能量密度是動力鋰電池最關鍵的核心指標之一，從很大程度上來講，整車在同等質量下動力鋰電池的系統(tǒng)能量密度越高，電動汽車的續(xù)航里程則越長。近年來，隨著鋰離子電池技術研發(fā)的不斷深入，動力鋰電池系統(tǒng)的能量密度在逐年提升。特別是龍頭公司，在電池系統(tǒng)能量密度提升方面爭奇斗艷，“八仙過海，各顯神通”。

能量密度提升空間巨大

“動力鋰電池在能量密度上有非常大的發(fā)展空間，潛力無限，值得大家發(fā)揮優(yōu)勢，共同去研究，為未來出行供應更強動力?！狈涑材茉纯萍加邢薰究偨?jīng)理楊紅新表示，能量密度足夠高時電池體積可以大幅縮小，甚至能縮小到只占電動汽車底盤中間通道位置，而且?guī)缀跖鲎膊坏剑踩禂?shù)也有提高。

從數(shù)據(jù)來看，工信部公布的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》（2020年第5批），純電動乘用車車型的動力鋰電池系統(tǒng)量密度大幅提升，電池系統(tǒng)能量密度在160Wh/kg及以上的車型已占據(jù)半壁江山。其中，SKI為北汽高端品牌極狐配套的ARCFOXα-T，其系統(tǒng)能量密度已經(jīng)高達194.12Wh/kg。

實際上，2019年動力鋰電池系統(tǒng)能量密度呈現(xiàn)明顯上升趨勢，市場上已批量應用的三元電池和磷酸鐵鋰離子電池系統(tǒng)能量密度最高分別可達182.44Wh/kg和144.9Wh/kg，較2018年同比上升10.3%和2.3%。在國家財政補貼政策和市場的雙重用途下，2019年140Wh/kg及以上車型已成為市場絕對主體，140(含)-160Wh/kg和160Wh/kg以上車型產(chǎn)量占純電動乘用車總產(chǎn)量的比例分別為63.1%和29.1%。

動力鋰電池包系統(tǒng)層級創(chuàng)新優(yōu)化

當然，提高動力鋰電池能量密度方式有很多種，材料優(yōu)化是重要途徑。例如近年來在乘用車領域，傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰市場份額逐漸被三元所蠶食；而在三元領域，越來越多的動力鋰電池廠商從NCM111和NCM532向更高鎳的NCM811和NCA材料進發(fā)。除了通過改善電池材料性能，以提升電池的單體能量密度以外，電池包系統(tǒng)層級的創(chuàng)新優(yōu)化也是一種提高能量密度的有效方法。

今年五月，江淮全新電動轎車江淮iC5正式上市，采用了NCA（鎳鈷鋁）21700圓柱電池單體，相比于廣汽AionS和幾何A搭載的NCM811電池，NCA電池的能量密度更高。而最大的亮點，江淮iC5的電池組采用了“蜂窩”結構的仿生設計，采用全新的UE（UnitizedEncapsulation）外延包覆模組技術進行單元化封裝?！胺涓C”結構的電芯尺寸小，模組結構靈活，可以充分利用電池包不規(guī)則空間，獲得最大電池包能量，實現(xiàn)了530km的超長續(xù)航。

眾所周知，目前市面上常見的電池包（pack）很多基于小模組+電池包內各種固定件、支撐件得來，過多的結構組件占據(jù)了相當多的體積和質量，所以整體集成效率大大降低。而簡化電池包上的裝配支撐結構，使得整個電池包結構明顯簡化，甚至形成近似于電芯-電池包的兩級集成方法，也成為不少公司傾向選擇的技術方向。

在電池包的集成簡化方面，寧德時代的CTP和比亞迪的“刀片電池”最受矚目。2019年九月，在德國法蘭克福國際車展上，寧德時代推出了全新的CTP方法（CellToPack），改變了原有的“電芯-模組-電池包”結構，電芯直接集成到電池包里。同月，寧德時代和北汽新能源舉辦了全球首款CTP公布儀式，北汽EU5將成為首款搭載該電池的車型。

寧德時代CTP技術路線，其核心是減少了模組數(shù)量，直接由多個大容量電芯組成標準化電池包，再靈活堆疊組成更大的電池模塊，適應不同款車型的配套要。根據(jù)寧德時代公布的資料，相比于傳統(tǒng)電池包，CTP可以使空間利用率提升15%-20%，零件數(shù)量減少40%，能量密度提升10%-15%。

與寧德時代CTP“針鋒相對”的，比亞迪推出了“刀片電池”，該方法更加適用于磷酸鐵鋰離子電池。“刀片電池”單體向大容量進化，電芯形狀更加扁平、窄小，單體最大穩(wěn)定長度可以達到2100mm。多個“刀片”捆扎形成電池包模塊，通過少數(shù)幾個大模組組合成電池模塊。相較傳統(tǒng)電池包，“刀片電池”的體積能量密度提升了50%以上。

“刀片電池”通過設計電池的長度和寬度，可在一定體積下使電芯合理的扁長化，一方面利于在動力鋰電池包內的整體排布，從而提高動力鋰電池包的空間利用率、擴大動力鋰電池包的能量密度；另一方面能夠保證電芯具有足夠大的散熱面積，能夠及時將內部的熱量傳導至外部，防止熱量在內聚集，從而匹配較高的能量密度。

實際上，不管是比亞迪的“刀片電池”，還是寧德時代的CTP技術，本質都是通過“無模組”來提升能量密度。兩種技術狀態(tài)在減少模組結構、提升封裝效率上可以說是殊途同歸，大幅減少單體連接線束以及相關的流程工藝成本，大幅度提高成組效率及系統(tǒng)能量密度。

而作為國內動力鋰電池“老三”，國軒高科也在電池包優(yōu)化方面暗暗發(fā)力。今年三月，國軒高科工程研究總院院長蔡毅透露，國軒高科正尋求在模組層級提高LFP（磷酸鐵鋰）電池的能量密度，并擴大其適用范圍。國軒高科在模組層級提高LFP電池的能量密度，勢必也將帶動電池包能量密度的提升，有望使得其系統(tǒng)能量密度從目前的160Wh/kg再上新臺階。

“把電芯直接集成到電池包，省去電池模組，在技術角度并不難，確實能夠起到優(yōu)化空間利用率，并提升能量密度的效果，去掉模組是當前動力鋰電池能量密度提升的有效路徑之一?！蹦硺I(yè)內人士談到。

據(jù)了解，在大幅提升系統(tǒng)質量能量密度以及體積能量密度的同時，去模組、少模組也使電池包復雜度大幅下降，由此也帶來了更高的產(chǎn)品穩(wěn)定性和更低的故障率。

電池包的成組考驗的是電池研發(fā)人員對單體電芯和模組排兵布陣的能力，要以安全性為前提，最大程度地利用每一寸空間。隨著動力鋰電池龍頭們紛紛從系統(tǒng)層級尋求能量密度的突破，電池包大模組、無模組時代或將到來。