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盖世汽车研究院:下一代电池技术发展主要趋势-高性能、高安全、低成本、低碳化

02/21 11:15
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在全球能源转型的新浪潮下,动力电池行业作为新能源汽车核心部件之一,同样呈现出蓬勃发展的态势。随着新能源汽车市场的不断扩大和消费者需求的不断提升,当前动力电池技术在续航里程、充电时间、充电安全等方面暴露出诸多痛点问题,因此发展下一代动力电池技术已刻不容缓。目前动力电池企业和主机厂围绕电池路线、材料体系、集成技术等加速研发,同时通过发展电池回收技术和建立零碳工厂的方式保证低碳排放。

在此基础上,盖世汽车围绕产业背景及现状、发展难点和发展趋势展望三个方面洞察下一代动力电池技术发展趋势

发展难点

•续航和补能表现:根据德勤调研结果,尽管消费者对充电时间和续航里程要求相较2023年有所下降,但仍是最关注的主要因素。同时,消费者对新能源汽车在寒冷天气表现也表示担忧,据汽车之家低温测试结果,不同品牌车型均出现不同程度续航衰减;

•政策要求趋严:随着全球各地区碳中和行动的开展,欧盟通过碳边境税和新电池法规构筑新的低碳贸易壁垒,来推动汽车相关产业低碳化和零碳化,对中国动力电池企业提出更高的排放要求;

•产能严重过剩:动力电池在经过快速发展时期后,已进入产能过剩阶段,在此影响下,主要原材料利用率也维持在50%左右,造成原材料价格持续下探;

•高昂换电成本:据有关数据显示,在电池八年质保期过后,更换电池需花费几万乃至十几万元,部分车型换电费用已高于旧车残值;

•部分技术尚未突破:圆柱电池在全极耳生产技术中的模切、揉平和焊接工艺尚有难点为突破;全固态电池存在固-固界面、固态电解质等制备工艺以及核心材料升级、回收等产业链难题。

趋势展望

高性能:

新兴材料体系:富锂锰基拥有高能量密度、低成本优势,未来有望在正极材料混合使用;硅负极材料以硅碳/硅氧路线为主,当前已实现上车;钠离子电池在储能和乘用车端均有搭载,乘用车以A00级为主;

•大圆柱电池:全极耳技术影响大圆柱电池良品率提升,预计2026年前后逐渐实现批量搭载;

•电池集成技术:CTB/CTC技术实现整车落地,主流新势力车企中理想、问界、蔚来、小米等已标配该技术;传统自主通过旗下新能源品牌加速CTP/CTB方案上车;外资车企仍大规模采用CMP方案;

•固态电池:硫化物将成为全固态电池主流路线,主要动力电池企业和车企均已布局全固态电池,将于2027年前后陆续量产装车;

低成本

•干法技术:与传统的湿法工艺相比,干法工艺具有显著的成本优势,同时特别适配固态电池、46系大圆柱电池等新型电池技术。但要想实现批量规模化,仍需解决突破粘结剂匹配性、界面阻抗和工艺复杂性等挑战;

•电池标准化:当前我国动力电池共有145种规格,新标准给出了11个系列规格尺寸,其中乘用车推荐主流包含短刀、大圆柱等。当前主流动力电池企业已陆续下线标准电芯产品,在减少研发和生产成本的同时提升成本性能和安全性;

AI技术随着AI技术的快速发展,研究者将AI技术渗透进电池研发制备的过程中。借助AI可完成材料发现到制造优化,并协助研究者完成性能检测到全生命周期管理,在加速技术迭代的同时推动动力电池全周期成本下降;

•向新领域渗透:动力电池凭借高能量密度、快速充放电能力和成熟产业链,正逐渐从传统新能源汽车行业向飞行汽车、人形机器人、电化学储能等领域加速渗透,目前已实现小规模搭载,未来将成为动力电池主要应用场景之一。

高安全

•智能BMS:为进一步防止发生热失控,做到动力电池不起火、不爆炸,多数电池厂采取了“在电芯、pack到系统层面,加强隔热材料应用和泄压及散热和结构强度优化,以及BMS实时管控”的全生命周期开发策略;

•宽温域电池:已拓展至极寒环境满足更多元化使用场景,已量产产品中最低可在-40℃环境下保持充放电。

低碳化

•电池回收:电池回收技术可缓解金属元素缺口,并完善电池护照材料信息要求,目前主机厂积极构建电池回收体系,打造回收闭环;

•零碳工厂:零碳工厂是实现碳达峰的主要实施方案之一,各地政府出台政策大力鼓励建设发展。当前以宁德时代为代表的锂电企业正在紧密布局,通过使用绿色能源、购买碳信用等方式节能减排,以满足零碳排放的要求。

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