该轮到中国动力电池被国外追赶了

Mark wiens

发布时间:2022-06-29

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  6 月 23 日,宁德时代正式以一段不满 4 分钟的视频发布了其第三代 CTP 技术。官方将这种技术命名为 麒麟电池 。虽然视频本身非常简短,而且充满了各种动力电池技术名词,但 麒麟电池 的出现再次证明了一个事实——中国动力电池企业的技术实力已经站稳全球第一梯队,不仅在生产规模上,就连技术上也已经开始超越日韩前辈。

  src=宁德时代官方就在视频中将 麒麟电池 与之前动力电池领域的 国外标杆 4680 进行了对比,从电池关键的 5 大性能(能量密度、快充性能、导热效率、系统集成效率、安全性)来看, 麒麟电池 高了不是一点半点。

  回顾全球锂电池技术的发展,中国一直是 后来者 。目前全球动力龙头之一的松下从 1970 年(至今已超 50 年)就已经开始生产锂电池;而宁德时代的起点即便算上消费电子时代,顶多只能追溯到 1999 年,两者相差近 30 年。

  src=先拿电池外形来说,虽然在普通人看起来只是大小和形状的不同,但它会显著地影响到电池的性能表现。日韩系厂商从消费电子时代就牢牢占据圆柱电池赛道,先天就拥有一致性更好(电池单体差异小)、力学结构强(更安全)、能量密度高(电池单体容易卷绕填满)等特点。

  也正是因为这些优点的存在,让特斯拉在 2008 年选择了松下的 18650(直径 18 毫米、高度 65 毫米)电池。而特斯拉 2 年前(最近才开始量产)发布的 4680(直径 46 毫米,高度 80 毫米),基本可以看作 18650 的全面升级版本,不仅个头变大了(单个容量变大),在结构上也实现了一系列创新(无极耳等)。

  src=相比之下,因为圆柱电池赛道 阻碍 重重的中国动力电池企业,包括宁德时代,走上了大体积方形电池的发展路线。这种电池虽然看起来是方形的,但内部实际上仍然是一个卷绕起来的结构,不可避免地导致一致性挑战大(已被高度自动化的机械生产方式解决)、能量密度稍低(内部边角体积不一定全部被利用)。

  我们上面对比的对象都是单个电池的情况,当到了 把电池装进车里 这个环节,方形电池和圆柱电池的优劣势就完全转换了过来。

  圆柱形电池无论怎么 拼 ,电池与电池中间都会有大量的间隙,为了帮助电池散热,散热的管道还必须弯曲成贴合电池的连续曲面(如特斯拉电池结构图),反过来导致了电池包(就是把电池全部装在一起形成一个大盒子,再装到车上)的设计非常复杂,系统的能量密度进一步折损。

  而当轮到方形电池,拼就显得太简单了,因为所有面都是平面,电池与电池之间也不存在不规则的间隙,散热的管道也能够完全按照直线布置,让电池包内的空间利用变得更高效,从而抵消了电池包环节的先天劣势。

  而这次 麒麟电池 所代表的 CTP(Cell to Pack)技术,说白了就是对 方形电池装到电池包 这一大环节的进一步优化。

  传统的电池在装进电池包之前,还会先组合成模组。模组中除了电池还会有控制、导电连接、塑料框架、冷却装置等,都会占据额外的体积。而模组与模组之间还会留有一定的间隙,留给紧固件、横梁、纵梁等物理结构。去掉模组,意味着对这些多余结构开刀,同样的体积自然可以塞进更多的电池。

  src=以目前动力电池行业的实际产品表现来对比,有模组的动力电池体积利用率大概是 40%,2019 年宁德时代的第一代 CTP 技术已经将体积利用率提升到了 55%,而到了这次第三代的 麒麟电池 ,宁德时代已经将体积利用率提到了惊人的 72%。

  简单点说,跟有模组的普通电池比起来, 麒麟电池 在同样的体积内足足可以塞下 1.8 倍的电池容量,让最终的车辆续航里程实现接近 80% 的增加。

  对于早就 脸贴脸 的圆柱电池来说,并不存在 麒麟电池 这样的升级空间,即便是最 先进 的 4680,整体的体积利用率也不过 63%。这一根本性的差距,再叠加上宁德时代成熟完善的方形电池产品,最终让 麒麟电池 可以在同等体积下比 4680 多塞进 13% 的电量,在使用三元锂电池的情况下,系统能量密度可以达到 255Wh/kg,帮助纯电汽车实现 1000 公里续航。

  当然,作为一个复杂的汽车子系统,动力电池包也并不只是把过去多余的东西全部去掉,直接把电池 堆 进去就完事了。宁德时代在 麒麟电池 引入了一项名为 多功能弹性夹层 的技术,通过单个结构完整解决了电池单元隔热(隔热垫)、散热(水冷系统)、结构强度(横纵梁)的综合需求,成为提升 麒麟电池 系统能量密度的最大功臣。

  src=从宁德时代公布的视频中来看,这一装置是多道、空心、可横向压缩变形的金属结构。不仅将每一层的电池单元间隔开来,同时还相当于为整个电池包增加了数十道横向的加强筋,能够大幅增加侧面碰撞的安全性。

  可横向压缩变形这一点也大有学问,电池包的电芯在运转的过程中会发生温度的变化,其尺寸也会相应变化。过去的做法是空出一个间隔,让它们互相不碰上,而在 麒麟电池 电池中,宁德时代则是让整个夹层自己可以伸缩。

  其空心的结构中直接流有冷却液,对每一个电池单元形成 两面夹击 ,从而获得远超过去方形电池 上下夹击 (接触面积更小)的散热效果。因为这份出色的散热效果, 麒麟电池 还在快充性能上进一步提升,达到了惊人的 4C(1 小时充满次数,也就是 15 分钟充满)充电速度,它同时还能在 5 分钟内完成热启动,并且在 10 分钟内充入 80% 的电量。

  src=值得特别一提的是,宁德时代已经于今年 4 月对 多功能弹性夹层 装置申请了发明专利,显然是其最新的自研成果。

  按照宁德时代官方公布的规划,麒麟电池 将于明年量产,届时装备这种电池的全电新能源车不仅容量将有起码 40-50% 的提升,同时还能拥有 15 分钟快充、更大车内空间等一系列优势,极有可能在全球新能源产业掀起动力电池的新一波变革。

  最近几年在不经意间,锂电领域 中国追逐日韩 的态势,已经转变为了 日韩追逐中国 。宁德时代在乘用车锂电池市场中的长足发展就是最好的例子。

  src=截至 2021 年,宁德时代已经连续五年 霸占 全球最大动力电池企业的宝座。2021 年装机量达到 96.7GWh,同比增加了 167.5%,全球市场份额也进一步增长,从 2020 年的 24.6% 增长到了 32.6%。

  多增长的 8% 市场份额,主要来自日韩 老二 、 老三 的 LG 和松下。2020 年,宁德时代和 LG 化学对特斯拉上海工厂的供货比为 2:8,这个数字到了 2021 年,直接 倒 过来变成了 7:3。特斯拉的这一 倒戈 行为,显然是宁德时代综合竞争力的最好体现。

  在已经站稳全球、国内动力电池市场占有宝座的前提下,宁德时代其实还在进行着自己的扩张计划,只不过下一步的目标直接跳到了欧洲。

  宁德时代在德国图灵根州的第一座海外工厂,在今年 4 月已经获得了当地政府发放的生产许可证。这座工厂生产的动力电池,大概率将供应给德国境内三家全球车企龙头:奔驰、宝马、大众。

  通过与更多国际车企的深度合作,宁德时代必然也将从国内新能源汽车市场走向全球新能源汽车市场,迎来更高速的发展。

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