被马斯克嫌弃的软包电池还有戏吗
卡门精选2022-09-19
大公司新造车行业
选择何种封装方式,这背后不仅有电池企业之间的角力,更有车企和电池供应商之间的博弈

本文来自微信公众号“汽车商业评论”(ID:autobizreview),作者:涂彦平、编辑:张南、设计:师玉超,未来汽车日报经授权发布。

9月14日,韩国媒体TheElec报道,LG新能源最近取消了方形电池的开发。“今年早些时候,该公司开始审查该产品是否可行,但最近得出结论,从商业角度来看,该产品不可行。”

LG新能源是全球最大的软包电池生产商,主要生产软包电池,虽然也生产少量的圆柱电池,但用于电动汽车和储能系统的电池大多是软包电池。

今年1月,这家公司刚刚组建了方形电池开发团队,希望为其产品组合增加潜在的多样性。尝试之后它发现自己在方形电池上并没有优势。

很难判断,8个月前的LG新能源和现在的LG新能源,究竟哪一个更加明智。

但它继续坚守软包电池阵地的选择,也完全可以理解。

同样执着于软包电池的还有孚能科技。

9月9日,这家国内最大的软包电池生产商在北京举行发布会,推出下一代软包电池新产品SPS(Super Pouch Solution),支持1000公里、5C快充车型。

“大家说,软件定义未来的新能源汽车。我们说,软包三元定义未来的动力电池。”公司董事长王瑀在发布会上说道。 

齐头并进

从封装方式来看,锂离子电池可以分为软包、方形和圆柱三种类型。

在包装材料上,它们有所不同。圆柱和方形电池主要采用钢壳或铝壳作为外壳,软包动力电池采用铝塑膜作为外壳。

目前,国内软包电池的市占率远低于方形电池,一种普遍的认知是软包比圆柱和方形成本高。但王瑀直言这是一个误区。

他表示,铝塑膜的结构是铝箔加上多层聚合物材料,目前进口材料是30元/m2,国产材料是15元/m2。同等电池容量下,这种软包电池要比方形电池包装材料成本低66%,重量轻88%,能量密度高15%-20%。

而且,相比方形和圆柱电池,软包电池的铝塑膜直接集电池外壳、防爆膜和热敏阀于一体。

 “软包电池是通过热封把电池材料封到一起的,热封材料在一定温度下会自然地软化,同时在一定的压力下可以自动胀开,就能把热失控降到最低。” 王瑀表示。

因为这些特性,软包电池被认为具备高能量密度和高安全性能的优势。而它的劣势则在于制造工艺要求高,制造难度更大。

在制造工艺上,软包和方形电池可以是叠片式也可以是卷绕式,圆柱电池则只有卷绕一种工艺。

根据高工产业研究院(GGII)的研究,三种形状动力电池的主要技术指标对比如下:

不同的电池企业偏爱不同的封装方式。根据全球商业咨询机构HIS Markit的数据,2021年全球动力电池市场前五名企业不同封装方式的占比如下: 

从上表可以看出,五家企业中,韩国电池制造商更偏爱软包,中国电池制造商更偏爱方形,日本电池制造商更偏爱圆柱。

目前,三种封装方式各有其发展趋势。

圆柱电池是直径往大里做,就出现了4680大圆柱电池。方形电池是往薄里做,就出现了刀片电池。软包是往大包方向发展,比如孚能科技这次发布的大软包电池。

棋逢对手

动力电池的创新包括材料创新、结构创新以及制造创新等多个方面。孚能科技的SPS是一整套从电芯到系统、从制造到回收的解决方案,包含了这三种层面的创新。

SPS应用半固态电解质,提升了电芯的本征安全。当天,孚能科技在发布会现场展出了能量密度为300Wh/kg的SPS三元半固态电池包。

大软包电芯能用于高镍三元到低镍富锂锰、磷酸锰铁锂、钠离子等材料体系。除三元材料之外,孚能科技还计划在2023年推出SPS钠离子电池、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂第一代产品。

此外,孚能科技推出的全极耳、多极耳大软包动力电芯,改变了上一代的多电芯串联设计,大大简化了电池系统结构。

SPS大软包电池系统采用高效液冷板与底盘的一体化设计,将大软包电芯直接集成于系统底盘,即CTC(Cell to Chassis)结构。相比之前孚能科技的大模组电池,这种设计使系统零部件减少50%,材料成本降低33%,体积利用率增加30%至75%。

高效液冷板和导热片的复合使用给孚能软包电池系统的散热效率提升4倍,精准控温让电池系统循环寿命超过3000次。

当天,孚能科技还披露了一组数据:与4680圆柱电池相比,SPS的体积利用率高出12%,拥有3倍循环寿命,导热效率提升60%。

孚能科技SPS还有一大创新是,在保持电池系统底盘尺寸不变的情况下,通过调节卧式布置的大软包电芯的厚度,使得电池系统的底盘高度在85mm到145mm之间灵活调节,电池系统容量覆盖80kWh到150kWh。

这样,车企可以在同一款底盘上做电芯的迭代。同款底盘、一款电芯满足全系乘用车,帮助整车企业缩短研发周期,降低采购成本。

此外,孚能科技SPS具备从2.4C到5C甚至更高的充放电倍率,可以实现“充电10分钟,续航400公里”。

在制造工艺上,孚能科技SPS选择的是叠片。他们经过仿真测试发现,软包叠片在整个电池全生命周期不会出现明显的变形。

“未来的电池一定是固态电池,固态电池一定是软包+叠片。”王瑀认为,在电解质从液态向半固态到固态进化的过程中,软包叠片会是一个好的选择。

短期内,SPS大软包电池就会推向市场。王瑀称,“今年是我们开发戴姆勒和广汽以外客户的元年。”

他对这款软包电池的自信可谓爆棚。“这么有竞争力的产品,为什么(孚能)要放弃(它)去做短刀、长刀?没有道理。”

目前来看,SPS软包电池的竞争对手,包括采用方形电芯的刀片电池和麒麟电池,以及采用圆柱电芯的4680电池。

下表为根据企业官方信息和网络公开信息整理的三种电池包的对比。

宁德时代今年6月发布的麒麟电池已经敲定了理想汽车、哪吒汽车、路特斯等客户。

另据外媒今年9月初的报道,特斯拉的4680电池已经实现了2000-3000美元的成本节约,并计划在今年年底前大批量生产。

两重天地

软包电池在全球市场和中国市场面临的是两重天地。

从全球来看,LG新能源、SK On等已经为大众、奥迪、奔驰、通用、现代、福特等车企的多款车型配置了软包电池。

韩国市场调研机构SNE Research预测,2022年至2025年全球软包动力电池市场份额总体保持稳定,2022年市场份额为34.49%,2025年市场份额为35.23%,总量约为409GWh。

相比全球市场,软包电池在国内市场却备受冷落。

孚能科技是国内软包电池的龙头,2021年1-9月在国内三元软包动力电池装机量市占率达到27.44%。而在国内动力电池装机量排名中,软包之王勉强挤进前十,今年8月的排名是第8位。软包电池在国内市场的地位由此可见一斑。

王瑀告诉汽车商业评论,其实在2015年之前,中国动力电池市场90%以上市场份额都是软包,在当年动力电池白名单出来之后,LG新能源、SK On等很多软包电池商没法继续在中国生产。后来就是方形电池席卷中国市场。

不过,现在不一样了,形势已经发生了变化。

除了孚能科技、捷威动力、宁德时代、亿纬锂能等电池企业生产软包电池,还有更多企业正迈进这一领域。

国内车企对软包电池的态度也在发生改变。比如蔚来之前使用宁德时代的方形电池,今年它公布了软包电池方面的专利。

“从明年开始,我们会看到软包的市占率大幅提升。”王瑀肯定地表示。

根据GGII去年3月的预测,到2025年,中国软包动力电池出货量预计达88.6GWh,软包电池的市场份额将从2021年的12%升至16%。

根据IHS Markit对中国车载电池市场的预测,到2025年,中国动力电池出货量预计为590.55GWh,软包电池出货量预计为89.04GWh,软包电池市场占有率预计为15%。

暗中角力

动力电池的三种封装方式,谁会是未来主流呢?一个可能的影响因素会是半固态乃至固态电池的量产。

固态电池正面临着两大技术挑战:高界面阻抗和高负极体积膨胀。

解决界面阻抗难题,目前常用的方法是极片和电芯两个维度加热和加压,基于卷绕方式的方形或者圆柱很难实施。而要解决负极体积膨胀的问题,需要在电芯层面施压一定的外力,方形或者圆柱封装方式很难实施。

而采用铝塑膜封装方式的软包电池,在解决这个难题上有用武之地。这也是为什么我们目前看到的半固态电池往往采用软包封装。

未来固态电池量产上车,可能会带动更多企业走向软包。之所以是说“可能”,是因为目前方形固态电池、圆柱固态电池也都有企业在研究。

另外,选择哪种封装方式,这背后不仅隐藏着电池企业之间的角力,更有车企和电池供应商之间的博弈。

特斯拉一边采购宁德时代的方形电池,一边也在4680圆柱电池上发力。马斯克唯独看不上软包电池。2021年他曾表示:“特斯拉永远不会使用软包电池。”

2021年3月,大众汽车突然通知LG新能源和SK On,称其计划最终转向方形电池。按照计划,2025年后,大众汽车80%的电动汽车将使用方形电池。而几乎all in软包电池的两家电池企业被打了个措手不及。

今年4月,韩国媒体TheElec报道,SK On正计划建立方形电池试产线,并有望于12月投入使用。

与LG新能源试图增加方形电池一样,SK On的举动也可以理解为向大众汽车妥协。不过,LG新能源浅尝辄止不再妥协,SK On的方形电池最终能否推出,还要打一个问号。

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