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特斯拉如何实现电池降本与能量密度提升？

2017-08-15

中国电源产业网

导语：当前，新能源汽车市场即将规模化启动，但是动力电池价格下降及销售放量尚与整车企业规划步调节拍不一致。电池价格下降主要在于降低商业成本，与材料成本、良品率、产能利用率、规模效应、模块化设计等紧密关联，而电池销量放量很大程度上取决于降本和提高能量密度。

当前，新能源汽车市场即将规模化启动，但是动力电池价格下降及销售放量尚与整车企业规划步调节拍不一致。电池价格下降主要在于降低商业成本，与材料成本、良品率、产能利用率、规模效应、模块化设计等紧密关联，而电池销量放量很大程度上取决于降本和提高能量密度。

一、如何来降本和提高能量密度？

首先，从技术路线角度来看，积极推进全固态动力电池的研发是不错的选择；另一方面，三元锂电池路线仍是未来几年主流乘用车商业化应用的优选，其优势在于极限比能量密度相对高，单体可达350wh/kg，磷酸铁锂、锰酸锂与钛酸锂技术路线均难以达到要求。

针对三元锂电池而言，可以通过物理方法和化学方法降成本和提升动力电池能量密度。物理方面，采用大容量电芯&提升PACK成组效率；化学方面，更新高端材料，应用高镍正极料与硅碳负极。

二、物理方法降本和提高能量密度可行？

➤优化电芯封装方式降本

动力电池在电芯环节，产品封装方式涵盖方形、圆柱、软包等，其成本也各异。其中，圆柱电芯成本最低，可以通过大容量单体切换来降成本；软包电芯成本最高，可通过规模化生产降低成本；而方形电芯可综合大容量与铝壳轻量化实现降本，降本空间最大。

目前，国内CATL、比亚迪走方形路线，索尼、力神、比克走圆柱路线，国轩高科同时走方形与圆柱路线，同时CATL也在积极拓展软包路线。

➤做大单体电芯，兼顾降本和提升能量密度

根据特斯拉的测算，若21700同18650相比较拥有同样的良品率及产能，其能够兼顾降本和提升动力电池能量密度。目前，Model3采用全新21700电池，相比18650电池在外观上变长变粗，单体电池容量提升约35%。能量密度提高20%；电池系统成本降低约9%，售价降低约8%。

➤动力电池轻量化提升能量密度

由于三星电池由方形封装调整为21700圆柱形方式后，较之前的动力电池系统减少10%左右的组件和重量，从而进一步降低电池PACK重量，一定程度上提升了整车动力电池的能量密度。

➤提升电池PACK成组效率

PACK是衔接整车、电池系统、BMS的纽带，因此PACK环节的成组效率是提升系统比能量的关键。目前国内电池单体水平基本能够达到150Wh/kg，按65%和85%的成组效率测算，系统能量密度达97.5Wh/kg与127.5Wh/kg，国内的平均水平持平或略高于100Wh/kg，要实现2020年动力电池目标，必须提升PACK环节成组效率，提升BMS系统管理技术。

目前主流企业主要采用轻量化方式和电池包与底盘一体化方式来提升成组效率。前者通过减少组件数量、重量来提升集成效率。以特斯拉为例，其新款Models3上采用21700后，电池节数必将大幅减少。

在降低系统管理难度的同时将同比例的减少电池包采用的金属结构件及导电连接件等配件数量，特斯拉的Pack成本占总系统成本约24%，预计电池包成本降幅较为可观。

底盘一体化方式，即将部分电池包的承重转移到底盘上，从而实现轻量化，并能够实现电池组较大幅度降本。国际一线的特斯拉与大众已经跳过PACK“T字、工字型、土字型和田字”架构，积极推进电动底盘一体化。

以大众为例，其针对电动车专属研发了MEB平台，构架是由底部的电池组而展开，这将是大众电池组未来实现成本大幅下降的关键；同时还能够通过MEB平台打造更长的轴距和更短的前后悬，营造出更大的内部空间，适用于电动车各级车型的全新模块化开发。

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