软包电池的基础知识和市场趋势

工程师曾玲 发表于 2018-09-23 12:18:00 收藏 已收藏
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软包电池的基础知识和市场趋势

工程师曾玲 发表于 2018-09-23 12:18:00

导读

7月电池装机量前十企业中,软包电池企业占据了4位。在市场集中度不断上涨的当下,软包电池和软包电池企业,或将能够成为破局、改变现状的契机。

7月份是新补贴政策实施后首批上路的新能源汽车的装机量。据行业机构统计,7月电池装机量前十企业中,软包企业竟然占据了4位。孚能、捷威动力、卡耐、北京国能都赫然在列,这四家都是动力软包电池企业,且都迎来了装机量上涨。市场集中度不断上涨的当下,软包电池和软包电池企业,或将能够成为破局,改变现状的契机。

软包基础知识

目前主流的商业化锂离子电池按封装形式不同主要分为三类:软包、方形和圆柱。软包锂电池内部组成(正极、负极、隔膜、电解液)与方形、圆柱锂电池的区别不大,最大的不同之处在于软包电池采用铝塑复合膜作为外壳,方形和圆柱电池采用金属材料作为外壳。

软包电池的基础知识和市场趋势

圆柱、方形、软包电池的外观及内部结构示意图

软包电池与方形、圆柱电池的外壳材料不同,决定了其封装方式也不同。软包电芯采用的是热封装,而金属外壳电池一般采用焊接(激光焊)进行密封。

软包电池采用热封装的原因是其使用了铝塑包装膜材料,通常分为三层,即外阻层(一般为尼龙BOPA 或PET 构成的外层保护层)、阻透层(中间层铝箔)和内层(多功能高阻隔层)。

软包电池的基础知识和市场趋势

铝塑复合膜外观及内部结构示意图

软包锂离子电芯主要包括:铝塑膜成型、顶封与侧封、注液与预封、化成与整形、排气与二封、裁边与折边。

软包电池的基础知识和市场趋势

软包电池主要工序示意图

软包电池由于其特定的包装材料和结构,具有下面一系列优势:

1)安全性好:软包电池在结构上采用铝塑膜包装,在发生安全隐患的情况下软包电池一般先鼓气,或者从封口处裂开释放能量,而金属壳电芯则较容易产生较大的内压而发生爆炸。

2)比能量高:软包电池重量较同等容量的钢壳电池轻40%,较铝壳电池轻20%,因此具有较高的质量比能量;软包电池较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10~15%,较铝壳电池高5~10%,体积比能量也比较高。

3)电化学性能良好、寿命长:软包电池的内阻较小,可以极大的降低电池的自耗电;此外软包电池的循环寿命更长。

4)设计灵活:软包电池的尺寸以及形状可根据客户的需求定制,开发新的电芯型号。软包电池的不足之处:一致性较差,成本较高,容易发生漏液和胀气,且在成组过程中需要额外的壳体,PACK 工艺复杂程度高。

市场趋势:渗透率有望加速

随着新能源汽车新补贴政策的出台,电池的系统能量密度成为一项重要考核指标。三元软包电池容量较同等尺寸规格的钢壳锂电高10~15%、较铝壳电池高5~10%,而重量却比同等容量规格的钢壳电池和铝壳电池更轻,因此,补贴新政对三元软包电池更有利。鉴于软包电池的优势,业内专家预计,随着电池路线的发展,软包电池在新能源汽车市场的渗透率将不断提升。

近日,浙江遨优动力系统有限公司(以下简称“遨优动力”)260Wh/kg三元软包锂电池顺利通过国家强检认证。

此次遨优动力通过国家强检的260Wh/kg锂电池正极材料采用三元材料,负极材料为石墨,电解液为LiPF6,单体蓄电池额定容量达82Ah,额定电压3.65V,蓄电池模块额定电压为18.25V。应用车型为纯电动乘用车和纯电动商用车。

由遨优动力生产并提供配套的全球首款富锂锰基软包电池。据悉,此款软包电池单体能量密度达260Wh/kg,已经通过国家强检认证。遨优动力销售总监毛小方向电池中国网表示,遨优动力十分看好富锂锰基软包电池在新能源汽车市场的应用前景。

据遨优动力总经理陈光森介绍,富锂锰主要为锰酸锂和三元的共用体,它可以做到钴、镍含量仅为三元锂离子电池的1/3左右,甚至可以做到不含钴,成本与锰酸锂接近。同时,富锂锰克容量可达300 mAh/g,远高于三元和锰酸锂。此外,富锂锰在安全性方面也优于三元锂离子电池。

15家锂电巨头争先恐后布局

国外的雪佛兰 Volt、Bolt,日产 Leaf,福特(Focus、Fusion)等高端车型纷纷采取软包电池技术路线。国际动力电池供应商四大巨头中的 AESC、LG 化学也都主打软包电池。国内采用软包电池的车企车型代表有北汽新能源EV200、奇瑞eQ、东风日产晨风等,2017年销量前六名的车企有四家在部分或全部车型中使用软包电池。

面对巨大的市场需求,国内动力电池企业纷纷布局软包电池。根据电池中国网对国内50家主流动力电池企业的统计数据分析,布局软包电池的企业数量达到29家,远高于方形和圆柱电池。目前,孚能科技、天能电池、捷威动力、万向A123、力神电池、超威创元、微宏动力、桑顿新能源、天劲股份、妙盛动力等在软包动力电池领域具有领先优势。在2017年新能源乘用车动力电池装机量排名中,孚能科技、天能电池、捷威动力等三元软包动力电池供应商名列前10。

1、遨优动力专注富锂锰动力电池,且通过国家强检

目前,遨优动力量产三元软包电芯的能量密度为260Wh/kg,系统能量密度达到160.9Wh/kg,产品应用于纯电动乘用车和纯电动商用车,主要合作客户是东风。而磷酸铁锂的系统能量密度达到140Wh/kg。

2、捷威动力将产品目标瞄准纯电动乘用车市场

目前,捷威动力量产的三元软包电池单体比能量已达245Wh/kg,260Wh/kg单体电池也完成B样开发,公司预计2020年软包电池单体比能量可达300Wh/Kg。

3、万向123预计2019年底量产高镍811

目前,万向123主要生产软包电池分为三元和磷酸铁锂,共计产能为4GWh。其中量产的三元软包电芯能量密度为260wh/kg,磷酸铁锂电芯则达到了160wh/kg。而58Ah高镍811电芯已基本完成技术储备,能量密度为280Wh/kg,预计在2019年的第四季度量产。

4、亿纬锂能软包技术突破进展如火如荼

量产的软包三元电芯能量密度达到240 Wh /kg以上,系统能量密度达到160 Wh /kg。电池包平均能量密度可达到150Wh/Kg;放电倍率最多可达到4C,电池容量仍接近100%;单体电芯循环寿命最高可达2500次以上。

5、远东福斯特(苏州)重点关注软包电池路线

远东福斯特(江苏)决定将年产12GWh锂电项目重点布局软包路线,在电芯研发方面,能量密度达到220WH/kg,电池系统能量密度达到140Wh/kg。

6、桑顿新能源启动三期项目,量产高能量密度电池

桑顿新能源的三期锂电池工厂于7月2日投产,共建十条全自动化生产线,规划年产能为5GWh,同时总产能达到9GWh规模。该项目量产260wh/kg三元软包电芯,电池系统能量密度达到170Wh/kg。

7、天劲股份致力于软包研发,扩产进行中

已量产的三元软包电芯能量密度超250Wh/kg,系统能量密度已达到150-160Wh/kg。目前,天劲动力已拥有1GWh以上产能,去年在建佛山顺德项目产能为6GWh,该项目产能提升和产线自动化升级后,预计今年年底年产能将达到8GWh。

8、国能电池计划续驶里程400公里以上的三元电池方案

目前,国能电池量产的三元软包电芯能量密度为230wh/kg,系统能量密度达到150wh/kg。据悉,国能电池不仅在技术上突破三元软包电芯达260Wh/kg,还将计划在8月份进行投产。

9、微宏动力将逐步试水出租车等乘用车市场

微宏动力已量产的三代快充电池中,MpCO锰酸锂电池其电芯能量密度已达到220Wh/kg,仍具备15-20分钟充满电的能力,并具备长循环寿命。目前,微宏动力总产能达到4GWh,2017年已启动的三期项目预计新增产能11GWh。

10、孚能科技每一代技术都提前多年布局

今年孚能科技主推量产的三元软包电池单体能量密度为240Wh/Kg,系统能量密度可达140wh/kg,而单体能量密度270Wh/kg的软包电池已经测试中。

11、中信国安(盟固利)10GWh总产能全为软包电池

盟固利产品以软包电池为主,已量产的622型三元软包电池,其单体能量密度为250wh/kg,系统能量密度达到140wh/kg。预计8月份天津新产线建成投产之后,公司的总产能将达到2Gwh。同时,盟固利天津基地二期工程正在有序推进,计划全部生产软包电池,到2020年总产能将达到10GWh。

12、妙盛动力规划的锂电池年产能将达到13GWh

妙盛动力是致力于软包的研发和生产,现阶段产品已软包电池为主。其中量产的三元软包电芯能量密度达到250Wh/kg,系统能量密度161Wh/kg。

13、卡耐新能源快速扩张软包电池总产能

已量产的三元软包电芯能量密度为220WH/KG,今年计划量产产品能量密度达到250Wh/kg。预计今年年底产能释放后,总产能为6GWh。

14、国轩高科计划年底投产三元软包

已开发出三元811软包电芯能量密度到达302Wh/kg,计划下半年开始建设小型产线。目前,该产线建设进展顺利,国轩高科计划2019年小批量配套供应。

15、宁德时代的软包电池或将是海外业务主力产品

目前,宁德时代正加强在软包电池方面的研发力度,预计2019年将达到270Wh/KG。

三元动力软包能量密度相比去年明显提升

去年三元软包电池企业批量供货电芯单体比能量在180-210wh/kg,系统能量密度130-150wh/kg;今年批量供货的三元软包电芯单体比能量最低210wh/kg左右,个别企业单体比能量260wh/kg的电芯产品已经达到量产水平,系统能量密度轻松过140wh/kg,甚至达到160-180wh/kg。

软包电池的阿喀琉斯之踵

不过话说回来,任何事物都具有两面性,软包动力电池也并非完美无缺,在其生产和使用过程中也面临着诸多问题,甚至制约着软包动力电池的市场化大规模应用。据业内人士介绍,软包电池的弊端主要有以下三点:

第一是标准化和成本的问题,由于软包电池具有非常多的型号,因此在中后段的自动化程度不如圆柱电池生产线上的自动化,这使得软包电池无法实现大规模生产,导致生产效率低下、成本高。

第二是高端铝塑膜严重依赖进口,目前国内的软包动力电池所使用的高端铝塑膜依旧依赖进口,造成了软包电池成本高昂,铝塑膜国产化成为了软包电池能否在电动汽车领域大规模应用的关键因素之一。

软包电池的基础知识和市场趋势

进口铝塑膜导致软包电池成本难降

第三是一致性的难题,就目前而言,软包电池的安全性相比硬壳和圆柱形电池相对而言更稳定,但是一致性问题仍然突出,这是由于软包动力电池在生产过程中自动化的程度比较低,造成电池的一致性较差,在动力电池充放电过程中安全性降低、易产生胀气等问题。

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