[爱卡汽车 新能源频道 原创]
电动汽车诞生至今,已经遇到了不少问题。前几年,续航里程不足是电动汽车最大的痛点,过短的续航里程让电动汽车看上去就像一个笑话。现在,新款电动汽车的续航里程已经普遍达到了500km,续航不再是问题,但是层出不穷的自燃甚至爆炸事故让消费者对电动汽车望而却步。今后几年电动汽车还将面临更多的难题,比如充电速度,比如电池的废物处理和回收利用。相信你一定发现了,电动汽车面临的这些问题全部都跟电池有关。业界已经越来越清晰地认识到,制约电动汽车发展的最关键因素就是电池。
但是,提升电池的性能又谈何容易。在2017年,工信部等有关部门联合印发了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》。在这份方案中提出了几个电池的发展目标:2020年动力电池系统能量密度达到260Wh/kg,成本降至1元/Wh以下;2025年动力电池单体能量密度达到500Wh/kg。如今三年已过,现在电池的性能、成本距离2020年的目标还有不小的差距,2025年的目标更是遥不可及。这说明动力电池技术的研发进度比行业顶尖专家的预期还要慢一些,其难度可想而知。
好在新能源已经成为了大势所趋,有越来越多的资金和人才正在进入这个领域。在今年,汽车动力电池行业出现了一些创新技术,为加速电池性能的提升带来了一丝曙光。在这些新技术当中,有电池材料的创新,有生产工艺的创新,也有电芯成组技术的创新。
一、材料创新:无钴电池降低成本
目前市场上主流的动力锂电池有两类:磷酸铁锂电池和三元锂电池。所谓的三元材料就是指镍、钴、锰这三种金属元素。其中钴是动力电池正极材料中的重要元素之一,不但可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能。
但是,全球钴的资源是比较稀缺的,每年钴的产量约20万吨,其中有50%左右是用在消费类电池上,比如手机、笔记本;有14%左右用于新能源汽车的动力电池;其他的应用于核心领域或者是军工领域。随着新能源汽车的迅猛发展,钴的需求量也在持续激增。如果不考虑回收,2026年以后,钴就将供不应求。有限的钴元素资源,无法支撑新能源汽车无限的发展空间。
电池技术有很多发展方向,包括高镍、无钴、富锂锰基等等。在现阶段,无钴材料是一条能够很快获得成果的技术路线。目前无钴电池的能量密度可以做到240-245Wh/kg,十分接近于目前商业化应用能量密度最高的NCM811三元锂电池的水平。无钴电池在抗过充能力、热稳定性、使用寿命、成本等方面都有明显的优势。
在今年5月,蜂巢能源率先发布了2款基于无钴材料的电芯产品。其中一款是基于VDA标准的590规格电芯,容量为115Ah,电芯的能量密度达到245wh/kg,它将在2021年6月份推向市场 。另一款是适用于大模组的长电芯,容量226Ah,它将可以支持新车实现880km的续航里程,这款产品预计可以在2021年下半年实现量产。
无钴电池相比三元电池最大的优势在于成本和安全性。在成本方面,蜂巢能源的NMX无钴电池材料成本可降低约10-15%;在热稳定性方面,无钴电池轻松通过150℃的热箱实验,而三元电池在这样的高温下会起火。
二、生产工艺创新:叠片工艺提升性能
汽车动力电池将朝着长电芯、大模组的方向发展,传统的卷绕方式电芯已经不能满足车规级动力电芯的形态要求,取而代之的是叠片工艺生产出来的电芯,由于叠片电芯尺寸灵活,不受卷绕卷针结构的限制,层叠方式生产,极片的界面平整度高,在车规级动力电芯领域将得到广泛应用。
传统的电池采用卷绕方式生产,对壳体空间的利用不够充分,而且容易导致局部过热。用叠片工艺生产的电池在能量密度、寿命、成本、安全性等方面都有一定的优势,松下等行业巨头均有在2022年之后导入叠片工艺的计划,而蜂巢能源抢先一步已经用上了叠片工艺。
叠片工艺面临的问题主要在于设备、工艺、制造、效率等方面的瓶颈,导致单工位效率低,制造成本高。而蜂巢能源通过持续的研发投入和技术攻关,目前已完成行业首例45°旋转式高速叠片的开发与导入,叠片效率超出行业传统叠片设备单工位效率的40%。正是这样的优势,让蜂巢能源可以抢在行业巨头之前应用叠片工艺。
在2020成都车展上,蜂巢能源展出了各种规格的高速叠片电池。相比同类型卷绕工艺电池,蜂巢能源的叠片电池能量密度提升5%,循环寿命提升10%,成本降低15%。
三、电芯成组技术创新:CTP提升能量密度
在汽车动力电池领域,有一个“成组效率”的概念。一般而言,数个单体电芯构成一个电池模组,再由多个电池模组构成电池包。从电芯到电池包,冷却系统、线束等附件越来越多,占据了不小的重量和体积。所谓成组效率,就是指电芯的重量/体积与电池包的重量/体积之比。在电芯性能不变的前提下,成组效率越高,电池包的能量密度和体积密度就越高,性能就越强。
提升电池成组效率的最直接途径就是采用更大的电芯。从目前应用广泛的VDA标准的电芯,到下一代的MEB标准电芯,一大变化就是电芯单体的长度大幅增加。有些电池厂商更加激进,推出了CTP(Cell To Pack)技术,即电芯直接成组,跳过了电池模组的环节。在CTP电池组里,电芯的长度与电池组的宽度相当,可以达到1m以上,所以电芯的数量会大幅减少,整个电池组的能领密度大幅提升。
目前,宁德时代、蜂巢能源、比亚迪等电池厂商都推出了自己的CTP无模组电池技术。在年底应该就会有采用CTP电池技术的新车上市了。
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根据此前阿尔法·罗密欧产品规划显示,承诺将专门推出下一代Giulia作为电动车型。而近日Stellantis欧洲负责人也表示,愿意提供内燃机车型——如果这被证明是更务实的商业举措的话;同时这也预示着如果市场有大量内燃机车型需求,下一代Giulia车型则将继续推出内燃机车型供消费者选购。
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目前斯巴鲁新款Crosstrek车型已在海外市场首发亮相,国内市场称之为“旭豹”,新车计划将于今年12月上市开售,并有望在今年年底前陆续开启新车交付工作。同时新车预计最快将于2025年上半年,继续以进口形式导入国内市场销售,并适配全新2.5L发动机。
据悉宝马M部门确认,宝马下一代M3内燃机系列车型保留直列6缸动力,而宝马高性能部门开发主管Dirk Hcker也表示,下一代M3的核心将是48伏轻度混合动力系统,而不是PHEV插电式混合动力系统。而在此前慕尼黑车展举办的G90系列M5车型发布会上,其宝马官方也曾表示,M3车型没有必要增加PHEV系统的额外重量。
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