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动力电池技术暗战升级

   日期:2022-07-21     浏览:0    
 随着汽车行业大步迈向新能源时代,动力电池技术的创新有多重要?对于新能源汽车厂商来说,意味着续航里程的增加,直接影响一辆车的销量;对于动力电池厂商来说,本质上是一场残酷的生存之战。
 
目前新能源汽车销量正处于快速攀升期。乘联会发布的全国乘用车市场数据显示,2022年6月,新能源乘用车批发销量达57.1万辆,同比增长141.4%,环比增长35.3%;新能源乘用车零售量达到53.2万辆,同比增长130.8%,环比增长47.6%。
 
因此,动力电池的负载能力迅速提高。根据高技术产业研究院的数据,2022年1-5月,中国82.43GWh的装机量占全球市场份额的54.2%,再次位居世界第一。
 
中国动力电池装载量连续五年位居世界第一,技术创新一直是最重要的驱动因素。
 
动力电池行业人士曹旭告诉坦克神科技,动力电池技术创新大致可以分为两个方向:一是材料创新,如钠离子电池、钾离子电池;二是技术创新,比如通过改变动力电池的结构来提高能量密度和安全性。
 
“目前动力电池行业正处于技术井喷期,无论是材料创新还是工艺创新都是多多益善。随着动力电池技术的快速发展、成熟和大规模应用,全球动力电池行业竞争格局可能面临新一轮重构。”曹旭说。
 
1.厂商的技术战。
 
目前,通过技术创新降低成本、抢占市场份额已经成为动力电池厂商的普遍共识。进入2022年后,围绕动力电池的技术战愈演愈烈。
 
 
图/麒麟电池
 
动力电池制造商非常重视技术创新。一方面,新能源汽车市场在扩大,动力电池技术的创新有利于带来更多的增量市场;另一方面,最先创造出革命性技术的动力电池厂商,将在新能源浪潮中占得先机,甚至拥有行业话语权。
 
众所周知,动力电池决定了新能源汽车的续航里程,而续航里程是影响新能源汽车销量的重要因素。
 
现阶段新能源车续航里程还不尽如人意。大量调研数据显示,消费者放弃购买新能源汽车的原因中,对续航里程不满意的占比高达45.3%。
 
不过续航里程也不是无解。比如最永久的解决办法就是携带高能量密度的动力电池。
 
“事实上,在现有的技术体系下,搭载高能量密度的动力电池可能并不是最好的选择。”曹旭向“坦克神科技”解释说,“高能量密度动力电池的类型主要是三元锂电池,三元锂电池中金属镍的含量比较大。虽然提高了能量密度,但也会导致动力电池热失控温度和安全性下降,更容易导致自燃等安全隐患。”
 
目前动力电池行业普遍形成了三元锂电池和磷酸铁锂电池“两个世界”的局面。两者最大的区别在于正极材料,其中三元锂电池的正极材料是锰酸镍钴锂,而后者的正极材料是磷酸亚铁锂。
 
正极材料不同,差别很大。三元锂电池体积较小,容量密度较高,耐低温,循环性能好,但热稳定性差。而磷酸铁锂电池在成本、安全性、循环寿命等方面更具优势,但低温性能差,快充能力弱,电池管理系统(BMS)控制困难。
 
因此,在安全性、能量密度和成本之间找到平衡点一直是动力电池厂商长期不得不面对的难题,而技术创新是解决问题的一个关键。
 
“麒麟电池是动力电池发展史上的一次创新。它肩负着三大使命:一是巩固当代安普科技有限公司的护城河,为其赢得主动权;二是改变新能源汽车厂商求‘二供’、‘三供’的局面,用技术创新挽回失去的市场;三是在技术同质化越来越严重的当下,把动力电池行业从价格战拉到价值战。”告诉曹旭“探索科学和技术”。
 
根据当代Amperex科技有限公司披露的各种数据,很明显麒麟电池指的是4680电池。
 
2020年9月,在特斯拉的“电池日”活动上,马斯克发布了第三代4680电池,采用无极耳设计,全新硅材料,无钴技术加持。其能量密度高达300Wh/kg,比上一代2170电池高5倍。续航里程提升16%,输出功率提升6倍,相应成本降低14%。
 
但是4680电池还是无法大规模装载。表面原因是4680电池产能严重滞后。截至2022年1月,4680块电池的产量已经超过100万块,但只能组装1000块特斯拉Model Y。
 
至于根本原因,4680电池良率太低。初期4680电池的良品率只有20%左右。几经技术迭代,良品率只提高到70%-80%。目前4680电池平均良率92%,基本达到量产标准。
 
不过4680电池留给麒麟电池突破的窗口期并不长。
 
在特斯拉2022年第一季度的财报电话会议上,马斯克表示:“德州工厂未来将成为全球最大的电池工厂。预计到2022年底,4680块电池的产能将达到每年100GWh,可满足130万辆电动汽车的需求。”
 
更有甚者,作为当代安培科技有限公司在海外市场的竞争对手,松下、LG新能源和三星SDI都转向4680电池,并新建了4680电池的生产线,试图成为特斯拉的动力电池供应商。
 
另外,比亚迪的刀片电池也是麒麟电池的一大劲敌。刀片电池是基于CTP技术原理开发的磷酸铁锂电池。通过技术创新,增加电芯长度,体积能量密度提高50%,使用寿命可达120万公里,而成本降低30%。
 
最新数据显示,2022年6月,比亚迪市场份额为18.53%,位居中国动力电池加载量第二。目前比亚迪生产的刀片电池几乎都是自己的车型在用。也就是说,仅新能源汽车厂商比亚迪一家,刀片电池的装载量就占了中国市场近20%的份额。
 
整体来看,虽然都是三元锂电池,但麒麟电池和4680电池的技术创新侧重点不同,而比亚迪一直坚持生产磷酸铁锂电池。
 
在曹旭看来,他们对技术创新的理解是当前动力电池技术“百花齐放”的缩影。“未来五年,差异化技术将成为动力电池厂商生存的关键,技术之战将更加深入和激烈。”
 
2.第二梯队不容小觑。
 
毫无疑问,动力电池行业的技术暗战正在逐步升级。不仅头部动力电池厂商,动力电池第二梯队也已经意识到“技术创新”是改变现有竞争格局的必由之路。
 
目前无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池,技术发展都比较成熟,很难有大的突破。动力电池第二梯队为了弯道超车,不得不寻求新的技术突破。
 
例如,6月28日,广汽集团发布了基于微晶技术的新一代超级锂铁电池技术,提升了磷酸铁锂电池的快速充电能力和低温性能。与目前市面上的磷酸铁锂电池相比,能量密度提高了13.5%,体积能量密度提高了20%,-20℃低温容量提高了10%左右,动力电池续航可达150万公里以上。
 
事实上,广汽集团在动力电池的技术创新上已经做了很多努力。2021年3月,广汽集团发布新一代弹匣电池,首次实现三元锂电池整包无火针刺;同年4月发布海绵硅负极电池,其核心优势在于大幅降低动力电池的质量和体积。
 
中新航空、欣旺达、郭萱高科和蜂巢能源也处于同样的位置。
 
在2021年9月举行的“世界新能源汽车大会”上,中创新航发布了一站式Bettery。动力电池应用了0.22mm超薄外壳技术、多维外壳成型技术、多功能复合封装技术等。,并实现了结构重量减少40%,零件减少25%,成本减少15%。
 
作为动力电池的新贵,欣旺达一直在追赶。6月17日,欣旺达公告称,将与东风集团、东风鸿泰共同投资设立合资公司,研发动力电池和储能电池的电池、模块及相关零部件。
 
此前,在“2022中国电动汽车委员会100人论坛”上,欣旺达副总裁加拉曾表示:“2022年底量产的BEV超级快充电池,续航里程700km,充电10分钟后续航里程400km,而且快充次数没有限制,可以做到不起火、不散热。”
 
此外,郭萱高科的JTM技术、蜂巢能源的无钴电池、短刀电池都具有高能量密度、低成本、高性能等核心优势,只是侧重点略有不同。
 
“目前以欣旺达、亿纬锂能、福迪电池为代表的动力电池厂商都在测试磷酸锰锂电池。磷酸锰锂电池具有磷酸铁锂电池的大部分优点,能量密度更高,几乎可以和三元锂电池相抗衡。一旦技术有质的突破,有望带动其市场份额提升。”透露给曹旭的“探索深度技术”。
 
虽然动力电池第二梯队的实力不容小觑,但技术创新的背后往往是数百亿的R&D费用。对于毛利率普遍较低的第二梯队来说,负担并不轻松。
 
根据坦克神科技的财报,2020年、2021年、2022年第一季度,当代安培科技有限公司、郭萱高科、亿纬锂能、福能科技、欣旺达的研发费用如下图所示。
 
 
其中,第一梯队的当代安培科技股份有限公司的累计R&D费用为138.3亿元,而第二梯队后四名的累计R&D费用仅为95.5亿元。差距极其明显。
 
不过,第二梯队也不是完全没有希望。曹旭认为,动力电池的技术创新强调循序渐进,积极探索新的技术路线,针对多样化的场景进行差异化。第二梯队还有弯道超车的机会。
 
3.固态电池时代何时到来?
 
更高的能量密度,更长的循环寿命,更高的安全性——这是动力电池技术创新的终极方向,而固态电池作为终极方向的具象化产物,被寄予厚望。
 
今年6月以来,已有三家固态电池厂商获得巨额融资:6月6日,泰蓝新能源宣布完成数亿元A++轮融资;6月8日,汇能科技获得国鑫科技投资的数千万美元融资;6月30日,黎恩电力宣布获得超过2000万美元的A+轮投资。
 
热钱密集涌入固态电池厂商的背后,是固态电池电路广阔的发展前景。韩国市场研究机构SNE研究公司预计,2025年中国固态电池市场空间有望达到30亿元,2030年达到200亿元。
 
固态电池的发展前景甚至吸引了动力电池产业链上游的锂矿厂商。
 
2022年1月,搭载赣锋固态电池的东风E70示范运营车正式投入市场。按照赣锋锂业的规划,规划产能为2GWh的第一代固态电池生产线将于2022年下半年逐步释放。
 
种种迹象表明,通过固态电池技术,动力电池行业正在酝酿一场新的变革。总的来说,固态电池有三个优点:
 
第一,安全性非常高。液体电解质的热分解温度和隔膜的熔化温度都在160℃以下,而固体电解质的热分解温度超过500℃,几乎没有火灾隐患。
 
二是能量密度显著提升,固态电池能量密度理论值有望超过500 Wh/kg;
 
第三,循环寿命大大提高,固态电池在充放电过程中几乎没有锂离子消耗,可以长时间保持固态电池的容量稳定。
 
固态电池虽然有很多优点,但在今天仍然没有正式应用,因为其缺点和实际问题显而易见。
 
“很难突破的一个技术难题是,固态电池的充放电效率很低,而且固态电池的生产工艺不成熟,工序复杂,整体生产成本太高。所以我们现在说的固态电池其实是固液混合或者半固态电池,离全固态电池还有一段距离。”曹旭说。
 
那么,全固态电池时代何时到来?
 
目前,一些传统汽车厂商已经披露了全固态电池的量产时间表:丰田计划在2025年实现全固态电池的小规模量产;宝马计划在2025年前推出一款采用固态电池的原型车;日产计划在2028年正式投产全固态电池。
 
“全固态电池时代的到来,与市场需求和技术创新直接相关。大概的时间节点会在2025年之后到来,2030年之前,只有少数高端电动车会配备全固态电池。”说到曹旭的“对科学技术的追求”。
 
创新是生存空间。新一轮技术革命到来之时,将是全球动力电池行业竞争格局重组之日。在此之前,所有动力电池厂商都会受到技术创新的束缚,被迫前行或主动退出。

特别提示:本信息由相关企业自行提供,真实性未证实,仅供参考。请谨慎采用,风险自负。


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