由中国塑料加工工业协会工程塑料专业委员会、DT新材料主办的“2021第六届中国国际工程塑料产业创新评选”活动中,埃万特PREPERM™热塑性高频介质材料荣获“创新行业解决方案奖”。该材料可提供稳定和可控的介电性能,同时实现超低传输损耗,助力5G实现又快又稳的数据传输需求。赶紧点击https://t.cn/A6xO37gn,了解更多![来][来]

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

CTP 与刀片电池出世:精巧的设计用以满足轻量紧凑诉求

无模组化是动力电池系统设计趋势,无模组技术能够成为企业产品竞争力,增强议价权,影 响产业格局。模组大型化、去模组化能够减少零部件,从而降低成本,尤其是随着电芯层面 安全性提升,模组所起的稳定与管控作用逐渐弱化,去模组诉求提升。技术层面看,工艺专 利的提前积累,先发优势的确立,更有利增强产品溢价,尤其是能够推动动力电池企业向下 游整车渗透,提高议价权,主要系大尺寸设计对安全等方面要求更为严格,获取电池端支持 的诉求增加。因此,具备无模组技术的企业能够进一步加强与整车企业合作,影响产业格局。

宁德时代 CTP 技术:无标准模组限制,轻量化和大型化下实用性较强。公司于 2019 年法兰 克福车展披露无模组动力电池包 Cell to Pack(CTP)技术。CTP 电池包较传统电池包而言, 体积利用率提高 15%-20%,零部件数量减少 40%,生产效率提升 50%,投入应用后将大幅 降低动力电池的制造成本。在能量密度上,传统的电池包能量密度平均为 140-150Wh/kg, CTP 电池包能量密度则可达到 200Wh/kg 以上。公司在设计上充分体现 CTP 的优势:

电池包结构设计:简化结构的同时能满足电池包的连接强度要求,实现轻量化设计;

电芯装配与冷却方式:箱体注塑成型,收容多电芯;独特内部散热结构提升安全性;

电芯与 BMS 的连接:利用保护壳体密封组件,且壳体内部均填充导热胶,易于散热;电芯和 BMS 单独加强防护等级,可降低电池包外壳的防护等级。

比亚迪刀片电池技术:注重电芯层面改进,结合磷酸铁锂充分发挥优势。2020 年 7 月 12 日, 比亚迪汉正式上市,补贴后售价在 21.98-27.95 万元之间。搭载比亚迪自主开发的高性能磷 酸铁锂刀片电池,最高续航可达 605km,可与搭载三元的乘用车相媲美。刀片电池相比传统 块状电池包,空间利用率提升 50%,体积能量密度提升 32%,因此比亚迪汉 EV 的电池包能 量密度达到 140Wh/kg,容量可达 77kWh。设计上的关键理念包括:

电芯设计与装配:电芯扁长化设计,改进电池包集成效率,与磷酸铁锂配合增强安全性;

热管理方式:液冷与风冷两种冷却方式,置于电池包上方,增强散热,缓解热失控;

CTP 方案配置:方案多样,对应于不同尺寸电芯和不同布置,体积比能最高可增加 32%。

对比技术细节和实现效果,我们认为两种 CTP 方案目标相对一致,但设计理念有所差异,主 要为电芯层面的变动程度。宁德时代 CTP 技术保持电芯规格不变,商业供应成熟度高,而比 亚迪刀片电池拉长电芯,在电芯良率、质量把控方面还需改善,也将在短期内造成供应的紧 张。1)宁德时代以自上而下的设计理念,着重从电池包和模组结构方面进行改进,采用箱体 注塑成型、套筒结构等方式实现需求;比亚迪则是自下而上,注重单体电芯尺寸的设计,采 用扁长化电芯提升空间利用率、增强散热,安全性进一步提高。2)因在电芯层面保持传统设 计,宁德时代 CTP 技术的兼容性更强,可适用不同电池类型,在三元和磷酸铁锂体系中均有 车型应用。比亚迪的长电芯方案使得同样的电池组尺寸内可以装入更多电芯,续航里程可与 传统三元相当,预计铁锂刀片可满足 600km 续航以下的需求,实现车型范围的拓展,尤其是 乘用车领域的导入更给予铁锂较大的增量空间。

CTP 方案的开发热度提升,车企的电池子公司入局

市面上差异化的 CTP 方案正在增加,主要是由具有整车企业控股背景的电池企业推出。长城 汽车旗下的电池企业蜂巢能源在 2019 年 4 月展示了代号为“L6”的长叠片电芯,能够匹配无 模组技术;宝能旗下的电池企业宝创新能源也申请了多项的 CTP 专利,积累技术实力。

蜂巢能源的长电芯方案在兼容性上较强,能满足大部分车型需求。蜂巢能源“L6”长电芯的长 度在 600mm 左右,该长度是研究后选择的最佳尺寸,蜂巢能源认为结合不同排布方式,可 以覆盖市场上主销的从 A0 到 D 级的 80%车型。此外长电芯与传统的 590 模组平台具有较 好的兼容切换性,主机厂可以不做额外的修改和变更,因此达到节省成本、快速响应的目的。在材料体系方面,蜂巢能源不限于采用磷酸铁锂,正在探索更高比能材料体系的应用,产品 包括 L6-三元、L6-无钴等。

宝能开发软包 CTP 方案,可解决现有技术难以适配软包的问题。宝能旗下电池企业宝创新能 源已有软包 CTP 技术的专利储备。宝创新能源的 CTP 技术通过差异化的设计,提升空间利 用率,降低电池包成本,保证安全可靠性:

整体看,采用横向大模组方案,沿车身宽度方向放置多个模组形成电池包,此种放置方 式有别于特斯拉 Model 3 的纵向大模组方案;

长电芯是由多个电芯串联形成。串联时小电芯采用极耳焊接方式连接,做长之后能够减 少端板和部分模组附件,从而提升空间利用率、降低重量,并且减少成本;

设计上提升热安全性。结构上,每个电芯堆叠体外都放置液冷板和导热胶,电池顶部还 安装有防爆泄压系统,从而降低热失控发生的概率。

来源:DT新材料

新材料智库


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 16 绿色心情【液体版】17-18 好舒服的修勾儿 偷我人生一些从长沙来武汉的 过期碎片…中秋快乐!教资直出不是随便什么人都可以办理的,也不是无本的买卖,所以如
  • 例如一些会馆早已淹没在楼宇商圈之内,连曾经的胡同已然无处可寻,回想起来,自己其实在它们的“有生之年”还屡次路过甚至置身其中,却在当时并不知那些老房子曾经的过往。
  • 我家小狗可以说真的是很热爱了 之前租的房子是南北朝向阳光洒不进来 它就常常坐在床上透过窗户望着天空 这两天带着它回老家 家里有个阳台 每到下午正好可以有一部分阳
  • 【开心一刻】老婆 : 老公,碗统统给你洗,我们会发财哦[偷笑]老公 : 为什么呢?老婆 : "公洗发财"啊[呲牙]老公 : 那我回来时你
  • 14.如果招财猫真的有用,它也不用在店里打工了15.别人都有甜甜恋爱,而我只有秃秃的脑袋。26.我是个特别小心眼的人谁要是惹了我,我就在他面前做眼保健操。
  • 【16.8】到手遇见螺 螺蛳粉330g*3袋这个汤底浓郁香辣过瘾,粉丝偏细配菜有大片萝卜干、酸笋、木耳,花生平价首选!【16.8】到手遇见螺 螺蛳粉330g*3
  • 祝明栎和明栎亲们明栎节快乐[月亮代表我的心]但愿人长久,千里共婵娟❤️稳健 一次性口罩 150个~~振德 一次性口罩 200个~~儿童 一次性印花口罩100只~
  • 9岁的小言是一位罕见的#粘多糖贮积症IV型# 患者,6岁时出现双下肢跛行且逐渐加重,一直以来服用钙片等对症药物辅助康复治疗。5、长期或短期大量使用激素或经常酗
  • 怎么能一直后悔下去呢,@于建嵘 老师游历至云南,带着我们的东书房,找到了我们在云南的“家”——一个属于我们自己的茶园。喝上一口昔本茶,仿佛看到了茶林和山野,看到
  • 」當年說好的這項約定已經過了 12 年,IU 也從青澀的新人晉升成演技備受肯定的女演員,孔劉更不用說,近年來出演的作品題材多元,但就是缺少一部音樂電影,希望他們
  • 因其是将耐压骨架与过滤网烧结为一体,所以具有更为优异的反清洗效果,以及压降损失小的特点 幕墙装饰冲孔板当下流行的建筑幕墙装饰冲孔板就是用铝板冲孔加工的铝板冲孔装
  • 昨天带爷爷逛新商场买鞋今天逛老街和老商场买袜子秋裤以后每次回来都要带他去逛逛和看看可但凡走上去往奶奶墓地的那条路还是止不住流眼泪我的脑残粉不在了再没有人会像那样
  • 妞妞很生气的说:现在有蚊子,你想太多了吧!快10点了就听楼上妞爸说:你一上午戴着口罩,你有病啊?
  • 龙猫》#转发送书# 「遇见龙猫,真是天大的运气!翻开本书,你就翻开了宫崎骏的“B面”!
  • #广州未来集市[超话]# 我在pick《爆宠狂妻之神医五小姐》这部漫画,快来一起打call!】现代女杀手穿越后重生于仙界废柴---将军府五小姐(少爷)司马幽月之
  • #比如新闻##“疫”线时刻# 【齐心防疫 法院担当】 “各位老乡,请您按照防疫要求,安心居家,做到不聚集、不串门,非必要不出门,随时戴好口罩,有什么困难找志愿
  • 」 五分法身香是由戒生定,由定生慧,由慧得解脱,由解脱得解脱知见,也就是后得智。」 五分法身香是由戒生定,由定生慧,由慧得解脱,由解脱得解脱知见,也就是后得智。
  • #文轩[超话]# 是穿着男盆友衣服去报到的小宋老师呀 自己作为公众人物肯定会有人拍 这一点亚轩肯定是知道的 但还是穿着文哥的衣服去报到啦 人不能去但衣服能去 这
  • 每次进食堂看着白花花的水蒸气和拿到手的凉包子,我都怀疑自己吃了假早餐。每天睁眼看着你窝被窝里打游戏,我再厚着脸皮赖五分钟床,虽然窗外的灰尘飘的够潇洒,阳光还是可
  • 晚上八点,给大家继续整点西梅,价格也算是很到位了,个头赶不上我们自己卖的,口感、硬度都还是可以的,64.8这个价格也是相当可以了!今年我们西梅卖的还行,本来以为