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动力电池产业的「困」,何以破解?

作者:中国储能网新闻中心 来源:36氪Pro 发布时间:2022-07-03 浏览:

中国储能网讯:受供应链危机等因素影响,汽车行业正在经历一段低谷时期。

从乘联会发布的数据来看,2022年1-5月,乘用车零售销量水平基本位于历史同期的低位水平,除了2月出现同比正增长,其余4个月均呈现下滑态势,3-5月甚至出现两位数降幅。

同期,新能源乘用车却表现出强劲的增长势头,累计销量达171.2万辆,同比增长119.5%。乘联会认为,供给改善带来市场火爆,但溯本逐源,消费端需求旺盛,才是新能源车逆势上扬的根本原因。而消费者对新能源车、尤其是电动车的接受度大幅提升,主要得益于动力电池技术的突飞猛进。

事实上,电动车的发展历史并不比燃油车短,甚至比燃油车的诞生年份更早。1832—1839年间, 美国人安德森发明了世界上第一辆电动车,这是一辆三轮汽车。后来人们不断改进电池技术,提高电池容量,促使电动车销量全面超越燃油车。进入20世纪20年代,由于德克萨斯、俄克拉荷马和加利福尼亚等大油田的发现,降低了汽油价格,内燃机汽车逐渐胜出。

近几年,电动车卷土重来,增长势头令燃油车望尘莫及,其中一个最重要的原因便是动力电池技术再一次突破瓶颈。事实上,回顾电动车诞生以来每一个阶段的跃进,都与电池技术的突破密不可分。

那么,动力电池究竟经历了一场怎样的质的飞跃?

动力电池“两足鼎立”

动力电池在电动汽车整车成本中的占比约为40%,可以说是一辆电动汽车里最贵的零部件。并且,动力电池的容量决定了电动车的续航里程,因此,电池的技术成长,直接决定了电动车的发展。

最早应用于电动车的动力电池是铅酸电池,由法国物理学家加斯东·普兰特于1859年发明,这是第一款实现了可充电、循环使用的动力电池。铅酸电池体积大、质量大、能量密度小、功率密度低,只能实现40-65公里的续航水平,最高时速也只有30公里。1920年左右,随着城市建设规模不断扩大,人们出行的半径也不断增大,铅酸电池输给了逐渐兴起的内燃机汽车。

1992年索尼成功开发出商用锂离子电池,这种电池可重复充电,迅速成为移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备的源动力。后来随着技术发展,诞生了三元锂电池这种形态,并得以在电动车上应用。

磷酸铁锂电池起源于1996年,德州大学John Goodenough教授带领团队经过长期研究发现,磷酸铁锂具有可逆性地迁入脱出锂的特性,启发了全球各电池厂商将磷酸铁锂作为锂电池正极材料的研究,这个发现后来被视作磷酸铁锂电池发展史的开端,并最终促成了磷酸铁锂电池的诞生。

此后,三元锂与磷酸铁锂两种技术路线经历了数十年的博弈。

2009年,为了推广新能源汽车,中国启动了“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”,通过补贴的形式达成“每年10座城、1000辆新能源车”的目标。

2009-2016年,补贴政策比较倾向于商用车,磷酸铁锂电池由于成本低、安全性高、循环寿命长等优点,市场份额超55%。

新能源车推广的最终目标是私人消费群体,2017年开始,政策逐步向乘用车倾斜,新能源汽车补贴按照能量密度进行差异化补贴,能量密度高于120Wh/kg的按照1.1倍补贴,也就是说,国家鼓励企业发展更高续航水平的新能源车。因此,能量密度更占优的三元锂电池反超磷酸铁锂电池,后者的市场份额一度跌至30%以下。

随着新能源汽车市场井喷式扩张,电池原材料市场出现供给不足,对稀有原材料依赖度更小的磷酸铁锂,凭借成本优势重回主流。

回顾这两种技术路线的发展,至今也未分出胜负,三元锂与磷酸铁锂呈现出螺旋式交替上升的发展路径,形成“两足鼎立”的竞争格局。

集邦咨询锂电分析师曾佑鹏接受《中国能源报》记者采访时表示,国内新能源汽车补贴预计于2023年退出,三元锂电池凭借更高能量密度获得政策补贴的优势将有所减弱,叠加未来几年电化学储能领域对磷酸铁锂电池的市场需求上扬,判断磷酸铁锂电池产量增速将远超三元锂电池。并且,从目前市场发展情况来看,磷酸铁锂电池的装机量增长预期同样高于三元锂电池,“乐观预计,国内市场磷酸铁锂电池占比有望达到70%。”

另一边,乘联会秘书长崔东树指出,从材料角度看,目前磷酸铁锂电池的能量密度已无太多上升空间,这很可能限制其未来的应用场景。

无钴电池量产装车

因此,不少企业并未放弃三元锂电池,而是在不断尝试将其优化。

在现有三元体系的锂离子动力电池中,正极材料的成本约占整体成本的30%至45%,其中,钴元素作为原材料中的一种,占约20%的比重。但钴属于稀缺材料,钴金属价格昂贵且分布比较集中,全球 66% 钴产量都出自政局不稳定的刚果(金)。这使得钴的开采充满了不确定因素。

其实,钴元素并不参与电化学反应,所以确保高镍同时(镍是三元锂电池正极材料的主要原料之一),降低钴含量,能够有效提升动力电池的能量密度并同时降低成本。因此,在以高镍体系为共识的大前提下,包括松下、LG、宁德时代等国际主流动力电池制造商都将低钴及无钴化电池作为下一代动力电池的研发方向。

2021年7月,国内一家电池厂商研发生产的无钴电池开始量产装车。研发生产这种电池的正是国内的锂电黑马——蜂巢能源。

蜂巢能源前身是长城汽车动力电池事业部总部位于江苏常州,是一家专业锂离子电池系统提供商,专注于新能源汽车动力电池及储能电池系统的研发、生产和销售。蜂巢能源成立仅三年,估值就超过了460亿,2021年装机量进入了全球前十。

早在 2018 年蜂巢能源就开始投入研发无钴电池;2020 年 9 月,蜂巢能源在北京车展发布了无钴电池两大产品平台;同年 12 月电池日上,蜂巢能源宣布无钴电池正式接受全球预订;2021年 4 月 8 日,蜂巢能源常州工厂无钴正极材料量产下线;三个月后,无钴电池首款产品正式下线。

蜂巢能源为何能够如此快速地发展?“不走寻常路”的科研创新基因是关键因素之一。除了常规锂电,蜂巢能源还研发了许多震惊全行业的黑科技,比如在业内领先的高速叠片工艺,能够使电池的能量密度提升5%,寿命提升10%到20%;短刀电池则打破了模组限制,将电池包结构件数量减少了35%,具有极广的适用性;此外,蜂巢能源还在积极研发果冻电池,区别于主流的液态电解质,果冻电池的电解质是果冻状的,具有自愈合、阻燃等特点,可进一步提升电池的安全性。

当然,无钴电池依然属于三元锂离子电池组,目前业界常用的三元锂电池为NCM镍钴锰和以特斯拉为代表的NCA镍钴铝,与这两者相比,蜂巢能源研发的无钴电池最大区别是用其它元素取代了钴。

蜂巢能源官方信息显示,其研发的无钴电池具有高能量密度、高安全、高寿命三大核心优势。

比如,根据测试数据,蜂巢能源无钴电池与高镍三元电池相比,增加了锰的含量,安全性得到显著提高。在热稳定方面,蜂巢能源的无钴电池能够通过150℃的热箱实验。

蜂巢能源无钴电池采用的单晶技术在辊压过程中具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,能够大幅提升耐压力强度。这种稳定的晶体结构能够帮助无钴电池实现更长的循环寿命,在DOD为92%时可实现2500次循环。

智造升级才是纾解行业困局的密钥

除了无钴电池,业内还在研发固态电池、石墨烯电池等新技术。然而无论技术如何演进,恐怕都很难解决电池行业目前面临的困境:原材料大幅涨价导致电池制造成本攀升、大规模制造给企业生产管理能力带来巨大挑战、电池产品品质与产线效率亟待提升。

自从2021年以来,由于新能源汽车市场需求旺盛,动力电池装机量需求大幅增长,带动动力电池原材料价格飞涨。与2021年同期相比,电池级碳酸锂的市场报价上涨近10倍,动力电池原材料镍、钴的价格的同期涨幅也接近一倍。

“目前主要是锂价格上涨。”SMM电池材料咨询顾问李明向36氪未来汽车日报表示。与钴、镍等材料不同,锂在动力电池的制造中占据着不可替代的地位。无论是三元锂电池、磷酸铁锂电池还是固态电池、石墨烯电池,锂均是必备元素。

原材料涨价的蝴蝶效应很快传导至销售终端,自今年3月以来,包括理想、小鹏、比亚迪、蔚来在内的多家新能源车企宣布上调车型售价。

这对于即将迎来拐点的新能源汽车市场来说,并不是一件好事。如果消费者的购车意愿受到影响,整个新能源车市场的发展都将随之受制。

原材料的定价权并不在电池厂商手中,要想控制成本,只有通过制造环节寻找解决方案。

除了原材料问题,动力电池需求量攀升,电池制造商需要推动更大规模的制造,意味着要面临多工厂、多业务板块、大供应链、大制造、大交付等极为复杂的管理考验,这需要动力电池企业加大数字化能力,切实提升整体运营管理能力。此外,电池品质提升与生产效率的提高,也都指向制造环节进一步智能化。

眼下,动力电池制造从自动化阶段,向数字化与智能化全面升级已是大势所趋。业界已达成普遍共识,产业升级需要在产线及制造环节进行AI智能、大数据、云计算等深度融合。

为了实现锂电智造升级,尽快实现上述融合,蜂巢能源发起了“创新成就你我 • 先蜂产业合作伙伴全球招募”大赛,联合蜂巢资本、章鱼博士,携手36氪,聚焦锂电三新(新技术、新工艺、新材料)和工业互联网(大数据、AI智能、通信等)等领域,面向全球招募高潜力的技术领先企业或高校技术团队,进行创新技术项目孵化,为企业快速成长赋能,助力构建优化的产业生态。此外,招募将有5亿元产业链投资基金扶植,入围的团队将入驻章鱼博士,并获得管理、成长等多方面的产业协同赋能方案。

据了解,蜂巢能源将投入5亿元产业链投资基金,入围的团队通过投资尽调将有机会入驻章鱼博士,并获得技术、组织等多方面的产业协同资源支持。就如同2014年特斯拉开放了所有的专利技术,以飨同行,才彻底激活了电动车新一轮的发展。只有秉持开放的心态,才能促使产业不断前行。蜂巢能源将与合作伙伴共同激发新技术,探索推动动力电池行业发展的新方向。

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关键字:蜂巢能源

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