无钴电池采用三元or磷酸铁锂?专家解读动力电池竞争格局及技术趋
来源:本站 作者:admin 时间:2020-02-19 03:39:17
专家简介:
2015年动力电池产品开发及管理经验,先后就职于江森、上汽等,对动力电池产品技术、市场、供应链等有深刻理解。
纪要内容:
1. 动力电池行业回顾
动力电池行业从2015年财政补贴政策刺激后高速增长,从2015年15.6GWh增长到2019年62GWh,2个增长峰值出现在2016年和2018年(2016年补贴,2018年电池技术提升),2019年因补贴退坡增速相对放缓。预计2020年开始进入锂电池发展的新阶段(后补贴时代、产品供给端变化、外资车企如特斯拉、奔驰、宝马、大众等进入、外资电池企业进入)。
但动力电池行业过去几年全行业盲目投入,疯狂扩产,无效产能较多,2019年总体产能利用率不超过24%。总体产能过剩,但优质产能不足,结构性过剩,产业洗牌加速。
2. 动力电池技术趋势:锂电池、固态电池or燃料电池
动力电池降本是大趋势,而能量密度提升是成本下降的有效途径,发展高能电池是车用动力电池的核心技术方向。从铅酸电池、镍镉电池、不断进步的锂离子电池(能力密度从180wh/kg发展到350wh/kg),后锂离子电池如锂硫电池和金属空气电池目前技术均不成熟,多数处于实验室阶段,中科院专家预计可能分别在2030年和2050年实现大规模商业化。但是固态电池是国内和日韩电池企业都在大力布局,预计2025年前后会有相应的产品出来。
3. 锂电池技术路线
重点看能量密度演变,2016年最高的是三元MCM,180Wh/kg,2016年以前都是磷酸铁锂的天下(铁锂的安全性好,可以满足当时的国家标准,当时三元无法通过国家标准),2016年后电池安全标准取消,三元快速发展(镍钴锰532三元单体能量密度从180Wh/kg发展到最新的260 Wh/kg,811+石墨体系从240 Wh/kg逐步提升到2021年280 Wh/kg,后续NCM811+负极石墨掺硅,可将能量密度提升到到350 Wh/kg,也就到达了该路线的顶点)。固态电池可以到400 Wh/kg,5~10年内产业化,锂空气电池产业化市场较长。
磷酸铁锂技术路线目前到了180 Wh/kg,接下来2020年以后提升到190~200 Wh/kg,后续靠负极添加碳纳米管或硅碳,提升到210~220 Wh/kg,之后会出现瓶颈。
4. 无钴电池:三元or磷酸铁锂
2014~2019年三元逐步上升、磷酸铁锂下降。2016年以前磷酸铁锂占比超过70%,2016年后因补贴政策及国标调整因素导致三元提升,到2019年占70%份额。后补贴时代,磷酸铁锂份额会提升,特别在对续驶里程要求不高的领域。从安全性、寿命和成本角度(10~20%成本优势), 铁锂电池均有优势,三元电池能量密度和低温性能好。三元电池研发生产难度大于磷酸铁锂电池,国内能生产优质磷酸铁锂电池企业的较多,能生产优质高镍三元电池的企业较少。
后补贴时代,150公里续驶里程以下的低速车以铁锂为主(目前是铅酸电池,铅酸会被淘汰),A0/A00车型(如奇瑞小蚂蚁、荣威E50)以铁锂为主,A/A+车型目前是三元为主,后续逐步会被铁锂替代(铁锂的能量密度提升+CTP技术应用,可支持400~500公里续驶里程且具备价格优势),B/B+车型以三元为主,但也有特例(如比亚迪汉车型,刀片电池+CTP技术,可以做到600KM续驶里程),C/D级车,会以三元为主。
5. 电池结构:圆柱or方形or软包
从全球市场和技术特征来看,下一代动力电池商业化之前,方形、软包和圆柱电池将并存于电动汽车市场;全固态电池技术成熟后,软包电池的优势会进一步显现,不过这将是一段漫长的过程。
6. 刀片电池与CTP技术
比亚迪的刀片电池即长电芯方案(主要指方形铝壳),是一种通过增大电芯的长度(最大长度与电池包宽度相当),将电芯扁长化设计,来进一步改进电池包集成效率的技术。
刀片电池正负极在两端,两端(或一端)都有防爆阀,有点软包两端出极耳+方形铝壳综合。相较于已有方形铝壳电芯方案,这个电芯最明显的优势在于散热效果好,难点在于整个电芯的结构稳定性,内阻,注液等,尤其是结构强度方面。在CTP方案中,电芯需要依靠自身来实现支撑。
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刀片电池难点及对产业链的变化:
大电芯、大模组,电芯壳体材料/工艺会出现的 CTP结构上,电芯如何固定是难点;
CTP热管理上,首次提出了电池包顶部冷却的设计,导热胶、保温棉之类的是增量所在;
连接工艺上,高强度结构胶可能是未来增量所在;
多功能复合材料箱体的产业化应该会加速;
7. CTP技术应用展望
CTP技术在商用车领域其实已经大规模应用,C公司和B公司都做的不错,接下来有可能拓展在乘用车领域的应用:
纯电动车以pack为中心开展设计,包络更加规整和可扩展;
在集成热管理等更多功能的同时,要求更低的包络高度;
更高的能量密度,更轻的重量,更高的系统安全性;
CTP方案优势:
突破传统的电芯成组架构,结构件数量减少40%;
Pack箱体结构件减重15%,提高系统集成效率,进而提高pack能量密度;
热管理系统与箱体集成,提升换热效率超10%;
CTP难点:开发费用(一般需要5000万到1亿,具体看厂家要求)、开发时间(2年时间)、上述因素决定了CTP技术需要规模化,如吉利的PMA平台。
8. 系统价格展望(含储能及Pack)
2019年全球纯电动汽车电池组的平均价格:147美元/kWh;
2019中国生产的电池组平均价格为146美元/kWh,也属全球最低;
2019美国市场的电池组平均成本为149美元/千瓦时,比中国高3美元;
2019价格最低的电池组样本来自中国,仅127美元/kWh。
2020年850人民币/kWh(121美元/kWh)的CTP价格;
根据BNEF预测,2024年锂电池市场需求超过2TWh,价格将跌至100美元/kWh以下,到2030年价格将下降到61美元/kWh;
中国最大的电池公司,预计电池组成本在2024年达到100美金/kWh;
仅从正极材料的成本来看,松下NCA体系会比NCM811有11%的成本优势,相比NCM622要低超过25%,后续MCM大规模量产,可能成本会下降;LFP较三元有20%左右的成本优势,所以在后补贴时代磷酸铁锂技术路线会有优势。
9. 电池供给:独立电池企业供应or整车厂自产
2019年全球范围内乘用车发动机自产比例99%,中国重卡发动机自产61%,但中国动力电池自产比例近目前小于10%(更正:下图2%有误),仅比亚迪和长城蜂巢在做,整车厂自产有难度,折中方案是整车厂与电池企业合资合作,如CATL与上汽、吉利、东风。
10. 动力电池竞争格局
全球范围来看,CATL(主要客户为中国车企+海外知名车企)、松下(主要客户为特斯拉)、比亚迪(自供+逐步外供)、LG(通用、沃尔沃、捷豹路虎、特斯拉)、AESC(日本市场)和SK(韩国与美国市场)属于行业头部企业,中国范围来看,CATL、比亚迪是行业头部企业,国轩高科(铁锂做较好,三元在投入)、力神、亿纬锂能、孚能、欣旺达等后劲足,其他企业也在大力拓展。整车厂独自/合资电池企业也会逐步抢占较高份额。
问答环节:
问题1: 评价特斯拉的无钴化技术
答: 钴的比例一直在降低,从111到532到622到811,完全无钴可能性不大,特斯拉的无钴电池更可能是磷酸铁锂技术,特斯拉会采用2条路走的策略,磷酸铁锂是其低成本方案(CTP+特殊计技术,能量密度可以做到175wh/kh,特斯拉松下三元160左右)。特斯拉4月份发布的新电池技术路线不确定,需进一步跟踪。
问题2: 欣旺达评价
答:欣旺达是消费电子领域(笔记本、手机)Pack领域最大的企业,近几年欣旺达在大力投入动力电池领域,在国内外引入高端人才,做动力电芯及pack,其NCM已经给吉利和部分造车新势力供货,口碑和产品一致性不错,其NCA及811等体系在开发。欣旺达有战略、有技术储备、有专家、有资金实力,有可能进入头部(仅供参考)。
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问题3: 特斯拉自产电池,材料自产还是外供?
答:自产材料是电化学体系,要求很高。目前国内仅国轩高科和比亚迪自产正极,宁德市场正极是德方纳米供应(合资),参股璞泰来等。个人猜测特斯拉会自产电芯,在材料领域可能前期是外采或合资,后续自产,仅供参考。
问题4: 铁锂的能量密度可以提升?
答:可以提升。15年130~140wh/kg,19可以做到180~185wh/kg,预计2020年可以做到200Wh/kg,80%效率,系统能量密度可以做到160wh/kg,乘用车续驶里程可以突破400功率,但是要做到200+wh/kg,需要负极掺杂碳纳米管或硅碳负极,要考虑综合性价比。
问题5:评价国轩高科三元电池
答:国轩高科磷酸铁锂做的相对更好,据说他们在跟大众MEB提供磷酸铁锂方案。三元难度更高,国轩在这方面投入比较大,具体不好评价。
问题6:8系三元规模化后是否可以接近磷酸铁锂成本
答:当前三元8系电芯成本8毛钱左右,磷酸铁锂低于0.7元。三元成本一直在下降且下降空间较大,总体差距会缩小,但三元成本不可能低于磷酸铁锂。
问题7:松下圆柱、宁德方形811和LG软包811的成本比较
答:具体不好评价,但在大众MEB平台项目上,宁德的方形NCM811和LG的软包价格是比较接近的。
问题8:如何评价亿纬锂能
答:亿纬锂能在消费类电池如蓝牙耳机电池、电子烟电池等做的很好,他们资本实力方面有优势,与SK有合资公司。沿着这个方向往下走,他们在国内的竞争力会逐步提升。
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