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宁德时代CTP30:用一块水冷板撬动电池技术革新 界面新闻

  宁德时代CTP30:用一块水冷板撬动电池技术革新 界面新闻麒麟电池的发布还带动当天水冷板概念行情大幅上涨。截至23日收盘,松芝股份(002454.SZ)涨停,银轮股份(002126.SZ)、三花智控(002050.SZ)涨超7%。

  上一个如此备受瞩目的电池结构创新项目,还是特斯拉推出的4680大圆柱电池。当大家还在讨论“4680电池何时量产”、“谁将成为4680电池供应商”时,宁德时代则另辟蹊径,找到一条自主研发的电池结构创新路线。

  今年3月,宁德时代首席科学家吴凯在中国电动汽车百人会论坛上首次披露,公司将推出第三代CTP技术,内部代号为麒麟电池。在相同化学体系、同等电池包尺寸下,麒麟电池的电量将比4680电池系统提升13%。

  经过多次预热,麒麟电池终于在第二季度末揭开面纱。宁德时代介绍,CTP3.0技术同时适配磷酸铁锂电池和三元电池,可将磷酸铁锂电池系统能量密度提升至160 Wh/kg,三元电池系统能量密度提升至255 Wh/kg,实现整车1000公里续航。

  宁德时代业内首创的CTP高效成组技术是将电芯直接集成为电池包,省去了传统电池集成方案中模组组装环节,通过提升电池包体积利用率、能量密度的方式,来增加续航里程,同时减轻电池包重量及成本压力。

  中金公司6月24日研报分析,相比前两代CTP技术,麒麟电池完全取消了模组形态设计,并通过冷却结构上的优化,使得麒麟电池安全性、电池寿命、快充性能以及比能量密度进一步提升。

  其中,冷却结构优化的关键在于电池水冷板位置的改变。水冷板作为整体作用在一个或多个电池模组上,目前主流布局设置在电池包底部。

  在本月举行的动力电池行业高端对话上,吴凯曾透露,相比于将水冷板置于电池包底部的传统方壳电池,麒麟电池将水冷板放置在电池包中间,可以节省电池包用于水冷、隔热和缓冲的空间,为麒麟电池增加更多储存电量的可能。

  申万宏源研究报告也显示,想要提升续航能力,要么提高单个电芯的能量密度,要么在有限的底盘空间内尽可能装更多的电芯,提高体积利用率,以增加实际带电量。

  宁德时代披露,麒麟电池的体积利用率达到72%,较第一代CTP高出17个百分点。在相同化学体系、同等电池包尺寸下,麒麟电池的电量将比4680电池系统提升13%。

  4680电池是特斯拉的第三代电芯产品,其单体能量密度约300 Wh/kg,电池组能量密度为217 Wh/kg。

  麒麟电池不仅在电量上将超越4680圆柱电池,在使用寿命上也具有明显优势。宁德时代介绍,麒麟电池开创性地取消电池包横纵梁、底部水冷板以及隔热垫的单独设计,集成为多功能弹性夹层。

  对于弹性夹层的作用,吴凯曾解释称,电池在使用过程中会发生膨胀,圆柱电池的通常做法是通过“圆柱”这一形态,以挤压的方式控制膨胀,这会影响电池的循环使用寿命。而麒麟电池的弹性夹层给了电池膨胀缓冲空间,在寿命上可以比4680长一倍。

  吴凯还提到,水冷板置于电芯中间,可以使相邻两块电芯的热传导降低,防止单块电芯热失控带来整块电池的连锁反应,从而提升电池安全性。同时,置于电池包中间的冷水板可以双面接触电芯,冷却面积增大4倍,水冷效果更加明显,能够缓解充电过程中温度过高的问题,“让4C充电不再是难事”。

  在2020年第三季度财报会议上,理想汽车()CEO李想曾表示,在400 kW快充技术成熟前,理想汽车不会推出纯电车型。要实现这一目标,4C充电倍率以上的电池必不可少。

  麒麟电池发布的当天,李想在微博平台转发了麒麟电池发布的消息,同时评论称“明年见”。宁德时代官微随后转发了李想的此条微博,评论称:“麒麟有理想”。

  同日,宁德时代向界面新闻确认,理想汽车旗下的新能源车已确定将搭载麒麟电池。

  次日,路特斯汽车、哪吒汽车相继表示,已与宁德时代确定合作关系,旗下电动汽车将搭载麒麟电池。

  对于麒麟电池的未来影响,中金公司从宏观角度预测,电池结构技术革新将进一步稳固头部电池厂商的龙头地位,同时,综合实力较强的二线厂商也有望实现份额提升。同时,电池无模组化设计对水冷板用量及性能要求的提高,会使具备技术开发能力和先进制造工艺技术的水冷板供应商受益。

  中金公司曾预测,上一轮电池技术周期主要由电池材料创新引领,以高镍三元为代表;当前,材料层级的创新迭代趋缓,结构层面创新加速,系统层面CTP技术将成为本轮电池技术周期主线之一。

  传统电池包分为电芯、模组、电池包三层架构,一般由电芯组装成为模组,再把模组安装到电池包里。然而,模组需要的线缆和结构件较多,组装工序复杂,电池包重量也会随着模组数量增多而相应增加,最终导致成组效率不高。

  2019年的法兰克福车展上,宁德时代首次发布公司的第一代CTP技术。同年9月宁德时代宣布,CTP电池包将搭载于北汽新能源EU5车型,这是该项技术发布后落地的首个乘用车项目。

  宁德时代披露,第一代CTP技术减少模组,将电芯直接安置在电池包内,让电池包体积利用率首次突破50%,零部件数量减少40%,生产效率提升50%,且大幅降低了动力电池的制造成本。

  宁德时代此后将CTP技术更新至2.0版本,进一步提高集成度。年报披露,基于磷酸铁锂的第二代CTP产品在2021年已实现大批量交付。

  高工锂电报道称,宁德时代2021年动力电池装机量69.33 GWh,同比增长132%,国内市场占有率达到49.53%。

  2021年以来,宁德时代CTP电池包相继成规模地导入特斯拉Model 3、Model Y、小鹏P7、蔚来ES6、ET7等车型,还将配套于荣威RES33及哪吒多款今年上市或未来上市的新车型。

  据高工锂电统计,去年国内销量前十的新能源汽车型中,选用CTP技术的Model Y、Model 3分列第2、第3位,两款车型带动的近20 GWh装机量中,宁德时代CTP电池在其中占比近七成。

  宁德时代CTP技术目前还有多个出海项目。去年10月,宁德时代与现代摩比斯签署战略协议,授权后者使用其CTP技术,在全球范围内供应CTP相关电池产品;今年5月,宁德时代授权泰国国家石油公司(PTT)的全资子公司ArunPlus使用CTP技术,双方将向泰国电动汽车品牌Horizon Plus供应电池产品。

  在发展CTP技术的同时,宁德时代也将布局CTC(Cell to Chassis)技术,该技术将电芯直接与汽车底盘集成,进一步省略了CTP技术中的电池包。

  两种电池技术目前各具不可取代性,例如CTP技术目前对于换电车企而言,具备更好的适配性。宁德时代推出的“巧克力换电块”,便采用了CTP电池技术,能量密度超160 Wh/kg,单块电池可提供约200公里续航。

  2021年,国务院发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,提出要大力推动充换电网络建设。目前,北汽新能源、蔚来、吉利等车企相继推出各自的换电技术。

  因此,当对消费者更友好的换电模式处于发展上升期时,CTP发展将会进一步被推动,其优势及领先性也会更加凸显,至少在短期内将占主导地位。

  研究机构申万宏源分析称,与CTP电池相比,将电池和汽车底盘两个部件集成为一体的CTC电池系统,在空间、续航、驾驶体验方面具备明显的优势,尤其是在高端车型方面。因此,未来CTP技术和CTC技术将会凭借各自优势,长期共存。

  同时,咨询机构德勤也分析得出,CTC技术将使新能源汽车在成本上可以直接和燃油车竞争,在续航方面则能最大程度降低电池包重量和空间。

  吴凯在会议活动上曾提到,目前在CTC技术方面,公司已成立合资子公司。去年9月,宁德时代公告称,计划合资设立苏州时代新安能源科技有限公司。这家合资公司专注于CTC一体化电动底盘等业务,宁德时代持股比例为54%。今年2月,宁德时代在上海开工建设一体化电动底盘研制项目。

  无论是CTP还是CTC,电池结构创新还只是宁德时代未来技术革新计划的一部分。

  宁德时代董事长曾毓群6月25日在重庆车展上透露,除全固态电池、半固态电池,包括大家没有听过的凝聚态电池,宁德时代都在搞。曾毓群表示,动力电池化学体系的创新、结构的创新、制造的创新,再加商业模式的创新,整合在一起,才能推动新能源汽车行业的发展。

  和4680大圆柱电池一样,麒麟电池也官宣将在2023年量产。宁德时代的灯塔工厂——宁德工厂将成为麒麟电池的诞生地。

  2018年开始,世界经济论坛与麦肯锡咨询公司在全球发起评选“灯塔工厂”项目,寻找制造业数字化转型的典范。

  中国宏观经济研究院战略政策室主任盛朝迅接受媒体采访时表示,“灯塔工厂”最大的特点是智能化、数字化、自动化等技术的集成与综合运用,其评价标准主要看是否大量采用自动化、工业互联网、云计算、大数据、5G等第四次工业革命新技术。

  去年9月27日,宁德时代宣布,其宁德工厂被世界经济论坛(WEF)评选为“全球灯塔工厂”,成为全球首个获此认可的电池工厂。世界经济论坛评价写道,这家工厂在三年内实现了在生产每组电池耗时1.7秒的速度下,仅有十亿分之一的缺陷率,同时将劳动生产率提高了75%,将每年的能源消耗降低了10%。

  首先宁德时代常年占据全球最大动力电池市场份额,连续五年蝉联全球动力电池排行榜首。今年一季度,宁德时代在动力电池领域的全球装车量达到33.3 GWh,同比增长137.7%,排名保持世界第一,市场占有率升至35%。

  其次宁德时代拥有充分的产能储备。宁德时代目前共布局了十大电池生产基地,其中九座位于国内,另有一座选址德国。截至2021年末,宁德时代锂电池产能为170 GWh,在建产能140 GWh。

  国盛证券研报指出,预计到2025年,宁德时代独资及合资产能有望从2020年的100 GWh提升至500 GWh。

  此外,宁德时代还有充足的资金助其顺利扩产。宁德时代6月22日披露,将以每股410元的价格,增发1.09亿股股份,筹资约450亿元。共计42家投资人参与认购,其中22家获得配售。

  宁德时代表示,此次定增所募集资金将用于137 GWh锂电池产能建设、技术研发等项目。

  充足的产能、资金,不断提升的市场份额,麒麟电池的诞生看起来早已万事俱备,但真正让这项技术落地成产品的“东风”,也许正是宁德时代发布麒麟电池时,提到的那句“从微观世界的模拟计算,到电池结构内部的化繁为简,宁德时代聚焦技术本源,自主创新,不断自我超越。”

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