平衡之道 ——新能源汽车动力电池浅析
随着新能源汽车在中国新车市场的份额提升到25%以上,中国新能源汽车市场已经从依赖政策推动的市场导入期进入市场与技术双轮驱动的快速发展期。随着更多消费者开始选择新能源汽车,他们对于新能源汽车的要求已经从关注某个单一性能是否满足基本使用要求转为对于整车性能的综合表现。动力电池是新能源汽车的核心零部件,对于新能源汽车的整车性能、安全性、成本等关键指标具有决定性影响。因此,新能源汽车的进一步普及将对动力电池的各项性能提出了更全面的要求。
首先,安全性一直被视为新能源汽车动力电池最核心的要求,但是如果拘泥于安全性而不考虑能量密度和续航里程,就可能会导致类似日系车企曾经面临的镍氢电池困局。新能源汽车发展的前期,日系车企为了确保绝对的安全,主要采用能量密度偏低的镍氢电池,而太低的能量密度无法维持基本的纯电续航里程,就只能重点开发混动车型。与日系企业相反,特斯拉最初采用的18650电池被认为存在安全风险。但是由于具有更高的能量密度,且经过消费电子领域的长期使用,18650电池具有优异的生产一致性。因此在通过提升电池管理系统(BMS)功能而成功提高安全性后,采用18650电池的特斯拉Model S成为非常成功的产品。未来,随着电控技术的发展和系统热管理能力的提升,将有更多种类的电池能够满足法规对于动力电池系统安全性的要求;而原来在安全性方面具有优势的一些电池类型,由于在充放电循环次数、能量密度等方面的缺陷,即使非常安全也会被市场淘汰。因此,未来的电池需要在安全与性能方面寻求平衡点,在满足安全要求的基础上,不断追求更好的性能与更低的成本。
另一方面,通过牺牲系统性能而实现某项指标的突出表现,越来越不被市场接受。其中的典型例子就是通过电池数量的堆叠来满足更长续航里程的方案正逐渐被市场淘汰。由于电池自身重量的增加,额外增加电池带来的续航里程延长的边际效用显著下降,反而会带来整车能效下降、成本上升、驾驶操控不佳等负面影响。未来,新能源汽车企业将更关注电池容量、充电时间、使用寿命、高低温表现,系统成本等多方面综合表现,以消费者的需求为目标,平衡不同性能指标和产品成本、并同时满足安全性等刚性要求,以实现更多维度上的产品综合优势的领先。
除此之外,在新能源汽车的起步阶段,为降低消费者的使用门槛,部分新能源汽车企业会采用以磷酸铁锂电池为代表的低成本电池,叠加政府补贴,通过价格优势占据部分市场。然而,由于磷酸铁锂电池的能量密度低于三元锂电池,低价的磷酸铁锂电动车难以满足消费者在续航里程方面的基本需求,一直无法打开市场。为寻找磷酸铁锂电池在成本、安全性、能量密度方面的平衡,国内电池企业通过将传统的CTM(Cell to Module)转变为CTP(Cell to Pack)和CTC/CTB等方式,开发出系统能量密度更高的磷酸铁锂刀片电池,实现了在成本、安全性、能量密度等方面综合水平接近三元锂电池,这才有近几年磷酸铁锂电池的快速增长。与磷酸铁锂电池相比,钠离子电池成本更低、原材料来源广泛、安全性和低温表现更佳,但是其能量密度也更低。根据磷酸铁锂电池早期发展的经验,低成本与安全性并不能带来更多的市场,如果其系统能量密度难以提升,难以实现成本、安全性、性能之间的平衡,其未来应用场景可能更多在储能领域,而在新能源汽车动力电池领域将相对有限。
综上所述,未来新能源汽车动力电池的发展将需要同时平衡安全性、能量密度、充放电时间和循环次数、成本等诸多方面的需求。未来的动力电池发展方向,可能还是以现阶段主流的锂离子电池为基础,通过固态/凝聚态电池的开发,采用CTP/CTC/CTB等无模组技术实现电池结构的优化,不断改进正负极材料等方法,对于新能源汽车动力电池进行持续改进,以满足新能源整车发展的需要。
