近日，在全球新能源汽車大會上，寧德時代中國區(qū)乘用車解決方案部總裁項延火向外界介紹了寧德時代在化學(xué)材料體系、系統(tǒng)集成、電池殘值、低溫性能、快充以及智能化電池管理系統(tǒng)等方面的研發(fā)思路及路線規(guī)劃。
其中，在電化學(xué)材料體系中，項延火介紹了寧德時代在磷酸鐵鋰、中鎳三元、高鎳三元、無鈷電池，以及更為長遠的全固態(tài)電池、鋰金屬電池、鋰空氣電池等材料體系的研發(fā)方向。作為全球動力電池龍頭，寧德時代的每次“匯報”實際上對業(yè)界都有很好的參考意義。在這次報告中，我們也得以一窺，寧德時代對于各種化學(xué)材料體系應(yīng)用周期和節(jié)點的預(yù)判。
磷酸鐵鋰：仍有提升空間主流應(yīng)用會持續(xù)一段時間
電池化學(xué)材料體系的迭代升級是提升能量密度的一個核心，這種材料體系的迭代既有不同材料體系的迭代，如正極材料從磷酸鐵鋰到三元，又有同一材料體系內(nèi)部自身的迭代，如三元材料從333到523，再到811，未來還有鎳9系等。
現(xiàn)階段，主流的磷酸鐵鋰材料體系電芯能量密度已經(jīng)做到165Wh/kg，系統(tǒng)能量密度能做到140Wh/kg附近。因為磷酸鐵鋰電池經(jīng)濟性、安全性和循環(huán)性能都比較高，目前在經(jīng)濟性車型中應(yīng)用比較多。
未來磷酸鐵鋰材料體系還有沒有挖掘空間，能量密度是否已經(jīng)到達“天花板”?
據(jù)項延火透露，寧德時代計劃通過對磷酸鐵鋰材料體系的設(shè)計與挖掘，未來將其能量密度進一步提升，達到200Wh/kg- 230Wh/kg，“這樣在下一代產(chǎn)品應(yīng)用時，就可以在續(xù)航里程和成本優(yōu)化方面有更佳的表現(xiàn)。”
事實上，近幾年國內(nèi)其它幾家涉及磷酸鐵鋰的頭部企業(yè)也在繼續(xù)深挖磷酸鐵鋰材料的潛力。如國軒高科在今年年初透露，通過開發(fā)高性能磷酸鐵鋰正極材料、負極采用石墨摻硅和預(yù)鋰化技術(shù)，已經(jīng)研發(fā)出單體能量密度達到210Wh/kg的磷酸鐵鋰電池。
比亞迪也認為磷酸鐵鋰電池材料仍有提升空間，在單體能量密度上也會通過材料體系和工藝的優(yōu)化，繼續(xù)提升。
另外，這兩年電池系統(tǒng)集成技術(shù)的創(chuàng)新，也使得磷酸鐵鋰在電池包中的能量密度有明顯提升，讓其重新煥發(fā)“第二春”。
不過，在項延火看來，隨著電池技術(shù)、材料的創(chuàng)新，預(yù)計到2028年，磷酸鐵鋰的成本、安全優(yōu)勢在乘用車領(lǐng)域會被其它材料體系取代。未來磷酸鐵鋰電的應(yīng)用場景和技術(shù)研發(fā)仍需要觀察。
中鎳三元、無鈷電池將成中端車市場主流
針對中端車市場，項延火預(yù)計，未來幾年仍將以中鎳高壓三元體系動力電池技術(shù)為主。電芯能量密度預(yù)計會提升到240Wh/kg~260Wh/kg。
據(jù)電池中國了解，在2020年，寧德時代已經(jīng)開始大量在新能源主流車型中推廣應(yīng)用單晶高電壓5系電池。比如與榮威、吉利、蔚來汽車合作的電池產(chǎn)品，都是采用的中鎳單晶5系電池。這類電池相較于鎳8系產(chǎn)品具有更好的經(jīng)濟性和安全性，同時能量密度也不錯。
除了寧德時代，據(jù)了解，欣旺達、瑞浦能源、領(lǐng)湃新能源等不少動力電池企業(yè)也在規(guī)?；瘧?yīng)用單晶中鎳材料。
據(jù)項延火介紹，在這一領(lǐng)域，寧德時代將通過在產(chǎn)品循環(huán)壽命和快充能力上的不斷挖掘與開發(fā)，以滿足更多的市場需求。
同時針對中端車市場，寧德時代也在大力開發(fā)無鈷材料體系，進一步實現(xiàn)高能量密度(電芯能量密度做到250Wh/kg以上)、高性能與綜合成本最優(yōu)。從路線規(guī)劃圖上看，寧德時代預(yù)計到2024年左右，公司將會推出無鈷電池。
高端市場：主打高鎳、超高鎳體系產(chǎn)品
針對高端車型市場，項延火介紹說，寧德時代將重點推廣高鎳材料體系，“從現(xiàn)有的高鎳811體系，到下一步高鎳+硅體系產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，有望實現(xiàn)300Wh/kg能量密度，且瞄準350Wh/kg的目標。”
從寧德時代的材料體系路線圖來看，其超高鎳+硅體系未來也有希望沖擊400Wh/kg的能量密度高度。
關(guān)于下一代電池技術(shù)路線，尤其是今年以來業(yè)界關(guān)注度較高的固態(tài)電池，預(yù)計寧德時代也會在2024年左右推出，而能量密度有望做到400Wh/kg。
“經(jīng)過了近10年的攻關(guān)研究，認為采用鋰金屬為負極材料的全固態(tài)鋰金屬電池是固態(tài)電池最優(yōu)的發(fā)展方向，這個技術(shù)可以從本質(zhì)上提升我們電池的安全性和能量密度。”項延火指出，雖然目前仍然面臨一些關(guān)鍵技術(shù)和工藝等科學(xué)問題需要行業(yè)共同來攻克，但一旦在技術(shù)上實現(xiàn)了突破，350Wh/kg甚至400Wh/kg的安全電芯也將成為現(xiàn)實。
從更長遠的發(fā)展來看，寧德時代還將持續(xù)投入無金屬正極材料、鋰空氣等新材料電池技術(shù)的研究。屆時，電芯能量密度將突破500Wh/kg甚至600Wh/kg。
2022年左右推出第二代CTP集成方案
電化學(xué)材料體系的技術(shù)創(chuàng)新和迭代是一方面，系統(tǒng)集成的創(chuàng)新和不斷優(yōu)化也是提升整車電量、使用體驗和降本的重要攻關(guān)方向。
寧德時代在2019年首次推出了應(yīng)用于乘用車的第一代CTP(Cell To Pack，將電芯集成到電池包)電池集成技術(shù)，根據(jù)項延火介紹，寧德時代目前正在開發(fā)第二代平臺化的CTP電池系統(tǒng)，計劃于2022年-2023年投放市場，后面還將針對從A00級到D級全系列車型推出第三代系列化的CTP電池系統(tǒng)平臺。
為了更進一步降低成本、提升續(xù)航、優(yōu)化使用體驗、降低能耗，寧德時代還將加快CTC(Cell To Chassis，將電芯集成到底盤)技術(shù)的研究。“寧德時代計劃于2025年前后推出第四代高度集成化的CTC電池系統(tǒng);更長遠來看，寧德時代將于2028年前后有望升級為第五代智能化的CTC電動底盤系統(tǒng)。”項延火透露。
根據(jù)寧德時代董事長曾毓群此前介紹，CTC技術(shù)不僅會重新布置電池，還會將三電系統(tǒng)納入進來，包括電機、電控、整車高壓如DC/DC、OBC等，而這種高度集成的電池系統(tǒng)，將可輕松使得車輛續(xù)航里程大幅提升。
事實上，從寧德時代對于電池化學(xué)材料體系的迭代升級方向來看，與業(yè)內(nèi)整體的研判趨勢基本一致，未來五到十年，仍然是電池化學(xué)材料體系快速更迭、創(chuàng)新的關(guān)鍵期，而隨著電池化學(xué)材料體系、系統(tǒng)集成等技術(shù)的不斷成熟，鋰電池未來替代燃油，推動汽車大規(guī)模電動化的時間也會如期到來。
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