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新能源汽车奔跑路上的锂电池之争

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新能源汽车奔跑路上的锂电池之争

张书琛

国际较量:争夺动力电池主导权

马斯克曾断言,屯池是未来智能电动汽车的关键。对于智能电动汽车来说,动力电池无疑是最核心的硬件,如同发动机之于内燃汽车,这也是宁德时代崛起的契机。

宁德时代去年一年国内市场的装车量为12 22GWh,占比超52%,第二名比亚迪仅为12 9%,但宁德时代却并不是第一个在锂离子屯池商用化领域起跑的公司。

长期拥有锂离子电池先发技术优势的曾是日本。1991年,索尼公司和旭化成公司发布首个商用锂离子屯池,并首先用于相机;2014年日本科学家吉野彰做出了第一个现代商业化锂离子电池的原型器件。

随着混合动力车的生产普及,松下进入动力屯池领域,中韩两国企业也随之变向,纷纷转向技术壁垒更深、利润更高的动力屯池领域,东亚也成为全球锂电池生产的核心地带。

中国电动汽车市场发展最快、规模最大,关键也在于电池,当前全球约八成屯池产能在中国,中国电池企业还在向海外扩张。

中国企业之所以能在新能源汽车领域突飞猛进离不开政策的支持。

2010年,中国政府开始对新能源汽车提供补贴,而政策走向往往会决定市场使用的动力电池产品种类。“因为政策补贴会影响热销车型,自然会对电池生产商产生影响。”一位新能源汽车市场人士解释,“比如,2011年,政府将使用外资动力电池的产品剔除出新能源汽车的补贴目录,很大程度上就降低了松下、LG和ATL在內的一众外资动力屯池公司的竞争优势。”

如今锂电池产业格局初成,整体来看东亚三国已经占据了技术优势,其他国家想要超越并不容易。但在环保要求趋严、电动汽车市场落后的影响下,欧美不得不做出改变。

彭博社曾发布统计数据称,2020年,全球其销售新能源汽车324万辆,欧洲和中国分别为139万和133万辆,美国仅32 8万辆。如果没有特斯拉,美国新能源汽车市场实际上在衰退。

对此,美国在3月底提出的“美国就业计划”,将向电动汽车领域投资1740亿美元,以鼓励汽车企业和屯池企业在美国本土生产相关产品。

欧洲的布局则更加深远。欧洲早在2017年意识到了电动汽车大潮将至,固守传统赛道无益,并开始布局一个“电池计划”,为电动汽车产业,尤其是电池生产研究项目提供资金帮助。

此外,和过去基于产业原因发展新能源车不同,加快节能减排,助力实现碳达峰、碳中和(即碳排放总量为零)成为发展新能源车的新动力。

动力电池市场呈现出马太效应,宁德时代占据市场龙头地位

但想赶超中日韩,欧美仍需努力。“欧洲等国现在在技术上还略有滞后.但5年后情况如何就不一定了。”一位熟悉锂离子电池的研究人员表示,锂离子电池背后的科学技术在三十多年里基本上没什么变化,“如果没有大的突破,基于科研优势,欧美等国在2025年之后很有可能成为另一股力量。”车企纷纷涌入:能否拉低电池成本?

各国政府角逐电动汽车产业链之外,还有车企们对于自产电池的热情。

如果没有特斯拉,美国新能源汽车市场实际上在衰退

去年12月,苹果首款电动汽车Apple Car原型车被爆已经在美国加州上路测试,并将在今年9月推出首款车型。对造车感兴趣很容易理解,毕竟这是个2万亿美元的大市场,更引人注意的是苹果造的车将应用独家“突破性的屯池技术”。

苹果入局被视为特斯拉未来最大的对手

据路透社报道,这一电池技术正是苹果造车策略的核心,“它有望极大地降低电池成本,同时增加车辆续航”。要做到这一点,苹果计划采用一种独特的单体电池设计,让所有屯芯直接融合到一起,从而消除传统电池组各个电芯之间存在的空间浪费。动力电池结构是以单个电芯为单位,电芯打包组成电池包,之后再安装到车辆上。苹果的电池设计可以在同等空间内,用上更多的电池材料,实现更持久的续航。

增加续航里程,更加贴合消费者使用习惯是头部车企们下场参与屯池研发的原因之一。充换电基础设施难以满足电动汽车的发展,这就要求车企们通过提升电池能量密度,增加续航里程,才能给用户提供与驾驶燃油汽车同样的体验。

降低成本则是促使车企造车的另一动力。汽车产业至今仍然是一个低利润、资本密集型产业,车企仅仅是打造出自己的供应链、实现量产已经非常难得。一旦实现整车规模化生产,如果能在屯池技术上有所突破,将大大降低造车成本。有数据显示,电池成本占电动车总成本的30%—40%,车企仅仅是采购电芯后自行生产电池包,也要比直接采购电池包更有成本优势。

“业内有个其识,即车企自产屯池的门槛是新能源产品产量达到50万辆,为了实现稳定供货,车企一般会考虑自产电池。”前述汽车行业从业人员表示。

今年3月,大众汽车集团提出“标准电芯”概念,称不再将电池系统视为单独的零部件,汽车需要围绕电池来设计。并计划在2023年量产,到2030年装载标准电芯的车型超过八成,从而实现规模降本效应。

根据咨询公司Benchmark Minerallntelligence的数据,锂离子电池组的价格在过去10年里已经下降了近90%,去年降至每千瓦时110美元左右。

大众汽车集团入局电池产业,并提出“标准电芯”概念

但平均而言,电动汽车仍比传统汽油车贵30%,有分析师认为在3年内,动力屯池成本将从目前160美元每千瓦时降至100美元以下,达到与传统汽车“成本平价”。一旦成本差距磨平,对电动汽车的需求将进一步加速,对屯池的需求也将井喷。头部车企下场造屯池不仅可以降低成本,还可以减少对电池厂商的依赖,这对其未来的良性发展显然更加有利。固态电池研发:电池玩家进入“终局游戏”

2020年以来,镍、石墨、锂、钴和铜等原材料受海外疫情影响,供应不足,价格不断上涨。

而每一辆电动汽车的动力屯池需要大约20公斤的镍(特斯拉Model 3需要30公斤)、20公斤的钴,外加大约60公斤的锂化合物,叠加需求端火热,锂电池价格也罕见地开始上涨。彭博社预测,若原材料价格上涨到2 018年的水平,锂电池100美元每千瓦时的目标达成时间将延后至2026年。

这也将加速厂商们研发新型电动汽车屯池材料和基础技术的更新换代。5月23日,据宁德时代董事长曾毓群对外透露,宁德时代将于今年7月前后发布钠电池。国泰君安证券分析,发展钠离子屯池是三元高镍技术路线的补充,也可以减少对锂资源的依赖。

汽车产业的未来,更多的还是寄望于固态电池,固态屯池是指用固态电解质替代电池中的电解液和隔膜,正极体系变化不大,负极为锂金属。

大众汽车电池中心负责人Frank Blome特固态电池描述为锂离子电池的“终局游戏”。

他解释称,固态电池能量密度更大、更安全、高低温性能也更好。“它们有更长的续航时间,电池单元可以堆叠,就像墙上的砖块一样,更容易适应不同的汽车设计:同时它们将需要更少的铜和铝,石墨和钴可以完全被淘汰,回收固态电池会变成一个更简单、更安全的过程。”

原材料上涨导致成本迟迟难降

各国企业目前都在主攻固态屯池研发,争夺在新领域的主导权。

2021年1月19日,宁德时代公布两项与固态屯池相关技术专利。2020年12月,《日经新闻》报道称,丰田在固態电池研发方面处于领先地位,有上千项专利,居世界第一,并计划在2021年推出固态电池试制车辆,开展性能试验。

但产品从研发、量产到应用还需要经过市场的验证,未来合理的经济性才可能是固态电池大规模应用的前提。业内人士预测固态电池合理的量产时间是5年以后,大规模应用时间是在6~10年以后。

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