯设计:开发无极耳技术,与常规的设计相比,能够减少电阻,降低整个电极长度上 的电流偏差,减少焦耳热,并提高散热能力。在此基础上能够缓解大圆柱带来的产热增 加问题,进而推出 4680 大圆柱电芯,能量增加 5 倍,续航可提升 16%;

电芯制造:优化各个工序,包括干电极技术、高速连续组装工艺、电子系统管理等,改 造后的单 GWh 投资将减少 75%,并且单 GWh 的产线占地面积将为原有的 1/10;

负极材料:采用冶金硅原料,表面使用弹性离子导电聚合物涂覆,并以高弹性粘结剂+电 极设计方式形成高强度网络,降低硅负极体积膨胀带来的循环性能下降等影响;

正极材料:高镍正极为趋势,2/3 的镍与 1/3 的锰认为是较合适的配比,同时根据不同 出行场景开发不同的正极产品。材料改性之外,以优化传统正极材料处理流程(无硫酸、 0 废水产出)+北美锂资源开发+正极金属回收循环利用模式进一步降本;

系统集成:在电芯集成到整车环节,应用大模组形式使结构更加紧凑,减重减零提升续 航;高度集成的电池+车身工厂将使单 GWh 投资成本下降 55%。

来源:DT新材料

新材料智库

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