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軟包動力電池究竟為何?2021-03-26 09:20

大眾入股國軒高科,意在穩(wěn)定軟包三元電池供應;戴姆勒斥資9億元入股國內(nèi)軟包電池龍頭孚能科技……2020年以來,伴隨全球電動汽車需求增長,車用動力電池產(chǎn)業(yè)正悄然變化,其中,國際車企巨頭紛紛“站隊”軟包電池,使軟包動力電池發(fā)展進一步受到產(chǎn)業(yè)重視。

業(yè)內(nèi)有分析認為,隨著大眾、戴姆勒等國際車企加速在華電動化攻勢,加上國內(nèi)主流車企紛紛推出配套軟包電池的中高端車型,軟包電池廠商加速擴產(chǎn),今年國內(nèi)軟包動力電池市場份額將有望提升,迎來拐點。

軟包動力電池究竟為何?

一般來看,車用動力電池按照封裝形式分可分為方形、圓柱、軟包等形式。與圓柱和方形電池相比,軟包電池的內(nèi)部構(gòu)成要素差別不大,最大差異在于軟包電池采用鋁塑膜作為封裝外殼,而圓柱和方形電池外殼主要采用金屬材料。

而至于電池最為核心的四大部分,如正極、負極、隔膜、電解液,這三種形式的動力電池之間的區(qū)別并不大。但由于工藝上的不同,軟包電池、圓柱電池和方形電池之間的技術(shù)優(yōu)缺點依舊存在差異。

也正因如此,方形電池和圓柱電池在汽車市場滲透率中遠高于軟包電池。那么,這是否意味著軟包電池就比方形或是圓柱差呢?顯然并不是。

事實上,軟包電池的發(fā)展歷史并不短,早在1994年,軟包鋰離子電池就已被提出,1996-1997年多家日本公司開始了液態(tài)及凝膠鋰離子軟包電池產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)及應用,目前鋰離子軟包電池已基本壟斷3C市場。隨著軟包電池逐漸得到廣泛應用,便于2000年正式開始被應用于汽車行業(yè),至今也有近20年的汽車領(lǐng)域應用歷史。

對于其優(yōu)勢,日前,孚能科技董事長兼CEO王瑀在第二屆新能源汽車及動力電池(CIBF2021深圳)國際交流會上將軟包電池的獨特優(yōu)勢總結(jié)為“三高一低”,即高安全、高能量密度、高靈活性、低成本。

具體而言,由于軟包電池的形狀是長方形,并且很薄,傳熱面積大,非常便于散熱和熱管理,這樣的設(shè)計使得電池在極端的情況下能夠受控,所以安全性較高。

在高能量密度方面,軟包電池采用鋁塑膜封裝的形式,相同容量前提下能節(jié)省更多的裝配組件,理論上能量密度可以更高。

在高靈活性方面,軟包電池的形狀可變,尺寸可調(diào),并且重量方面較同等容量的鋼殼電池輕40%,較鋁殼電池輕20%,可以滿足汽車廠商各種差異化需求,提供從超跑到越野車的底盤集成化方案,適合多種場景應用。

此外,在成本上,相較其他電池形態(tài),軟包電池的理論材料成本最低,同時軟包電池的內(nèi)阻較小,可以極大降低電池的自耗電,電池循環(huán)壽命更長也是成本的降低。不過從目前來看,軟包電池設(shè)備沒有方型電池設(shè)備成熟、設(shè)備攤銷成本還比較高。

冷熱不均的國內(nèi)外市場

如上述所言,軟包動力電池具備多項優(yōu)勢,發(fā)展空間應非常廣泛,但就市場份額來說,軟包動力電池在國內(nèi)市場裝機量占比并不高。

具體來看,中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應用分會數(shù)據(jù)顯示,2020年中國新能源汽車市場動力電池裝機量約為64GWh,其中方形、圓柱和軟包電池裝機量分別為50.88GWh、9.20GWh和3.93GWh,對應市場份額分別為79.5%、14.4%和6.1%。由此來看,國內(nèi)動力電池裝機主要以方形電池為主,軟包電池市場份額還不足10%。

與國內(nèi)市場形成鮮明對比的是,軟包動力電池在歐洲市場的應用較為廣泛。EV Sales數(shù)據(jù)顯示,2020年歐洲銷量前20名的電動汽車中,有15款車型采用了軟包電池,包括戴姆勒、日產(chǎn)、雷諾、大眾、現(xiàn)代、奧迪、沃爾沃等,市場占比超過70%。而供應這些國際主流車企的電池供應商主要是LG化學、SKI、遠景AESC等,這些電池供應商主要生產(chǎn)軟包電池。

對于當前形成的動力電池市場格局,蜂巢能源科技有限公司總裁楊紅新認為,現(xiàn)今軟包電池、方形電池、圓柱電池的市場格局,是由歷史原因造成的。他舉例稱,“特斯拉當初使用圓柱電池,并不一定是圓柱電池優(yōu)于其他電池,而是電池供應商數(shù)量有限,可選擇的余地小。而從區(qū)域來說,歐洲做電動汽車比中國要早,但當時歐洲車企量產(chǎn)電動汽車時,可選的電池供應商也只有LG化學、SKI、三星等。”在他看來,電動汽車發(fā)展之初,動力電池的選擇是由供給決定的。

不過,隨著當前中國與歐洲都在加速電動汽車發(fā)展,國外動力電池企業(yè)進入中國、國內(nèi)動力電池企業(yè)走向海外的趨勢愈發(fā)明顯,這也使動力電池市場格局在悄然變化,軟包電池有望在今年迎來發(fā)展機遇。

中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍在接受蓋世汽車采訪時表示,從需求端來看,戴姆勒、大眾、通用、現(xiàn)代等國際主流車企近兩年在華加大電動汽車市場布局,這些車企鎖定的動力電池訂單多以軟包動力電池為主;同時國內(nèi)主流車企也紛紛推出配套軟包電池的中高端車型,這些都將推動中國軟包電池市場的崛起。

而在全球市場,此前有研究機構(gòu)預測,到2030年軟包電池在新能源汽車市場滲透率將達45%,幾乎占據(jù)半壁江山。

國內(nèi)軟包電池迎風口

基于軟包電池的獨特優(yōu)勢和市場預期,目前已有不少車企與動力電池企業(yè)布局軟包電池。

早在2018 年,國內(nèi)軟包動力電池龍頭企業(yè)孚能科技就與戴姆勒簽署了長達10年、累計超過170GWh的訂單協(xié)議。不僅如此,2020年戴姆勒還參與了孚能科技IPO戰(zhàn)略配售,獲得該公司約3%股份,成為孚能科技股東。

孚能科技董事長兼CEO王瑀向蓋世汽車透露,目前孚能科技和戴姆勒的合作非常順利,此前簽約的長期訂單,今年會進入量產(chǎn)。

除了戴姆勒,孚能科技還與吉利科技集團、江鈴集團新能源、國機智駿、東風嵐圖等汽車廠商就動力電池供應達成合作,其中,孚能科技與吉利科技集團共同建設(shè)的動力電池工廠,預計合計產(chǎn)能不少于120GWh,2021年開工產(chǎn)能不少于20GWh。

據(jù)了解,從供給端方面來看,今年將是軟包動力電池集中投產(chǎn)、放量的一年。據(jù)悉,孚能科技鎮(zhèn)江一期8GWh軟包電池今年將實現(xiàn)滿產(chǎn);億緯鋰能日前透露,其現(xiàn)有軟包電池產(chǎn)能為10GWh,今年將滿產(chǎn)滿銷;LG新能源南京軟包項目,以及其與吉利汽車合資建設(shè)的10GWh軟包項目將下線;遠景AESC無錫20GWh軟包電池一期項目也于今年投產(chǎn)。此外,寧德時代、萬向一二三、捷威動力、國軒高科等眾多動力電池企業(yè)預計也將有軟包電池項目陸續(xù)落地投產(chǎn)。

劉彥龍認為,軟包動力電池產(chǎn)能的釋放,也將給下游車企更多選擇,以滿足國內(nèi)外主機廠中高端乘用車需求。

材料與安全問題仍不容忽視

盡管軟包動力電池市場前景廣闊,但其在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路上同樣布滿荊棘。

日前,現(xiàn)代汽車和北汽新能源相關(guān)車型均因搭載的軟包電池存在安全隱患而啟動召回,這一定程度上說明,軟包電池首先要重視的還是安全問題。

同濟大學汽車學院副院長魏學哲亦表示,軟包電池要在汽車上用好,還存在相當多的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)主要分四類,一是尺寸和機械設(shè)計問題;二是成組后所受預緊力大小需結(jié)合軟包全生命周期規(guī)律調(diào)節(jié);三是難以設(shè)計熱管理系統(tǒng);四是復雜工況下密封、熱失控等安全性問題規(guī)律不易掌握。

王瑀認為,車用動力電池安全性問題可從兩條路徑去提升,一是從活性材料上解決,比如在極端情況下出現(xiàn)熱失控問題,如何解決鋰化后負極材料及SEI膜穩(wěn)定性的問題比較關(guān)鍵。二是電解液方向。軟包電池在極端情況下也會出現(xiàn)熱失控,業(yè)內(nèi)普遍認為固態(tài)電池是徹底解決目前鋰離子電池熱失控的最終方案。但就現(xiàn)階段而言,固態(tài)電解質(zhì)還不成熟,距離真正的應用還有很長時間,所以發(fā)展方向應先從液態(tài)到半固態(tài)(凝膠),然后再到半固態(tài)(固體電解質(zhì)),最后過渡到全固態(tài)電池。

除了電池本身性能的安全隱患,軟包電池目前也面臨上游材料供應安全的風險。軟包電池區(qū)別于圓柱和方形電池的最大差異在于鋁塑膜的封裝結(jié)構(gòu)。據(jù)悉,動力鋰電池上游環(huán)節(jié)正極材料、負極材料、隔膜、電解液、封裝材料等五大關(guān)鍵材料中的前四種材料均已實現(xiàn)國產(chǎn)化,鋁塑膜封裝材料作為鋰電池材料領(lǐng)域技術(shù)難度最高的環(huán)節(jié)之一,是產(chǎn)業(yè)鏈中唯?尚未完全國產(chǎn)化的材料,當前車用電池鋁塑膜市場主要被日本企業(yè)所壟斷。由此來看,國內(nèi)軟包動力電池如若拓寬市場,提高鋁塑膜國產(chǎn)化率是繞不過去的問題。

據(jù)了解,明冠新材是目前國內(nèi)鋁塑膜制造的龍頭企業(yè),該公司制造鋁塑膜已有十余年干法復合、熱法制膜的技術(shù)沉淀。據(jù)明冠鋰膜技術(shù)總監(jiān)李成利介紹,截至目前,明冠新材的動力、儲能鋁塑膜(CAP153),除PA/PP材料外,其他材料均為國產(chǎn)或自我開發(fā)產(chǎn)品,PP及PA也已處于自研及國產(chǎn)化測試階段,預計1~2年內(nèi)全部材料將實現(xiàn)本土化,徹底解開鋁塑膜的所有技術(shù)封鎖。

明冠新材董事長兼總經(jīng)理閆洪嘉向蓋世汽車表示,原來業(yè)內(nèi)對鋁塑膜考慮的主要是成本問題,而現(xiàn)在考慮的更多是供應安全問題。據(jù)他分析,鋁塑膜將在未來一段時間處于爆發(fā)期,技術(shù)的完全國產(chǎn)化與產(chǎn)能提升將是接下來需要解決的問題。

據(jù)悉,明冠新材在上市前已有300萬平米鋁塑膜產(chǎn)能,年產(chǎn)1000萬平米鋁塑膜募投項目目前正在建設(shè)中。據(jù)閆洪嘉透露,當前鋁塑膜募投項目進展順利,明冠新材將根據(jù)鋁塑膜市場需求狀況統(tǒng)籌安排推進相應產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn),并做好未來3-5年的技術(shù)儲備,預計產(chǎn)能將在今年得到大幅度釋放。

業(yè)內(nèi)有觀點認為,隨著鋁塑膜國產(chǎn)化今年將有重大突破,國內(nèi)軟包電池今年也有望迎來拐點。屆時,國內(nèi)動力電池裝機企業(yè)排名和市場份額又將發(fā)生怎樣的變化,值得關(guān)注。

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來源:蓋世汽車

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