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宁德时代CTP和比亚迪刀片电池技术对比分析

2020-02-22 浏览次数:1,449 次 高工锂电网

核心观点:

如果将动力电池行业比作一个江湖,那么宁德时代和比亚迪就是武功最顶尖的高手之一。两者分别推出的CTP和刀片电池,就好比金庸小说《笑傲江湖》里的“独孤九剑”,各有优势。

其中CTP技术侧重于电池系统创新,利于宁德时代直接参与整车厂的电池包设计分工,强化在产业链中的话语权。

刀片电池,偏向电芯工艺创新,有望让比亚迪在电池制造方面取得突破,成为 “电池技术解决方案供应商”+“整车品牌”,从而凸显自身完备产业链的价值。

重点问题:

1、什么是CTP技术和刀片电池?

CTP技术是在模组结构基础上做简化,对电池包结构优化,在纵向或者横向的排列方式上,通过层次分割,实现较大幅度降成本。

简单一点理解,是直接把电芯放在整个PACK里面进行安装,尽可能简化模组,省掉一切不重要结构的连接。

刀片电池,则是把电芯宽度无限拉长,厚度做薄,做成900mm甚至快1m的超长电芯。其电芯出极耳方式可能采取类似软包电池制造工艺,是两端出极耳。与传统方形电池相比,呈现“扁平”和“长条”形状。

2、CTP技术和刀片电池的优势在哪里?

CTP技术的优势有电池包体积利用率提高15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%,投入应用后会大幅降低动力电池的制造成本。

这种降成本的主要体现:第一是模组之间的连接,第二是模组之间结构的加强,第三个是整个模组工艺层面的成本下降。

对宁德时代而言,第一个方面,加强其对电池生产和售后的管理能力。第二个方面,有利于宁德时代向电池售后维修等环节渗透,跟下游整车厂之间保持更长远和稳定合作。第三个方面,利于材料产业链的企业发展。

刀片电池的优势,第一体积能量密度提升明显,较原有电池系统可提升30%以上。第二节省物料、人工费用等,成本有望降低30%。第三由于“刀片电池”更薄,散热效果更好。

3、CTP技术与刀片电池的差别在哪里?

CTP技术和刀片电池,都在三元和磷酸铁锂等材料体系的基础上,通过系统集成及工艺改进方式,来降低成本和提升能量密度。

两者主要差别在于,宁德时代在102Ah、150Ah电芯成本不变的基础上,利用CTP技术实现系统降成本,完全参与到整个电池包的设计过程,进而拥有与整车企业的议价能力。刀片电池则为比亚迪自主设计开发,具备完善的知识产权,技术创新性更强一点。

4、CTP技术和刀片电池技术劣势是什么?

CTP核心劣势是制造层面的吊装、固定、维修方面技术难度大。对于绝大多数车企来讲,尤其像特斯拉这种把78度电分成4个模组(按模组维修可能更保险一些),如果用CTP技术,整个电池包后续的维修会比较困难。

刀片电池劣势是电芯长度太长,在实际设计、制造和应用上,技术挑战和难度很大。尤其是在电芯后续的改进、良品率、产品质量把控方面,如果急于冒进,存在一定风险。

对比宁德时代的CTP技术,比亚迪的刀片电池实现难度还要更大一点,技术创新性更强,对电芯工艺的改进要求更高一些。

5、CTP技术和刀片电池发展历程是什么?

自2019年下半年以来,电池行业降本增效的需求高涨,整个产业链都迫切地寻求突破之路。

宁德时代主推CTP技术,通过低成本推广战略,提升电池系统能量密度的方式,相当于绑定整车厂的电池设计、制造、后续维修,直接参与整车厂的电池包设计分工。当然这也是宁德时代对整个自产电芯质量有信心的体现。

原因是CTP对应的每个电池包大小结构都不一样,属于非标自动化设计。

宁德时代的推广方式,是先从国内的战略合作伙伴开始,然后普及到一些小车企,再推到外资企业。然而对外企而言,由于其投入了大量的模组,PACK产线的制造成本,而且都基于VDA 355、390、590的标准模组,甚至还有一些定制模组。推广CTP时,存在一定难度。

比亚迪推刀片电池,可以充分发挥磷酸铁锂在公交车等方面的技术比较优势,更容易在市场方面取得重大突破。再加上其供应链属于自产自销,外供电芯较少,如果采用宁德时代策略,承担的费用和成本风险比较大,利益上也不太划算。

6、CTP技术和刀片电池对方形,软包意味着什么?

CTP技术,可以让方形电池从头排列一米到二米,但对软包来讲则非常困难。缘由是软包要像方形电池一样,直接80个或者100个电芯立在一起的话,制造难度比较大。

刀片电池适用于方形和软包,差别主要是制造工艺,其中方形适用卷绕,软包用叠片工艺。

7、CTP技术和刀片电池对应的三元和LFP材料体系,哪种更适合一些?

CTP技术方案最早是用磷酸铁锂来做的,后来拓展到三元材料体系。

目前技术难点,主要是材料膨胀,尤其是NCM811电池,膨胀系数高,热失控、隔离冲击等防护成本较高。

宁德时代的CTP技术,能综合评估成本和风险,可以在相对不做NCM811电池基础上,达到想要的能量密度,得到政策补贴的优惠。

理论上刀片电池做任何材料体系都行,只不过目前主要是磷酸铁锂。

一方面在成本上更能接受,另一方面可充分借助比亚迪在大巴公交车的经验积累。对三元材料而言,还需要时间验证电芯的膨胀和性能衰减有什么影响。

8、CTP技术和刀片电池,哪种最适应发展趋势?

CTP技术是把整车厂跟电芯厂的交界区域往极限降成本,性能参数上主要是能量密度,其他并没太大改变。其效果有点像现在智能手机电池跟手机绑死状态,但售后维修性会下降。

虽然像威马、合众、北汽等一些宁德时代合作伙伴宣布要用,但并不是国内每家都采用,还处于评估状态。

目前来看,今年下半年底,可能会有一部分CTP技术方案的车型出现。但要等2022年没有补贴之后,才能真正评估CTP技术。

刀片电池属于制造工艺改进,可看作是CTP技术的前段。如果刀片电池的稳定性,一致性,寿命达到一定层次,再加上CTP技术,进行电芯—模组—电池包的垂直整合,经济效益将非常可观。

参考文献:

[1]比亚迪深度报告:刀片电池推出,预期有望提升[OL] CITICS汽车研究 2020-1-13

[2]权威专家解读CTP及刀片电池技术[OL]安信电新 2020-2-9

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