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CTP会是电池未来的潮流吗?

每日汽车 王小西

实际上围绕着去不去模组,背后是PACK权力的争夺。

近日一则消息很有意思,源于特斯拉国产的影响,电池级碳酸二甲酯和超纯级碳酸二甲酯的报价,从10月31日开始的5个工作日3次上调,总涨幅高达1500元/吨,涨幅逾14%。

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这个消息其实很重要。为什么这么说?随着5G时代来临,对电池四大材料之一的电解液提出了更高的要求。而电解液对锂电池的安全性、循环寿命、高低温性能等方面有着重要影响。通常,电解液是由溶剂、溶质、添加剂组成的,一般其质量比为80:15:5。

超纯级碳酸二甲酯DMC的纯度比电池级DMC的纯度还要高,对电池能量密度的提高和使用寿命的延长,有相当重要的作用,所以涨价自然是理所应当。

不过,这就牵引出了整个新能源汽车产业链上一个重要的问题,特斯拉国产对于国内新能源车企的影响,以及占到纯电动汽车成本近35~40%的电池成本问题。电池材料成本这样涨法,再加上补贴退坡,车企如何降本,就成为重要的思考方向。

谁的CTP?

到目前为止,电池组的生产一直遵循相同的基本程序。一家专门生产电池的公司,比如宁德时代比亚迪、松下和LG化学,生产单独的电池电芯,然后车企通过PACK把这些打包成电池组装车。

那么,有人脑洞开得比较大,就问为什么不整合这两个独立的过程呢?

记者在《松下因电池亏损利润降12%,特斯拉却还想降本20%》中,提过特斯拉正在申请一项专利,该申请概述了通过一种类似的CTP(Cell To Pack)方式来制造电池组,其中电池组部件与电池本身连为一体。

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简单来说,方法是将单个电池并联形成电池子模块,然后再将这些子模块组装成车辆所需要的动力电池模块。而且,特斯拉还为这个组装专利设计了新的冷却方法,可以使用来冷却的液体直接经过电池组来降低电池组温度,也可以将散热片装到电池组中降温,或者用特殊的封装材料来实现降温。

而在国内,宁德时代CATL也率先在法兰克福车展推出了CTP技术。当然,宁德时代并非国内第一个发布CTP技术的企业。早在7月9日,蜂巢能源就发布了该技术,并且也在法兰克福车展上做了展示。此外还有比亚迪也在研发。

模组的作用在于电芯的功能集成管理。最初特斯拉采用10多个模组,如今进化到了Model 3,仅用了4个大尺寸模组,这样大大减少了冗余部件。此外,大容量方形铝壳电芯的应用,电芯技术革新、生产一致性的提高,也为去模组创造了条件。

尽管特斯拉和CATL关于整合PACK和CELL的生产存在差异,但整个想法和过程是类似的:把两个完全独立的生产流程(电芯CELL制造和PACK制造),结合成一个过程,产生一个更加简化、更加高效和低成本生产电池的方法。

那么,取消模组能产生怎样的效果?根据宁德时代的数据,CTP电池包体积利用率可以提高15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升50%,电池包能量密度提升10%-15%,可以达到200Wh/kg以上,电池的制造成本也大幅降低。

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蜂巢给出的数据是,与传统590模组相比,CTP第一代减少24%的零部件,第二代成组效率提升5-10%,空间利用率提升5%,零部件数量再减少22%。

这对于车企似乎是个好事。但是,如果我们再深究一下的话,就会发现,实际上围绕着去不去模组,背后是PACK权力的争夺。

从利益角度来看,PACK要比模组要赚钱,而电池供应商只有转变为CTP整体解决方案,之后才有机会去做整个PACK。而新能源车企面临电动汽车的成本压力和能量密度压力,CTP方案正好为降本增效提供了一个解决思路。但是,CTP是“真香”的解决之道吗?

省去模组的隐患

在动力电池降低成本的过程中,方式也并不局限在电芯集成形式,还包括材料选用、工艺优化、标准化、大模组等。早期A123采用过扎带;LEAF采用过软包集成小模块,集成大模块再集成PACK;标准VDA355mm长度的模组是国外率先推出的,大众推出了MEB590mm长度的模组;特斯拉更是搞出近2米长的超大模组。

而省略模组的做法之前不是没有,商用车磷酸铁锂电池就用过。尽管将PACK的生产过程与电芯CELL的制造过程集成在一起似乎非常合理,毕竟,降低整个PACK成本的可能性是存在的。但是,这样做不是没有隐患的。

从电池生产的角度来看,电池模组是通过串并联方式组合,加装单体电池监控与管理装置后,作为中间连接件,电池模组的结构还必须对电芯起到支撑、固定和保护作用。

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此外,模组还要具备以下功能:满足完好固定电芯位置并保护其不发生有损性能的形变,满足载流性能要求,满足对电芯温度的控制,遇到严重异常时及时断电,避免热失控的传播等等。而取消电池模组,直接由电芯组成电池包,显而易见的是电池的可靠性就会降低,增加了电池安全的管理难度。

所以,CTP电池包就对电芯的产品一致性提出了更高要求。而且,根据业内技术人士的说法,采用CTP会导致电池未来开发的灵活性受限,因为一旦定型之后,PACK就不能有大的改动。改动必然带来成本增加,配一款新车就要重新做一遍模组实验,做一遍PACK实验。

总的来看,电池包结构的优化只是辅助手段,通过结构的优化来提升能量密度的空间是有限的。核心还是在于提高电芯的能量密度。

我们都知道,特斯拉虽然发布了专利申请,但并不意味着该专利将用于特斯拉的汽车生产线。特斯拉发布了大量的专利,但并不是所有的专利都实现了。不过,这个电池技术的试探,正在拷问整个行业的未来。北汽新能源搭载CTP电池包的EU5能不能获得市场上的成功,我们还不清楚。

固态电池的未来

CTP只是电动车技术方面的一个突破方向。其实,另一个重要方向,就是固态电池。如果固态电池能够进入量产,CTP才有真正的未来。可以说,CTP还是一种“坐等变天”的技术。

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在某些专业人士看来,未来真正实现CTP的,应该是固态电池。“固态电池没有液态电解质,可以在内部进行串并联,做到48伏、96伏甚至更高电压都没问题。”而CTP电池包省了一些内部结构组件,提高了电池包体积的利用率,间接地就提高了系统能量密度。

目前主流电动车普遍使用的都是三元锂电池,但无论从化学结构是电池结构来说,三元锂材料都非常容易发热。如果不能把压力及时传导出去,电池就有爆炸的风险。蔚来因为模组的设计问题,导致电池自燃的几辆车都是血泪的教训。

而且,三元锂电池在新国标里面是不做强制性针刺检测的。根据今年的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》报批稿,动力电池强制执行测试项目一共有22项,包括电池单体测试(6项)和电池包或系统测试(16项)。但在单体测试项目里,被认为最严苛的针刺测试在新国标中被取消,只是5分钟预警将成为标配。

这个问题对于固态电池来说,要好很多。但是,固态电池距离量产还有很长的距离,需要很多条件成熟,比如,正极材料LFP、NCM、富锂等产业化;负极材料硅碳、金属锂产业化;固态电解质聚合物、硫化物、氧化物成熟;界面问题解决等等。

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目前可以说固态电池的路线主要有两种,一种是丰田的硫化物路线,还有一种是国内的氧化物路线。业内人士认为,“2020 年前采用高镍正极+准固态电解质+硅碳负极可以实现 300 Wh/Kg,2025 年前采用富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池可以实现400 Wh/Kg,2030 年前采用燃料/锂硫/空气电池实现 500 Wh/Kg。”

如果真能实现固态电池的量产,将是给锂电池领域乃至汽车领域带来翻天覆地的改变。究竟谁能胜出?目前我们还不好说,未来值得期待。

来源:每日汽车

作者:王小西

本文地址:https://www.d1ev.com/news/jishu/103007

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