刀片電池及CTP方式驅動磷酸鐵

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1.磷酸鐵鋰離子電池具備成本和安全優勢1.1LFP在眾多的正極材料中憑藉其低廉的價格、較強的安全性，鋰離子電池中正極材料佔到了整個電池成本的40%以上，而在目前的技術條件下，決定整體電池能量密度的關鍵還是正極材料，所以正極材料是鋰離子電池發展的核心。 目前成熟應用的材料有鈷有機鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰等。

鋰。 （1）鈷酸鋰：有層狀結構和尖晶石結構，一般為層狀結構，理論容量為270mAh/g，鋰層狀結構對於手機、模型、車模、電子煙、智慧穿戴數位產品有重要的應用。 1990年代，索尼首次以鈷酸鋰生產了第一顆商用鋰離子電池。

我國鈷酸鋰產品基本上被日本萊斯化學、青美化學、比利時五千等國外廠商壟斷。 在2003年推廣時，國內第一個鈷酸鋰推廣計畫於2005年啟動，2009年實現出口韓國、日本。 2010年成為國內第一家以主要業務登陸資本市場的公司。

2012年，北京大學率先、天津巴莫推出第一代4.35V高壓鈷酸鋰產品。 2017年，湖南山諾、廈門鎢業分別推出4個。

45V高壓儲能鋰電。 鈷酸鋰的能量密度和壓實密度基本上已經到極限，比容量也與理論容量差不多，但由於目前整體化學系統限制，特別是高壓系統中的電解質。 其容易分解，因此透過提升充電截止電壓的方法來進一步限制其提升，而一旦電解質技術被突破，能量密度還有提升空間。

（2）鎳酸鋰：一般具有綠色環保、成本低（成本僅鈷酸鋰的2/3）、安全性佳（安全工作溫度可達170℃）、壽命長（延長45%）的優點。 2006年，深圳天驕、寧波金和率先推出333、442、523體系三方素材。 2007年至2008年，鈷金屬價格大幅上漲，帶動了鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰材料的普及，促進了我國鋰電市場的應用，並服務第一產業。

突破期。 2007年，貴州振華推出了單晶523型系統鎳酸鋰材料。 2012年廈門鎢業出口日本市場。

2015年，政府補助政策引導鋰鎳水材料迎來第二次爆發期。 目前，單核細胞增生鈷錳酸鋰是提高產品能量密度的重要手段，雖然提高了產品的能量密度，但這對電解液的相關配套材料以及鋰離子電池生產廠家的能力提出了更高的要求。 （3）錳酸鋰：有尖晶石結構和層狀結構，一般常用尖晶石結構。

理論容量為148mAh/g，實際容量在100~120mAh/g之間，具有容量好，結構穩定，低溫性能優良等特性。 但其晶體結構容易扭曲，造成容量衰減，循環壽命短。 重要的應用是對安全性要求高、成本要求高，但對能量密度和循環有要求的市場。

如小型通訊設備、行動電源、電動工具和電動自行車、特殊場景（如煤礦）。 2003年，國產錳酸鹽開始工業化。 雲南匯龍和樂高國利首先搶佔了低端市場，濟寧無界、青島幹運等廠商逐漸補充，產能、流通性強，產品多元化發展滿足不同應用市場。

2008年，萊格利把錳酸鋰離子電池成功應用於電動乘用車。 目前錳酸電池的低階市場主要應用於通訊電池、筆記型電池、數位相機電池。 以汽車市場為代表的高端市場，對電池的性能要求相較於三元材料技術的不斷發展，其在車用市場的份額不斷減少。

（4）磷酸鐵鋰：一般具有穩定的橄欖石骨架結構，放電容量可以達到理論放電容量的95%以上，安全性能優良，過充性很好，循環壽命長，價格低廉。 但其能量密度限制難以解決，電動車用戶不斷提高電池壽命。 1997年，橄欖石型磷酸鐵鋰作為正極材料首次被通報。

北美的A123、Phostech、Valence等雖然較早實現量產，但因為國際新能源汽車市場表現不如預期，不幸被收購破產，或停產。 台灣力凱電氣、大同銷售等 2001年，我國啟動磷酸鋰鐵材料開發。

目前，我國磷酸鹽正極材料研究與產業發展居於世界前列。 1.2磷酸鐵鋰離子電池工作機制橄欖石型結構材料，六方緻密堆積排列，在磷酸鐵鋰正極材料的晶格中，P佔據八面體的位置，八面體的空隙位置被Li+和FE+填充，晶格八面體和四面體構成一個整體的空間架構，各點緊密接觸形成鋸齒狀結構。

磷酸離子電池正極由橄欖石結構的LiFePO4組成，負極由石墨組成，中間是聚烯烴PP/PE/PP隔膜，用於隔離正負極，阻止電子，允許鋰離子通過。 在充放電過程中，磷酸鐵鋰離子電池的離子為正極，電子流失的順序為：充電：LIFEPO4-XE-XLI+→XFEPO4+（1-x）LifePO4放電：FePO4+XLI+XE→XLifePO4+（1-x）FePO4充電時，鋰離子從正電到正電離極電荷嵌入正極。 這種微結構使得磷酸鐵鋰離子電池具有良好的電壓平台和更長的壽命：在電池充放電過程中，其正極處於斜坡狀的LiFePO4和六方晶FEPO4之間。

過渡，由於FEPO4與LifePO4在200℃以下以固熔體形式共存，在充放電過程中沒有出現明顯的兩相轉折點，因此，鋰鐵離子電池的充放電電壓平台長；此外，在充電過程完成後，正極FEPO4的體積僅減少6.81%，而碳負極在充電過程中體積略有膨脹，利用體積變化，支撐內部結構，因此，鋰鐵離子電池在充放電過程中表現出良好的穩定性。 循環穩定性好，循環壽命較長。

磷酸鐵鋰正極材料的理論容量為每克170mA。 實際容量為每克140mA。 振動密度為0。

每立方公分9～1.5個，電壓為3.4V。

磷酸鐵鋰正極材料體現出良好的熱穩定性、安全可靠性、低碳環保，是大電池模組的首選正極材料。 但是磷酸鐵鋰正極材料的堆積密度較低，且體積能量密度不高，應用範圍受限。 針對磷酸鋰鐵正極材料的應用局限性，相關人員可以透過在鋰離子電池中摻雜高價金屬陽離子的方法來提高該類材料的導電性。

經過一段時間的發展，磷酸鋰鐵逐漸被開發出來，並廣泛應用於電動車領域、電動自行車領域、行動電源設備、儲能電源領域等多個領域。 磷酸鐵鋰正極材料在電動車領域有著廣泛的應用，特別是純電動乘用車、純電動客車、純電動乘用車等領域具有獨特的優勢，特別是循環壽命低的資源佔用少，資源豐富，價格低廉。 但橄欖石晶體結構的磷酸鋰正極材料有電導率低、鋰離子擴散係數小等缺點。

導致能量密度低、耐溫性能差、誤差性能差等問題。 在應用領域會受到限制。 改進其缺點重要表面類改質、活相摻雜改質等。

近年來，我國動力鋰離子電池市場呈現爆發式上升，電池技術是其核心競爭力。 目前，動力鋰離子電池主要包括磷酸鋰鐵離子電池、錳酸鋰離子電池、三維離子電池等。 表2比較了各類鋰離子電池的性能，其中DOD是放電深度（Discharge）。

磷酸鋰離子電池撐起了我國鋰離子電池材料產業半座萬江山，其在各類電池中有著相當的優勢：磷酸鋰離子電池壽命相對較長，發熱量低，熱穩定性好，同時磷酸鋰離子電池還具有良好的環境安全性。 磷酸鋰離子電池以其價格較低、性能穩定等特性應用於電動乘用車，市佔率呈現上升態勢。 該材料具有安全性佳、循環壽命長、成本低等優點。

，是主要的正極材料。 透過奈米化學及表面碳包覆，實現了更大功率放電的性能，碳包覆樣品無損檢測良好，我國已實現全球最大規模生產。 2.寧德時代與比亞迪牽頭實施CTP方式，進一步降低成本比亞迪董事長王傳福在參與電動車研發時表示，比亞迪已經研發出新一代磷酸離子電池“刀片電池”，這款電池預計今年量產，“刀片電池”比傳統鐵電池能量密度提升50%，具有高安全性、長壽命的特點，“刀片電池”比傳統鐵電池能量密度提升50%，具有高安全性、長壽命的特點，比續航里程大約數百萬公里，7097070000公里，7鋰離子電池弱，可以解決磷酸鐵鋰離子電池能量密度低的問題。

這款電池將搭載於比亞迪「漢」新車，預計今年6月上市。 什麼是刀片電池？其實就是長電池的方法（重要的手指形鋁殼）。 透過增加電池的長度（最大長度相當於電池包寬度）進一步提高電池包裝配效率。

它不是一個特定尺寸的電池，而是可以根據不同的需求形成一系列不同尺寸的批次。 根據比亞迪專利描述，「刀片電池」是比亞迪新一代磷酸離子電池的名稱。 這是比亞迪研發多年的「過磷酸鈣離子電池」。

比亞迪的刀片電池其實就是將長度大於等於600mm、小於等於2500mm，以陣列形式插入電池組的「刀片」。 「刀片電池」的升級重點是電池組（即CTP技術），電池組是電池本身（即CTP技術），而刀片電池直接整合到電池包中（即CTP技術）。 刀片電池組是透過優化電池包結構，從而提高電池包組後的效率，但對單體能量密度沒有太大影響。

透過定義電池組中的排列方式以及電芯的尺寸大小，就可以將電池組排列在電池組中。 將單體電池直接安裝在電池組外殼內，並透過模組框架進行最佳化。 一方面易於透過電池包外殼或其他散熱部件散熱，另一方面可以在有效空間內安排更多的階數。

體電池，可以大幅提高體積利用率，並且簡化了電池組的生產工序，降低了單體電池的組裝複雜度，降低了生產成本，從而減小了電池組及整個電池組的重量，實現了電池組的節能減排。 輕的。 隨著使用者對於電動車續航力的需求逐漸提升，在空間有限的情況下，刀片電池組可以得到提升，一方面可以提高動力鋰離子電池組的空間利用率、新能源密度，另一方面可以保證單體電池有足夠大的散熱面積，將熱量傳導至外部，以匹配更高的能量密度。

根據專業技術人員描述，由於某些因素，如周邊元件會佔用電池內部空間，包括底部防衝擊空間、液冷系統、絕緣材料、絕緣防護、熱安全附件、通風通道、高壓配電模組等，空間利用率的峰值通常約為80%，而市場上平均空間利用率約為50%，有的甚至低至40%。 如下圖所示，透過優化模組，減少組件體積（電池包的電芯體積與壁紙體積）使組件的空間利用率得到有效提升，對比示例1的空間利用率為55%，而實施例1-3的空間利用率分別為57%/60%/62%；比較例2的空間利用率為53％，實施例4-5的空間利用率分別為59％/61％。

不同程度的最佳化，但距離空間利用率高峰還有一定的距離。 在電池模組中，比亞迪透過設定導熱板來控制散熱性能（圖左下圖）。 218)及熱交換板，確保單體電池的散熱，並確保多個單體電池之間的溫差不至於太大。

導熱板可由導熱性能良好的材料製成，例如導熱係數較高的銅或鋁。 熱交換板（右下圖）。 219)內設有冷卻劑，透過冷卻劑實現單體電池的冷卻，使單體電池處於適當的工作溫度。

由於傳熱板上設有導熱板，當用冷卻劑對單體電池進行冷卻時，可以透過導熱板來平衡傳熱板間的溫差，從而阻斷多個單體電池的散熱。 溫差控制在1℃以內。 對比例4及實施例7-11的單體電池，以2C進行快速充電，測量快速充電過程中，單體電池的溫度升高。

從表中數據可以看出。 專利技術的單體電池，在同等條件下的快充下，溫升都有不同程度的降低，配合優越的散熱效果，將電芯模組裝入電池組時，電池組的溫升有下降的趨勢。 與「刀片電池」和CTP技術有同樣效用的還有。

CTP(CELLTOPACK)技術是實現電池免組化，直接整合電池組。 2019年寧德時代率先採用全新CTP技術免維護電池包。 據稱，CTP電池包體積利用率提高15%-20%，零件數量減少40%。

生產效率提高50%。 投入應用後將可大幅降低動力鋰離子電池的製造成本。 比亞迪計畫到2020年，其磷酸鐵鋰電池單體能量密度將達到180Wh/kg以上，而係統能量密度也將提高到160Wh/kg以上。

寧德時代CTP技術搭配電池組，滿足電池組需求。 重量輕，提高整車電池組的連接強度。 它的優點主要有兩點：1）CTP電池組由於沒有標準模組的限制，可以使用於不同的車型。

2）、減少內部結構，CTP電池包可提高體積利用率，系統能量密度也間接提高，其散熱效果也高於目前小模組電池包。 在CTP技術上，寧德時代注重電池模組拆卸的便利性，比亞迪則更關注單體電池如何更多的裝載以及空間利用率。 3.刀片電池與CTP方式可減量15%。

我們選取國軒高科的鋰離子電池作為研究對象。 電池成本將與LFP電池有較大參考。 根據《2019年9月17日全國高新技術成果交易評審委員會關於印發《關於印發國軒高科2016-2017年度單片磷酸鋰離子電池計畫的函​​》的函件顯示，國軒高科2016-2017年度單片磷酸鋰離子電池計畫自2012年917月起電池計畫

06元/wH、1.69元/wH、1.12%/wH、1.

00元/WH，對應毛利率分別為48.7%、39.8%、28。

分別為 8% 和 30.4%。 因此，根據以上兩組數據，我們可以推算出LFP電池的製造成本。

2016年為1.058元/WH，而2019年上半年已經不足0.7元/WH。

這很重要，因為原物料成本從2016年的0.871元/WH下降到2019年上半年的0.574元/WH，絕對下降了0。

3元/WH，較去年同期上漲34%。 從分類來看，在製造業總成本中，原料成本自2016年以來保持穩定，而能源成本、勞動成本和製造成本佔比約為6%。 我們繼續對原料成本進行拆分，發現原料裡面正極和隔膜的佔比很大，約佔10%左右，負極、電解液、銅箔、鋁殼蓋板、BMS成本、BMS。

大概在7%~8%之間，電池盒和甲基各佔5%左右，剩下的就是Pack和其他費用，大約占到成本的30%左右。 可以看出，原料成本在LFP電池中可分為三大塊，其中四大原料（正極、負極、隔膜、電解液），總成本佔比約為35%，Pack佔30%，剩餘的35%為其他原料及零件。 根據上述信息，我們給出以下成本測算假設：1）刀片電池體積比能量密度高50%左右。

當電荷量一定時，體積減少約三分之一以上，因此帶動鋁殼蓋板轉動。 Pack成本，假設下降33%2）能源、人工、製造成本，以及BMS因製程優化和零件減少而下降，假設下降20%3）進一步假設原料（包括正極、負極、隔膜、電解液、銅箔、甲基、電池外殼）價格下降20%，LFP製造總成本可從0.696元/WH下降到24.

3%為0.527元/WH。 4）進一步考慮公司的毛利率可以得出實際銷售價格，如圖35所示，刀片電池和CTP方式只會在商用車上率先應用，雖然比亞迪宣布，刀片電池方式將在漢能商業化應用，但商用車仍然會是一種使用方式。

我們認為比亞迪在自己的乘用車上進行商用，就是要突破一般的產業邏輯：新技術往往在商用車上先行，而乘用車上會更加謹慎。 比亞迪將刀片電池運用在自主轎車上，無疑地在加速乘用車的推廣。 其實，刀片電池與CTP做法是一樣的，都是為了進一步降低成本，而單體電池較大，優先採用磷酸鐵鋰。

基於2019年已經有多家第一線機廠使用CTP方式進行測試，因此此項技術預計在2020年將會採用此項技術。 依照上面的假設我們計算10公尺以上，電池成本降低30%，電池成本從22.5萬降到15.8萬。 當沒有補貼的時候，毛利率還能維持。

我們預計2020年磷酸鐵鋰電池在商用車領域的應用將會進一步提升。 從投資情況來看，上游亞磷酸鹽投放力道加大，下游企業獲利能力邊際改善。 由於整個磷酸鋰鐵上游經過了三年的洗牌，因此產業集中度較高。

在產業鏈上，如果達到10家供應商，那麼集中度已經非常高了，穩定的航運第三方供應商也就3-4家。 因此我們相信 leadload 會帶來好處。 建議：德國納米、國軒高科、比亞迪、宇通客車。

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