宁德时代CTP与比亚迪“刀片”电池技术对比分析

在政策与成本竞争的双重推动下,新能源技术正朝着低成本、模块化和标准化的方向发展。这一过程中,“技术成本”的下降成为关键,它不仅包括贵金属材料成本的降低,还涵盖了研发和制造成本的减少。这些成本的降低,无疑将极大地缓解整车规划的压力,为品质提升腾出更多空间,同时保持价格优势,进而提升整体性价比。实际上,特斯拉Model3所采用的21700集成化大模组已经证明了这一趋势的积极效果。相较于之前的Model3,其电池成本降低了高达35%,这一显著成就使得Model3在全球市场脱颖而出,成为重磅车型。

而国内新能源技术的佼佼者,宁德时代与比亚迪,也紧随这一趋势,各自推出了电池集成化技术。宁德时代选择了CTP(CellToPack)技术路线,以高镍三元锂架构为基础,通过减少模组数量,直接由大容量电芯组成标准化电池包,再灵活堆叠以适应不同车款的储能需求。而比亚迪则推出了其特色的“刀片”电池,基于磷酸铁锂技术,电池单体同样朝大容量发展,但电芯设计更为扁平、窄长(长边可定制,单体最大稳定长度可达2100mm),因而得名“刀片”。多个“刀片”电池通过捆扎形成电池包模块,再由少数大模组组合成电池模块。
这两种技术路线在简化模组结构、提高封装效率方面有着共同的目标,它们都显著减少了单体连接线束及其相关工艺成本,并大幅提升了成组效率(即能量密度)。然而,从实际应用的角度来看,这两种技术仍存在一些差异。

1. 结构耐久性角度考量

电池模块,作为车底布置的大质量单体部件,其结构强度必须能够适应复杂的用车环境。侧向碰撞的抵御能力是首要考虑的因素,而这一点通常通过优化电池包外壳的结构和选用高性能材料来实现。然而,对于长期使用的私家车来说,普遍采用的非承载式车身没有大梁,因此电池结构还需具备承受车身反复形变所产生的长期应力变化的能力。
通过深入的结构分析,我们发现宁德时代的CTP技术,尽管在体积封装效率上做出了优化,却也面临一些挑战。由于大模组之间的连接在长期使用过程中可能受到对角线反复切应力的影响,这给高压线束和冷却系统的连接带来了不小的难度。因此,该技术的长期使用可靠性尚需进一步验证。相较之下,比亚迪的“刀片”电池技术则显得更为稳健。其电池包封装设计考虑到了车型的特定需求,巧妙地预留了形变空间,从而有效避免了超薄大电芯的直接受力。从结构耐久性的角度来看,比亚迪刀片电池封装技术更有可能打造出可靠的产品。
然而,这种保险结构也引发了一些其他问题。根据目前公布的数据,比亚迪选择了体积功率密度作为其衡量指标,却并未发布广受采用的重量功率密度数据。由此推测,其结构重量与铁电池本身的比能效果并不理想,因此在工信部标准测量平台上,其重量功率密度并未取得显著进展。据以往信息预测,刀片电池成包后的重量功率密度可能仅能达到约180Wh/kg,这一水平与当前主流技术相当。

2从结构匹配性角度分析

宁德时代,作为单一的电池及相关技术供应商,在产品配型方面需面临诸多挑战。尽管其CTP大模组技术已备受瞩目,但目前专利细节揭示,该模组的高度固定且不够轻薄,同时需配备专用外壳以适应不同车型的安装需求。这种结构特性要求整车制造商在产品规划时作出相应调整,然而,由于缺乏大规模销量的支撑,厂家针对单一电池供应商的配型设计调整面临巨大风险。这或许能解释为何尽管呼声甚高,但实际投产计划却相对较少(目前仅知北汽已确定装车投产)。

对于生产新能源汽车的比亚迪而言,“刀片”电池的设计在初期就已充分考虑到其产品的多样化规格需求。通过精巧设计窄边,使得电池在垂直高度上能更灵活地适应不同底盘高度的车型。展望未来,这一设计有望催生出更多多功能车型,如超薄底盘车辆,从而为用户带来更多使用空间,并进一步彰显新能源车的使用优势。此外,这种超薄电池的叠压技术,似乎预示着它可能专为商用或高底盘大型SUV车型设计,以实现更高的能量存储。

3. 从单体构型特点来看

宁德时代的CTP电池显著特点是单体电芯的大容量化。其单体容量已从初期的50Ah提升至现在的200Ah以上,这显著减少了壳体的占比。在充放电倍率保持不变的情况下,通过简单的串联结构,该电池能够输出或接受更大的电流,从而提升了动力性能和充电便利性。

此外,宁德时代公开资料显示,其CTP电池组仍采用方壳封装。鉴于当前高镍电池的稳定性问题,这种封装方式被认为是一种较为理想的选择。

而比亚迪的“刀片”电池在单体设计上则给我留下了深刻印象。其超长的单体长度虽然带来了独特的挑战,但设计团队巧妙地应对了这些问题。通过精心的结构设计,该电池在受到侧向力时能够展现出出色的形变抵抗能力。同时,内部压力导致外壳膨胀的问题也得到了有效解决,从而确保了电池在成组时的稳定性和安全性。

然而,另一项技术挑战可能源自电芯内部的卷绕方式。推测其内部结构可能采用多个电极与多个独立卷绕单元的组合,这实质上类似于一个大电池由多个小电池组成,但这些小电池共享一个封装。这种设计对每个小电池的均匀性提出了严峻挑战,因为电池性能遵循木桶原理,即整体性能由最差的那个单元决定。

总体来看,宁德时代的CTP电池与比亚迪的“刀片”电池各有千秋。宁德CTP电池在功率密度和成组效率方面表现出色,更有利于整车厂的成本控制和长续航能力产品的推出。而比亚迪的“刀片”电池在结构灵活性和耐久性方面展现了显著价值,显著提升了铁电池的性能,使其从商用或低端产品领域重回主流地位,这无疑是一种可观的进步。

此外,两者技术架构的差异也揭示了一个事实:尽管两家企业都是新能源汽车技术的引领者,但比亚迪作为整车厂的技术积累具有独特优势。这种优势可能并非仅体现在单一指标的提升上,更在于对用户环境的深刻理解和合理化应对。这种理解与应对策略无疑是比亚迪长期价值的坚实基础。

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