动力电池市场激战正酣 哪种技术路线能够胜出?

2020-03-27 17:58:37 来源:金融界上市公司研究院 5个月斩获362.16%!

  作者:鲁臻

  受益于下游新能源汽车发展,作为主要中游产业,动力电池也随之进入爆发期,全球动力电池出货量8年增长超过百倍,由2011年的1.08GWh上升至2019年的116.6GWh。

  年初以来,资本市场连续出现CTP技术、刀片电池、特斯拉无钴电池技术等多个与动力电池相关的新闻热点,引发业界和投资者对2020年及未来电池技术路线的无限遐想。数据显示,一台新能源汽车中电池系统成本占到30%~40%,可以说电池是新能源汽车时代最重要最核心的配件。

  技术迭代 动力电池技术路线逐渐清晰

  从全球范围来看,目前动力电池技术发展尚未达成共识,各国和地区各个技术路线均有涉及,包括锂离子电池、全固态电池等。其中,锂离子电池因为能量密度高和循环使用寿命长,成为电动汽车乃至大多数电子产品的常用电池。

  事实上,锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四个部分组成,其中正极材料成本达到30%-40%,是当前提升电池性能的关键。根据使用材料不同分为镍钴、镍钴锰、磷酸铁锂、钛酸锂、锰酸锂和钴酸锂等六种,其中,前两种又被称为三元锂电池

  从性能指标来看,动力电池性能指标主要有储能密度、循环寿命、充电速度、抗高低温和安全性五个维度。根据麦肯锡2016年进行的一项电动车消费者习惯调查显示,中美德三国消费者对于电动车的疑虑依次是产品价格、续航里程、充电便利性、车型/品牌。

  综合分析来看,汽车电动化的必要条件就是在满足安全性的前提下,以能够接受的成本缓解消费者的续航里程焦虑。也就是说,储能密度和安全性是动力电池的两大刚需。其中,钛酸锂电池和锰酸锂电池因为储能密度太低而被抛弃,钴酸锂则因安全性太差而被弃用,这就导致三元锂电池和磷酸铁锂电池成为新能源汽车两个主流的电池技术路线,分别被应用于乘用车市场和客车市场。

  根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示,2020年1-2月,我国动力电池产量累计1.7GWh,同比下降85.1%。其中三元锂电池产量累计0.83GWh,占总产量47.9%;磷酸铁锂电池产量累计0.89GWh,占总产量51.6%。磷酸铁锂电池累计产量不仅反超三元锂电池,还超过了除磷酸铁锂电池之外所有电池类型的总和。

  但从动力电池装机量来看,三元锂电池仍是主流。1-2月三元锂电池累计装机量2.1GWh,占比为72.4%;磷酸铁锂电池装机量0.8GWh,占比为27.6%。

  按材料类型划分的动力电池2020年1~2月产量和装机量(单位:MWh)

  制表:金融界上市公司研究院 数据来源:动力电池联盟

  三元锂电池VS磷酸铁锂电池

  从技术角度而言,三元锂电池和磷酸铁锂电池各有千秋,不存在绝对的好坏。

  具体来看,在储能密度上,根据2020年1月14日工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录(2020年第1批)》显示,纯电动乘用车使用的三元锂电池系统的能量密度基本在160Wh/kg及以上,最高达191Wh/kg,而大部分的纯电动客车使用的磷酸铁锂电池系统的能量密度集中在140Wh/kg及以上,最高为161.27Wh/kg。从发展趋势来看,各国和地区普遍计划到2030年单体能量密度达500Wh/kg。

  在循环寿命上,磷酸铁锂电池要优于三元锂电池。磷酸铁锂电池充放电循环次数大于3500次后才会开始衰减,也就是说其使用寿命可长达十年左右,而三元锂电池的充放电循环次数则仅为2000次,意味着其使用寿命约为6年。当然,决定动力锂离子电池使用寿命的因素有很多,包括体系本身的特性,以及制造工艺、使用工况等。优质的电池体系,外加科学的管理系统,可以在一定程度上延长使用寿命。

  在抗低温上,与磷酸铁锂电池低温下限值零下20度相比,三元锂电池低温使用下限值为零下30度更有优势。同时在相同低温条件下,三元锂电池冬季衰减不到15%,而磷酸铁锂电池衰减高达30%以上。

  在成本上,磷酸铁锂电池的正极材料不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、铁等资源丰富,不会存在供料问题;而三元锂电池的正极材料使用镍、钴等金属,其价格相对较高,且易受到钴、镍原料价格波动影响。当然随着电池技术的逐步成熟,三元锂电池成本也在逐渐下降。

  综上所述,三元锂电池的优势在于储能密度高,抗低温,而磷酸铁锂电池的优势则在于循环寿命长,成本低。尽管在材料和电池设计方面,锂电池生产成本下降的路径非常清晰,但在安全性与过程能力的双重约束下,推行降本工艺都以技术进步为前提。

  据外媒报道,韩国科学技术研究院(KIST)储能研究中心的Hun-GiJung博士及其研究团队宣布,已开发出新型硅负极材料。与石墨负极材料相比,采用这种材料的电池可将容量提升4倍,并且支持快速充电,在5分钟之内充电至80%以上。若用在电动车动力电池上,预计汽车的续航里程或将增加一倍以上。

  对于车企而言,其对于电池的选择要从驾驶安全,续航里程,成本等多方面进行考虑,适合自己的才最重要。然而,在新能源车整体补贴退坡路径已经明确的情况下,如何降本以保持盈利能力成为行业首要问题。因此,对于那些成本变化更为敏感的车型来说,磷酸铁锂的成本优势可能会更加突出。但从续航角度来看,高端市场中三元电池仍是头号选择。如目前特斯拉Model3长续航版仍然采用三元锂电池。

  此外,对于电池厂商而言,还需要防范技术在固态电池、锂硫电池、锂-空气电池等低成本新技术路线出现突破,这或将对现有格局产生较大冲击。

  附:2019年国内动力电池装机量top10厂商一览

 

  制表:金融界上市公司研究院数据来源:动力电池联盟

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关键词阅读:动力电池 市场激战 技术路线

责任编辑:江欢
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