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    • 動力電池產業,在元素周期表里找最優解|深度
    • 發布時間:2022/5/2 9:42:23
    •  3月中旬以來,特斯拉、小鵬、幾何、零跑、威馬、長城歐拉、廣汽等車企,接連宣布旗下新能源車型漲價,且漲價幅度、執行速度前所未有。

       

       

      這段時間,一貫任性的特斯拉竟然提價3次,全系國產車型上調的價格幅度累計達到1.4萬元~3萬元。小鵬汽車在售車型價格上調1.01萬元~3.26萬元,漲幅看齊特斯拉。比亞迪在漲價公告發布僅十分鐘后生效,王朝網和海洋網車型整體調價3000元~6000元,DMi系列普遍上漲3000元,EV車型漲幅則為6000元。

       

       

      事實上,新能源車漲價的壓力早就存在,其中最重要的壓力來自于成本占到10%~40%的動力電池。

       

       

      如同那句雞湯所說,哪有那么多的歲月靜好,不過是有人在替你負重前行。去年,動力電池企業扛下了大部分原材料成本上漲的壓力,今年卻無力再獨自承擔,無奈之下,只能將其向下傳導至終端。

       

       

      因為,在多重因素作用下,動力電池原材料緊缺及價格漲勢不僅沒有抑制,反而愈演愈烈。即便是規模大、議價能力強的頭部電池企業,運用長單鎖價、原材料鎖定能力等優勢,也無法適應原材料漲價的速度。

       

       

      令人咋舌的是,2022年以來鎳/鈷/鋰/銅/鋁、氫氧化鋰、碳酸鋰、六氟磷酸鋰、PVDF、VC等價格都在上揚。甚至于,鋰電池部分輔材較2021年已經上漲數倍,呈“跳漲”模式。

       

       

      以碳酸鋰為例,電池級碳酸鋰均價于2022年元旦站上30萬元/噸之后開啟跳漲模式,2月中旬沖上40萬元/噸,并在3月初突破50萬元/噸大關,較年初上漲近7成。盡管政策層面有所管控,但也僅僅在高位后小幅回落,4月份價格是47萬元/噸。

       

       

      新能源這片藍海承載著汽車行業太多的愿景和想象空間。根據BNEF預測,到2025年全球新能源汽車銷量將達到1100萬輛,滲透率達到11%,同年燃油車步入拐點,開始下行;到2030年全球新能源汽車銷量將繼續攀升至2000萬輛,滲透率到28%;到2040年增至6000萬輛。長期來看,新能源市場空間有望成長到10萬億元量級。

       

       

      彭博社提出的另一組數據顯示,預計到2025年和2030年,全球新能源產業對電池的總需求將分別超過1.5TWh和3TWh。

       

       

      但一個巨大產業的動能切換談何容易,早些年私人市場還未有任何起色時,靠著租賃、網約車等B端市場,一步步將新能源車產業供應鏈培育完善起來,而今,在私人市場逐步釋放出需求后,產業鏈再次掀起巨大波瀾。

       

       

      眼下,動力電池企業正在為三個當務之急的課題而努力:其一,構建安全穩定有良性循環的供應鏈體系;其二,尋找更多的技術路徑達到降本的目標;其三,培植更多的優質供應商。

       

       

      處處存在“第一性原理”

       

       

      馬斯克在汽車行業的存在感越來越強,這位狂人的思維方式也同樣引領著他走得更遠。

       

       

      大多數時候,我們都在用類比推理思考,實際上就是模仿別人的做法并稍加改動。但馬斯克認為,第一性原理思維非常重要,特別是需要成就一個前所未有的領域之時。

       

       

      第一性原理是一個量子力學原理,而馬斯克抓住的是其“基于事物的本質去推演”的核心思維。這個核心理念的反面就是“經驗主義”,是“站在巨人的肩膀上看世界”。

       

       

      比如,電池組成本十分昂貴,有人說約為600美元每千瓦時,未來也將居高不下,因為它一直都是這樣的。但馬斯克不這樣認為,他用第一性原理來思考,探尋的是構成電池的原材料是什么,拆解成各種原材料之后,分析現貨市場價值是多少。最后得出結論:成本是80美元每千瓦時。

       

       

      事實上,在這個正在建設的新世界中,沒有經驗可循的人們都在自覺不自覺地應用著“第一性原理”,只不過馬斯克把它深刻地描述了出來。

       

       

      恐怕馬斯克也沒想到,原材料漲得越來越離譜。因此,構建安全穩定有良性循環的供應鏈體系,成為行業發展的當務之急。

       

       

      其實,產業鏈上的企業都在為此做著努力。既然原材料價格不穩,能否再往上游去改善礦產資源供應受限和分布不均的問題,下游做好回收利用?能否在元素周期表中尋找別的替代原材料?能否改變產品形態提高能量密度?

       

       

      越來越多的機會點與可能性,等待人們去推演,去驗證。

       

       

      1.去到更上游

       

       

      3月30日,蜂巢能源與巴斯夫杉杉宣布戰略投資湖南永杉鋰業有限公司,將各自持有永杉鋰業10%股權。此舉正是為了保障鋰鹽供應,強化原材料成本優勢。

       

       

      永杉鋰業董事長楊峰表示:“與蜂巢能源的合作將極大促進永杉鋰業鋰鹽產能的擴充,積極應對當前下游的旺盛需求,漲價和擴產壓力。”

       

       

      在3月底的電動汽車百人會2022上,我們還看到了業內在產業鏈上游的諸多努力,試圖改變“有鋰走遍天下,無鋰寸步難行”的現狀。

       

       

      遠景動力執行董事、中國區總裁趙衛軍指出,下一代動力電池產業發展的一大關鍵因素就是產業鏈深度協同。

       

       

      他認為,電池產業與上游,特別是材料供應商,從鋰礦石到鋰鹽湖礦,到鎳礦、鈷礦、前驅體、正極、負極等關鍵材料的匹配融合至關重要。

       

       

      不過,國軒高科董事長李縝認為,動力電池供應緊張是階段性現象,“到2025年,鐵鋰正極、三元正極、負極材料需求分別是200萬噸、130萬噸、160萬噸,目前十大生產企業規劃就分別達到546萬噸、267萬噸、317萬噸。”

       

       

      他指出,國內的江西宜春鋰云母工程正在快速成長,到2025年,宜春要形成50萬噸的鋰資源開發。此外,青海鹵水提鋰技術在進步,四川鋰輝石資源在開采中。

       

       

      與此同時,可回收技術的進步,將使資源依賴大為減少。李縝預計,到2040年,制造電池對原材料的總需求,將可從回收電池中獲取。

       

       

      2.磷酸鐵鋰,三元鋰,還有呢?

       

       

      以技術路徑來看,從2010年日產最早推出LMO體系電動車以來,已經完成錳酸鋰(LMO)到磷酸鐵鋰(LFP),再到三元材料的中低鎳(NCM3系、5系)、高鎳(NCM8系)的技術迭代。

       

       

      當前,市場上電動車使用的鋰電池按正極材料劃分就是鐵鋰和三元,能量密度高的三元主打高性能,成本低的鐵鋰主打經濟性。正極材料在鋰電池的成本中占比高達30%~40%,因此降低正極材料成本是降低電池成本的關鍵。

       

       

      磷酸鐵鋰原材料主要為碳酸鋰和正磷酸鐵,并以碳酸鋰為主,盡管由于今年磷酸鐵鋰的火熱局面,導致原料價格有所上升,不過在具有充足產能且供需平衡的條件下,磷酸鐵鋰仍具有較強的成本優勢。

       

       

      從能量密度上看,磷酸鐵鋰也在逐漸彌補短板,通過一系列改進,目前磷酸鐵鋰電池能量密度可以突破200Wh/kg,電池單體到系統的體積成組效率從40%增加到60%。最新發布的磷酸鐵鋰電池能量密度可高達210Wh/kg,單體能量密度已經達到三元NCM5系水平。

       

       

      數據顯示,2018年到2020年一季度是磷酸鐵鋰電池的淡季,在動力市場裝機占比下降至33%,從2020年二季度開始,磷酸鐵鋰電池開始崛起,到今年1~2月的占比已經達到56%。

       

       

      關于磷酸鐵鋰改進的故事到這里還沒有結束,磷酸系正極材料能不能再摻點其它元素,在保持電池放電時間的同時,通過提高電壓來提升電池能量密度呢?可以。

       

       

      驗證發現,加入錳元素有此效果,提升的能量密度可以達到20%左右。目前受關注比較多的是,錳鐵1:1的LiFe0.5Mn0.5Po4。

       

       

      但是,它同樣存在電子導電率低,鋰離子擴散速率慢的問題,在合成工藝上需要采用改性技術提高材料的電化學性質。目前,很多企業主要采用表面包覆、納米化的措施,因此技術壁壘比較高。

       

       

      中信證券的研究報告指出,隨著新型錳基正極材料滲透率的提升,2021年~2035年,鋰電池用錳量將增超10倍,產業化進程開始逐漸加速。

       

       

      三元鋰電池中,鎳、鈷、錳(三元材料)是過渡金屬元素,形成固溶體,原子可以任意比例混排。其中,鎳是電池活性元素,是提升電池能量密度的關鍵;錳呈現電化學惰性,主要起穩定結構的作用;鈷則既能夠穩定材料的層狀結構,又能減小陽離子混排,有利于電池循環性能,但價格昂貴,并對環境造成污染。

       

       

      一般來說,600公里以上續航的新能源車,高鎳技術是較好的選擇,800公里以上續航的新能源車,高鎳幾乎是目前唯一的選擇。

       

       

      于是,可以看到“無鈷電池”的議題也在動力電池企業的計劃中,比亞迪、松下、特斯拉等企業都在努力降低鈷的含量,不過要想降至零,還需要給技術發展的時間。

       

       

      關于正極材料的探索還在繼續。前文提到的方案都是在鋰電池中摻別的元素,那么鋰可以被取代嗎?答案還是可以。

       

       

      今年2月17日,寧德時代在投資者關系平臺上答復投資者問題時,明確稱公司已經啟動鈉離子電池產業化布局,2023年將形成基本產業鏈。

       

       

      寧德時代第一代鈉離子電池電芯單體能量密度高達160Wh/kg,略低于目前鐵鋰單體160~200Wh/kg,電池性能遠超同行。該公司預計,第二代能量密度目標是200Wh/kg,將與鐵鋰電池相當,系統集成效率可以達到80%。

       

       

      鈉離子電池與鋰離子電池工作原理類似,區別是正負極材料、電解液不同。正極材料有普魯士白、層狀氧化物兩類材料;負極材料要開發能讓鈉離子存儲和快速通行自由穿梭的具有獨特孔隙結構的硬碳材料;電解液要開發適配正負極材料的電解液體系。

       

       

      鈉離子電池能量密度低于鋰離子電池,不過在快充能力上明顯占優,只要10分鐘左右;鈉的化合物熱穩定性較鋰更高,因此在高低溫性能上表現也很良好。

       

       

      關鍵是,鈉離子電池成本下降不少。根據平安證券發布的研究數據顯示,鈉離子電池比鋰離子電池的材料成本降幅高達30%~40%。

       

       

      而且,鈉資源豐富分布廣泛,是鋰儲量的420倍,同時價格低廉,還可以沿用現有的鋰離子電池的材料及電芯生產工序和裝備。

       

       

      未來,鈉離子電池不但可以作為鋰離子電池的重要補充,還可以逐步取代嚴重污染環境的鉛酸電池。廣發證券殷中樞團隊預計,2025年國內鈉離子電池潛在應用場景需求量是123GWh,如以磷酸鐵鋰電池的價格計算,對應的市場空間約為537億元。

       

       

      除了鈉元素,鎂、鈣等元素也被納入到研究行列……動力電池材料的多元化發展甚至還從正極拓展到了負極。比如,三元鋰電池負極摻硅。

       

       

      目前,主流石墨負極比容量可做到355~360mAh/g,硅材料理論比容量可達4200mAh/g,是石墨的10倍以上。不過它受制于高膨脹率(硅膨脹率300%,石墨12%),一般以摻雜5%左右比例的形式加入到石墨負極。

       

       

      3.把電池拍扁、搓圓

       

       

      前面我們提到,近兩年磷酸鐵鋰能量密度有了突破,正是因為寧德時代、比亞迪先后推出了CTP、刀片電池的封裝工藝革新,帶來了電芯到PACK環節效率的大幅提升,進而讓電芯能量密度較低的磷酸鐵鋰達到更好的組能量密度。

       

       

      寧德時代的CTP電池與比亞迪刀片電池類似,不同點在于寧德時代用了“大模組”概念,仍然保留部分模組,通過減少模組的使用,增加電芯數量或體積,提升集成效率。

       

       

      它公布的階段性成果是第三代CTP(Cell to Pack)技術,內部將其稱為“麒麟電池”。在相同的化學體系、同等電池包尺寸下,麒麟電池包的電量相比4680系統可以提升13%。

       

       

      2020年下半年至今,具備高性價比的“方形鐵鋰”電池搭配CTP/刀片技術在600公里及以下續航的電動車市場大放異彩。2021年國內“鐵鋰+方形”占比近90%。

       

       

      在另一條賽道上,圓柱型電池近兩年也來到了公眾視野中。2020年9月,在特斯拉電池日上,發布的下一代動力電池將使用直徑46mm,高度80mm的圓柱電池。

       

       

      有趣的是,在電池日前夜,深圳市比克動力電池副總裁樊文光在媒體訪談中,準確地猜中了大圓柱、全極耳、硅負極等話題。

       

       

      在電動汽車百人會2022上,他預言,大圓柱電池是未來5~10年內中高端電動車的最優解,至2025年大圓柱電芯市占率將超30%,即約480GWh,超過2021年全球總需求量。

       

       

      目前,包括松下、億緯鋰能和比克等企業,都在力挺4680大圓柱電池。

       

       

      在形態上,動力電池以方形、圓柱、軟包三分天下。具體來看,各有優劣勢:

       

       

      目前,方形是全球動力電池的主流。其優勢在于,方形電池單體容量大,可以根據客戶需求定制形狀,應用上更為靈活,重量輕,結構較為簡單,擴容和系統管理相對來說也比較方便。

       

       

      但正因為尺寸定制化,市場上方形電池的型號和生產工藝相對不統一,生產自動化水平較低,單體差異性較大,成組使用,可能會存在電池組壽命遠低于單體壽命的問題。

       

       

      圓柱電芯是目前幾種主流形態中安全性最高的,高安全上限使得它可以支持更高能量密度的化學體系。同時,圓柱電芯單體體積小,便于熱管理,可以靈活利用異形空間,高度標準化的形態利于平臺化及迭代。

       

       

      比如說,高鎳三元搭配硅負極的鋰電池能量密度高、適合快充,但熱穩定性差,硅負極易膨脹,這些問題都可以搭配圓柱封裝形式得到解決。

       

       

      產業化難易程度上看,圓柱電池發展的歷史最長,標準化程度高,在行業內實現了較為統一的標準,同時,圓柱電芯生產的自動化水平也要比其他幾種電池要高,這就保證了圓柱電池生產的高效率。

       

       

      美中不足的是,圓柱電芯工藝生產成本高于方形電池。

       

       

      軟包電池采用了疊壓的制造方式,所以體積小,能量密度高,散熱性能優異,而且相同容量的情況下,軟包電池比鋼殼鋰電池要輕40%左右,比鋁殼電池輕20%。但軟包電池的殼體強度比不上鋁殼或是鋼殼,對成組技術的依賴性很強,技術難度高,生產成本是最貴的。

       

       

      綜合判斷下來,許多動力電池企業和主機廠開始用腳投票。樊文光說:“目前有很多大型新能源車企,在未來5-10年,敲定了經濟型采用方殼/刀片磷酸鐵鋰電池,中高端采用三元+硅大圓柱電池的布局。”

       

       

      長遠來看,動力電池在形態上還會有更多的變化。目前液態電池技術雖然成熟,但是能量密度即將達到350Wh/kg上限,很多企業又開始儲備下一代電池技術——固態電池,簡單來說,就是把液態電解液變成固態“電解體”。

       

       

      從性能對比看,固態電池在離子電導率、能量密度、耐高壓高溫、循環壽命等方面都會優于現有的液態電池。

       

       

      目前,固態電池在全球范圍內都處于研發和中試的技術階段,日本在第一梯隊,中、美處于第二梯隊,技術差距在1~2年左右。

       

       

      此外,衛藍半固態、SES半固態電池也做了新的嘗試,其核心邏輯是可制造性,想要復用當前一些液態鋰電池成熟的生產制造工藝。據悉,衛藍新能源半固態電池將應用在蔚來ET7上。

       

       

      扶植“新寧王”?

       

       

      短短十年時間,從歐洲的寶馬,到國內的龍頭車企,再到造車新勢力,龐大而多元的客戶群,將寧德時代打造成神話般的企業。

       

       

      2012年,寧德時代成功抓住與華晨寶馬的合作機會,為之后的騰飛埋下了伏筆。寶馬項目不僅使寧德時代快速成長,也吸引了其它歐洲汽車廠商的關注,并紛紛拋來橄欖枝。

       

       

      相較于在歐洲市場以點帶面拉動合作,寧德時代在國內的攻城略地方式更為直接。它撒下巨網,拿下一眾主流傳統乘用車、商用車企業,以及造車新勢力,宇通客車、上汽、長安、吉利、廣汽、東風、北汽、奇瑞、蔚來、威馬……名單不斷被拉長。一個商業帝國拔地而起。

       

       

      2017年,寧德時代以11.84GWh的裝機量站上全球冠軍寶座,自此之后,再也沒有旁落他人。

       

       

      2018年4月4日,股民們見證了寧德時代IPO的奇跡。從招股書披露到IPO成功過會,寧德時代前后僅用時24天,一舉刷新IPO過會記錄。從此,股票代碼300750成了最優質的股票之一。

       

       

      不知何時,寧德時代這個全球冠軍,這臺造富機器,有了一個更為響亮的名號——“寧王”。與此同時,它的市場份額還在不斷攀升。

       

       

      韓國市場調研機構SNE Research的最新數據顯示,寧德時代2021年全球動力電池裝機量排名第一,比排在第二位的LG新能源裝機量多了36.5GWh。市場份額從上一年的24.6%提升至32.6%,其中國內的裝機量達到80.51GWh,占總業務的九成。

       

       

      再來看一組國內的數據,中國汽車動力電池產業創新聯盟最新數據顯示,3月份中國動力電池企業裝車量TOP10企業總裝車量20.44GWh,占比95.5%,其中寧德時代以10.81GWh的裝車量排名第一,占國內份額50.5%。

       

       

      寧德時代為了守住半壁江山,其護城河越筑越寬。除了不斷擴建的產能,在技術方面,其在鈉離子電池、無鈷電池、無負極金融電池、鋰金屬電池、固態電池、無稀有金屬電池、鋰空電池、CTP、CTC、A/B路徑上均有探索。

       

       

      據統計,2018年~2021年公司累計獲得專利5000+項,其中模組、pack層面的專利最多,接近25%;另外,對上游正極、負極、電解液、隔膜、設備、結構件等均有廣泛布局,合計專利數接近1605項,占比32%。

       

       

      然而,雖然“寧王”的發展速度堪稱奇跡,未來發展前景依舊可期,但一個顯而易見的事實是,它吞不下發展空間如此之大的蛋糕。

       

       

      從另一個角度來說,不管在全球市場還是在國內市場,無論哪個行業存在一家獨大的情況,都不利于行業在快速增長期的良性發展,反過來,對這家企業的健康經營也未必是好事。

       

       

      眼下,因上游動力電池供應短缺導致車企新車交付延期已經不是什么新鮮事。大眾、奧迪、奔馳都曾因缺電池而被迫延期甚至停止部分車型的生產。

       

       

      事實上,已經有越來越多的車企為了確保更穩定的供應鏈體系,通過尋求“二供”,甚至“三供”的方式來降低風險。

       

       

      很大程度上,這也是二線電池廠商的機會。

       

       

      2月24日晚間,欣旺達發布公告,公司董事會審議通過了相關增資議案,同意19家企業以24.3億元人民幣對其子公司欣旺達電動汽車電池有限公司增資。其中,理想、蔚來、小鵬的關聯公司都有參與,分別投資4億元、2.5億元、4億元,此外,還有其它傳統車企的關聯公司身影。這一行為無疑為此后的合作提供了想象空間。

       

       

      3月16日,遠景科技集團旗下電池科技公司遠景動力宣布與梅賽德斯-奔馳在美正式達成戰略合作。未來,遠景動力將為奔馳新一代豪華純電SUV EQS和EQE車型提供高品質、高安全性和零碳的動力電池產品。據悉,遠景動力在美新建的電池工廠2025年實現量產。

       

       

      3月18日,億緯鋰能發布公告,被選定為博世的供應商,為博世提供鋰離子動力電池,用于全球市場電動汽車的輔助應用。

       

       

      據稱,比亞迪旗下弗迪電池與蔚來、小米汽車簽訂了定點合作協議。

       

       

      實力二線廠商的崛起,必然會在產業層面緩解部分焦慮,至于是小部分還是大部分,則看它們能否抓住機遇。

       

       

      寫在最后

       

       

      今天,中國市場崛起了一批優秀的電動汽車企業,這在全球范圍內都是絕無僅有的現象。隨著它們的崛起,寧德時代、比亞迪、國軒高科、蜂巢能源等動力電池企業也浮出水面,一度受到資本市場的追捧。

       

       

      成就只能屬于過去,挑戰永遠在前方。在百年未有之大變局下,無論是改變潮水方向的人,還是逐著時代浪潮起舞的人,都仍走在創新求變的路上。

       

       

      從市場層面而言,短期內動力電池產業的系統性焦慮很難迅速瓦解,即使從樂觀的角度來看,到2025年左右產業鏈資源供應能達成平衡,甚至會出現有人預測的周期性產能過剩。前提是,你能健康地活到黎明的曙光到來之時。

       

       

      在此過程中,資本雄厚的一線動力電池廠商,勢必在技術路線上繼續加深拓寬,在上游資源上繼續大手筆投入,在客戶資源上繼續合縱連橫,攻城略地。而面對不斷出現的時間窗口,二線實力廠商也有機會趁勢出擊,從日益增大的蛋糕中,獲取屬于自己的一塊。

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