三大封装技术

除了原材料,锂电池的封装技术对电池最终性能同样有重大影响。即使材料配方一致,不同的加工工艺所生产的成品,在安全性、能量密度以及循环寿命等方面也不相同。

当前,封装技术可分为三类:

方形电池,即方形的单体电池。该类型电池的电芯间隙较小,内部材料更加紧密,电池在高硬度的限制下不容易膨胀,安全性比较高。同时壳体采用了密度更小、重量更轻且强度更高的铝镁合金,进一步强化对内保护,相应的生产工艺却不复杂。但方形电池一致性较差,且由于可以根据需求做定制化生产,市场上型号繁多,工艺不统一。

一致性是指电池组中,单体电池的初期性能指标相近,如容量、温度特性、循环性等。若单体电池性能差异太大,在成组后会严重影响电池组的使用寿命。

圆形电池虽与方形电池同属硬壳封装路线,但尺寸更小,电芯一致性好,单体电芯的能量密度比较高,成组更加灵活,生产工艺成熟且成本低。缺陷在于整体性能一般,电池包中的电芯数量比较多,重量大,圆柱此种形态对空间的利用率也不好,导致能量密度较低。

软包电池的性能是三种路线中最好的,其尺寸灵活,能量密度高,重量轻。但机械强度不高,生产工艺也更加复杂,生产成本高,性价比一般。

从市占率看,目前方形电池凭借更高的性价比,大幅领先其他技术路线。2019年,国内方形电池装机量为52．73GWh,同比增长 24．8%,占总装机量 84．5%,是年度唯一保持同比正增长的技术路线。

数据来源:国元证券[18]

除了三种成熟的封装技术外,锂电池目前还有新的CTP技术,并衍生出了“刀片电池”与“CTP电池”两种新产品,均为方形电池的升级形态。

CTP(Cell To Pack)技术,是指电芯直接成组,跳过了电池模组这一中间环节。这种技术一方面提升了电池包内的空间利用率,增加带电量;另一方面又减轻了重量,整个电池组的能量密度大幅提升。

当前以比亚迪为代表的的刀片电池,选择的是彻底取消模组的方案;宁德时代的CTP电池,则是走将小模组整合为大模组的路线。

此两种路线各有优劣,但均处于商业化早期,制造工艺与规模生产仍需提高,短时间内无法大规模替代传统技术。

图片来源:中信证券[19]

总结

正如开篇所讲,锂电池的产业链长且复杂,牵扯行业众多,无法用短短数千字描述清楚。本文选择覆盖最核心的四种材料与三种加工工艺,并没有涉及电池整包的相关工艺与材料。

总体上看,锂电池的未来发展方向清晰:要么提高能量密度,要么对现有产品进行成本优化。无论是正极材料的磷酸铁锂与三元材料之争,或是隔膜工艺与电解液溶质的选择,均承袭于此。

这无疑是动力电池的好时代:下有消费者购买电动车的需求快速增长,上逢电动车成为国家重点项目,获得政策大力扶持。在政策与市场需求双向驱动之下,锂电池产业链内的企业创新意愿也很强烈,持续对现有生产工艺进行优化,新的技术突破亦时有发生。

新的工艺与新的材料带来性能更好的产品,更成熟的生产技术带来更加规模化的生产,进而降低产品价格,这是新技术商业化的基本路径。能率先突破的企业,自然就能先人一步占据市场,在新能源的时代占据一席之地。宁德时代用三元电池铸造的万亿神话,其它企业同样有机会复制。

对于消费者而言,事情就简单多了。能开上性能更强,安全性更高且更便宜的电动车,比什么都强。

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