固態(tài)鋰電池量產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)嗎？拭目以待

實(shí)際上圍繞著去不去模組，背后是PACK權(quán)力的爭(zhēng)奪。

近日一則消息很有意思，源于特斯拉國(guó)產(chǎn)的影響，電池級(jí)碳酸二甲酯和超純級(jí)碳酸二甲酯的報(bào)價(jià)，從10月31日開(kāi)始的5個(gè)工作日3次上調(diào)，總漲幅高達(dá)1500元/噸，漲幅逾14%。

這個(gè)消息其實(shí)很重要。為什么這么說(shuō)？隨著5G時(shí)代來(lái)臨，對(duì)電池四大材料之一的電解液提出了更高的要求。而電解液對(duì)鋰電池的安全性、循環(huán)壽命、高低溫性能等方面有著重要影響。通常，電解液是由溶劑、溶質(zhì)、添加劑組成的，一般其質(zhì)量比為80：15：5。

超純級(jí)碳酸二甲酯DMC的純度比電池級(jí)DMC的純度還要高，對(duì)電池能量密度的提高和使用壽命的延長(zhǎng)，有相當(dāng)重要的作用，所以漲價(jià)自然是理所應(yīng)當(dāng)。

不過(guò)，這就牽引出了整個(gè)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈上一個(gè)重要的問(wèn)題，特斯拉國(guó)產(chǎn)對(duì)于國(guó)內(nèi)新能源車(chē)企的影響，以及占到純電動(dòng)汽車(chē)成本近35~40%的電池成本問(wèn)題。電池材料成本這樣漲法，再加上補(bǔ)貼退坡，車(chē)企如何降本，就成為重要的思考方向。

誰(shuí)的CTP？

到目前為止，電池組的生產(chǎn)一直遵循相同的基本程序。一家專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)電池的公司，比如寧德時(shí)代、比亞迪、松下和LG化學(xué)，生產(chǎn)單獨(dú)的電池電芯，然后車(chē)企通過(guò)PACK把這些打包成電池組裝車(chē)。

那么，有人腦洞開(kāi)得比較大，就問(wèn)為什么不整合這兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程呢？

記者在《松下因電池虧損利潤(rùn)降12%，特斯拉卻還想降本20%》中，提過(guò)特斯拉正在申請(qǐng)一項(xiàng)專(zhuān)利，該申請(qǐng)概述了通過(guò)一種類(lèi)似的CTP（Cell To Pack）方式來(lái)制造電池組，其中電池組部件與電池本身連為一體。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，方法是將單個(gè)電池并聯(lián)形成電池子模塊，然后再將這些子模塊組裝成車(chē)輛所需要的動(dòng)力電池模塊。而且，特斯拉還為這個(gè)組裝專(zhuān)利設(shè)計(jì)了新的冷卻方法，可以使用來(lái)冷卻的液體直接經(jīng)過(guò)電池組來(lái)降低電池組溫度，也可以將散熱片裝到電池組中降溫，或者用特殊的封裝材料來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫。

而在國(guó)內(nèi)，寧德時(shí)代CATL也率先在法蘭克福車(chē)展推出了CTP技術(shù)。當(dāng)然，寧德時(shí)代并非國(guó)內(nèi)第一個(gè)發(fā)布CTP技術(shù)的企業(yè)。早在7月9日，蜂巢能源就發(fā)布了該技術(shù)，并且也在法蘭克福車(chē)展上做了展示。此外還有比亞迪也在研發(fā)。

模組的作用在于電芯的功能集成管理。最初特斯拉采用10多個(gè)模組，如今進(jìn)化到了Model 3，僅用了4個(gè)大尺寸模組，這樣大大減少了冗余部件。此外，大容量方形鋁殼電芯的應(yīng)用，電芯技術(shù)革新、生產(chǎn)一致性的提高，也為去模組創(chuàng)造了條件。

盡管特斯拉和CATL關(guān)于整合PACK和CELL的生產(chǎn)存在差異，但整個(gè)想法和過(guò)程是類(lèi)似的：把兩個(gè)完全獨(dú)立的生產(chǎn)流程（電芯CELL制造和PACK制造），結(jié)合成一個(gè)過(guò)程，產(chǎn)生一個(gè)更加簡(jiǎn)化、更加高效和低成本生產(chǎn)電池的方法。

那么，取消模組能產(chǎn)生怎樣的效果？根據(jù)寧德時(shí)代的數(shù)據(jù)，CTP電池包體積利用率可以提高15%-20%，電池包零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升50%，電池包能量密度提升10%-15%，可以達(dá)到200Wh/kg以上，電池的制造成本也大幅降低。

蜂巢給出的數(shù)據(jù)是，與傳統(tǒng)590模組相比，CTP第一代減少24%的零部件，第二代成組效率提升5-10%，空間利用率提升5%，零部件數(shù)量再減少22%。

這對(duì)于車(chē)企似乎是個(gè)好事。但是，如果我們?cè)偕罹恳幌碌脑?，就?huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上圍繞著去不去模組，背后是PACK權(quán)力的爭(zhēng)奪。

從利益角度來(lái)看，PACK要比模組要賺錢(qián)，而電池供應(yīng)商只有轉(zhuǎn)變?yōu)镃TP整體解決方案，之后才有機(jī)會(huì)去做整個(gè)PACK。而新能源車(chē)企面臨電動(dòng)汽車(chē)的成本壓力和能量密度壓力，CTP方案正好為降本增效提供了一個(gè)解決思路。但是，CTP是“真香”的解決之道嗎？

省去模組的隱患

在動(dòng)力電池降低成本的過(guò)程中，方式也并不局限在電芯集成形式，還包括材料選用、工藝優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化、大模組等。早期A123采用過(guò)扎帶；LEAF采用過(guò)軟包集成小模塊，集成大模塊再集成PACK；標(biāo)準(zhǔn)VDA355mm長(zhǎng)度的模組是國(guó)外率先推出的，大眾推出了MEB590mm長(zhǎng)度的模組；特斯拉更是搞出近2米長(zhǎng)的超大模組。

而省略模組的做法之前不是沒(méi)有，商用車(chē)磷酸鐵鋰電池就用過(guò)。盡管將PACK的生產(chǎn)過(guò)程與電芯CELL的制造過(guò)程集成在一起似乎非常合理，畢竟，降低整個(gè)PACK成本的可能性是存在的。但是，這樣做不是沒(méi)有隱患的。

從電池生產(chǎn)的角度來(lái)看，電池模組是通過(guò)串并聯(lián)方式組合，加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置后，作為中間連接件，電池模組的結(jié)構(gòu)還必須對(duì)電芯起到支撐、固定和保護(hù)作用。

此外，模組還要具備以下功能：滿足完好固定電芯位置并保護(hù)其不發(fā)生有損性能的形變，滿足載流性能要求，滿足對(duì)電芯溫度的控制，遇到嚴(yán)重異常時(shí)及時(shí)斷電，避免熱失控的傳播等等。而取消電池模組，直接由電芯組成電池包，顯而易見(jiàn)的是電池的可靠性就會(huì)降低，增加了電池安全的管理難度。

所以，CTP電池包就對(duì)電芯的產(chǎn)品一致性提出了更高要求。而且，根據(jù)業(yè)內(nèi)技術(shù)人士的說(shuō)法，采用CTP會(huì)導(dǎo)致電池未來(lái)開(kāi)發(fā)的靈活性受限，因?yàn)橐坏┒ㄐ椭?，PACK就不能有大的改動(dòng)。改動(dòng)必然帶來(lái)成本增加，配一款新車(chē)就要重新做一遍模組實(shí)驗(yàn)，做一遍PACK實(shí)驗(yàn)。

總的來(lái)看，電池包結(jié)構(gòu)的優(yōu)化只是輔助手段，通過(guò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來(lái)提升能量密度的空間是有限的。核心還是在于提高電芯的能量密度。

我們都知道，特斯拉雖然發(fā)布了專(zhuān)利申請(qǐng)，但并不意味著該專(zhuān)利將用于特斯拉的汽車(chē)生產(chǎn)線。特斯拉發(fā)布了大量的專(zhuān)利，但并不是所有的專(zhuān)利都實(shí)現(xiàn)了。不過(guò)，這個(gè)電池技術(shù)的試探，正在拷問(wèn)整個(gè)行業(yè)的未來(lái)。北汽新能源搭載CTP電池包的EU5能不能獲得市場(chǎng)上的成功，我們還不清楚。

固態(tài)電池的未來(lái)

CTP只是電動(dòng)車(chē)技術(shù)方面的一個(gè)突破方向。其實(shí)，另一個(gè)重要方向，就是固態(tài)電池。如果固態(tài)電池能夠進(jìn)入量產(chǎn)，CTP才有真正的未來(lái)?？梢哉f(shuō)，CTP還是一種“坐等變天”的技術(shù)。

在某些專(zhuān)業(yè)人士看來(lái)，未來(lái)真正實(shí)現(xiàn)CTP的，應(yīng)該是固態(tài)電池?！肮虘B(tài)電池沒(méi)有液態(tài)電解質(zhì)，可以在內(nèi)部進(jìn)行串并聯(lián)，做到48伏、96伏甚至更高電壓都沒(méi)問(wèn)題?！倍鳦TP電池包省了一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)組件，提高了電池包體積的利用率，間接地就提高了系統(tǒng)能量密度。

目前主流電動(dòng)車(chē)普遍使用的都是三元鋰電池，但無(wú)論從化學(xué)結(jié)構(gòu)是電池結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，三元鋰材料都非常容易發(fā)熱。如果不能把壓力及時(shí)傳導(dǎo)出去，電池就有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。蔚來(lái)因?yàn)槟＝M的設(shè)計(jì)問(wèn)題，導(dǎo)致電池自燃的幾輛車(chē)都是血淚的教訓(xùn)。

而且，三元鋰電池在新國(guó)標(biāo)里面是不做強(qiáng)制性針刺檢測(cè)的。根據(jù)今年的《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》報(bào)批稿，動(dòng)力電池強(qiáng)制執(zhí)行測(cè)試項(xiàng)目一共有22項(xiàng)，包括電池單體測(cè)試（6項(xiàng)）和電池包或系統(tǒng)測(cè)試（16項(xiàng)）。但在單體測(cè)試項(xiàng)目里，被認(rèn)為最嚴(yán)苛的針刺測(cè)試在新國(guó)標(biāo)中被取消，只是5分鐘預(yù)警將成為標(biāo)配。

這個(gè)問(wèn)題對(duì)于固態(tài)電池來(lái)說(shuō)，要好很多。但是，固態(tài)電池距離量產(chǎn)還有很長(zhǎng)的距離，需要很多條件成熟，比如，正極材料LFP、NCM、富鋰等產(chǎn)業(yè)化；負(fù)極材料硅碳、金屬鋰產(chǎn)業(yè)化；固態(tài)電解質(zhì)聚合物、硫化物、氧化物成熟；界面問(wèn)題解決等等。

目前可以說(shuō)固態(tài)電池的路線主要有兩種，一種是豐田的硫化物路線，還有一種是國(guó)內(nèi)的氧化物路線。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“2020 年前采用高鎳正極＋準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)＋硅碳負(fù)極可以實(shí)現(xiàn) 300 Wh／Kg，2025 年前采用富鋰正極＋全固態(tài)電解質(zhì)＋硅碳／鋰金屬負(fù)極電池可以實(shí)現(xiàn)400 Wh／Kg，2030 年前采用燃料／鋰硫／空氣電池實(shí)現(xiàn) 500 Wh／Kg?！?/p>

如果真能實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)，將是給鋰電池領(lǐng)域乃至汽車(chē)領(lǐng)域帶來(lái)翻天覆地的改變。究竟誰(shuí)能勝出？目前我們還不好說(shuō)，未來(lái)值得期待。

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