從能量密度競賽中折返:動力電池跨進無鈷時代?

2020-12-11 新銳汽車觀察

01

踏進新賽道

上半年中國動力電池領域,發生了兩件大事:

一是由「電池大王」王傳福領銜的比亞迪,在3月底發布了刀片電池;二是在電池領域名不見經傳的蜂巢能源,5月18日發布了無鈷電池。

蜂巢能源背後的老闆是長城汽車,所以也有人稱是魏建軍發動了無鈷電池衝擊波。

有意思的是,王傳福和魏建軍,南北對峙多年的自主品牌車企,已經由過去的發動機、變速箱的競爭,變成了動力電池的競爭。

然而,對眼下動力電池產業的衝擊,魏建軍畢竟不如王傳福老道。比亞迪的刀片電池已經量產,而蜂巢能源的無鈷電池,離量產還有一年的時間。

看長遠一點,中國動力電池的霸主寧德時代的評價完全不一樣,認為後者帶來的衝擊波更大。

對於王傳福寄予厚望的刀片電池,寧德時代董事長曾毓群有些不屑:

目前據報導的刀片電池是我們2016年量產的CTP結構創新概念中的一種,我們已經選擇並量產CTP結構創新裡最優的幾種,比如CTP-0、CTP-1、CTP-2。

曾毓群說得很直接,意指王傳福的刀片電池技術,是寧德時代玩剩下的方案。

而對於無鈷電池,曾毓群的態度完全一樣,稱是一個全新的、顛覆性的產品,寧德時代對相關技術的研發,也正在推進當中。

認真的對手往往明爭暗鬥。王傳福也隔空喊話曾毓群,幾年前磷酸鐵鋰電池在三元材料電池的衝擊下偃旗息鼓,現在通過刀片電池捲土重來了。

國內動力電池裝機量,過去幾年已經沒有懸念。不過,王傳福並不認為三元材料電池為主的寧德時代,可以統治未來。

在過去十年的新能源汽車發展歷程中,動力電池經歷了磷酸鐵鋰主導和三元材料電池主導的時代,在兩個體系裡,能量密度、充電速度、安全性能等技術革新越來越快。

儘管有很多技術指標,但磷酸鐵鋰的發展以安全性為主線,而三元材料電池的發展以能量密度為主線。過去幾年,能量密度高的三元材料電池更加受市場歡迎。

但2018年鈷價暴漲之後,路線爭論出現轉機:因為三元材料電池中的鈷,稀缺而價格昂貴,導致高鎳電池需要在能量密度競賽中折返回來,去找一個折中方案。

2018年,全球鈷價由每噸價格2萬美元暴漲到9萬美元。一大批鈷公司,包括寒銳鈷業、華友鈷業、洛陽鉬業,股價翻飛,衝上歷史最高點。

這就是兩年前的「姑爺一飛沖天」。這一波最後狂潮終結於,特斯拉宣布將採用無鈷電池。姑爺半空跌落,臉著地。

在特斯拉發聲前,和鈷產業鏈更近的動力電池巨頭,早就意識到鈷的全球儲量,根本不足以支撐新能源汽車的發展。尋找鈷的替代產品,已經在內部研究多時。

02

找到鈷替代方案

通常的三元鋰電池(NCM)中,鎳、鈷、錳材料構成正極。

以寧德時代為例,目前主流產品是NCM 523電池,同時,能量密度更高的NCM 811也正在推廣中。其中,NCM811電池的鎳鈷錳比例為8:1:1。

因為鈷價格昂貴,約佔整個動力電池成本的10%。同時,相關數據顯示,按照目前的電動汽車發展速度,倘若不考慮回收,全球鈷元素將在2026年被消耗殆盡。

所以,動力電池巨頭都在研發鈷的替代方案。但出人意料的是,最先發布無鈷電池的,是成立僅為兩年的蜂巢能源。蜂巢能源公司成立於2018年2月。

有人認為,蜂巢能源是為了趕在特斯拉電池日發布無鈷電池前,製造外界影響力。但即便如此,這種操作也相當聰明。

蜂巢能源5月18日發布了兩款產品:115Ah電芯和L6薄片無鈷長電芯。

相關信息顯示,115Ah電芯的容量為115Ah,能量密度為245Wh/kg,車輛續航裡程為600公裡,預計在2021年6月推出。L6薄片無鈷長電芯的容量為226Ah,能量密度為240Wh/kg,預計搭載在長城哈弗的一款高端車上,續航裡程為880公裡,預計在2021年下半年推出。

蜂巢能源的無鈷電池一經發布,就在全球媒體上搶盡了風頭,一戰成名。畢竟,它成為領先特斯拉發布無鈷電池的全球第一,也領先寧德時代、LG和松下、比亞迪等巨頭。

但事實上,從蜂巢能源的無鈷電池要一年後才量產來看,不排除動力電池巨頭在量產上搶在蜂巢能源前面,搶市場先機。

而且,動力電池的競爭,已經不是單純技術和參數的競爭,而是技術和製造體系的競爭。除了質量和可靠性,還有安全的需求,技術、產品品質、供應鏈管理、成本、資金實力等的競爭都很激烈。蜂巢能源完全沒有優勢。

電池行業的門檻並不高,新能源汽車產業興起後,全國曾有大大小小几百家電池廠為車企供貨,被稱為「小亂差」產業。很多電池廠的問題在於,工藝落後,電芯的一致性差,導致了電池模塊和電池包的質量差,安全事故頻發。

另外,如果沒有規模效應,在成本上,新闖入者也很難和巨頭抗衡。所以,從整體上看,無鈷電池的出現,恐怕很難改變現有電池產業格局。

經過十年的發展,動力電池行業格局基本確立。新闖入者只存在於一個機會,那就是依託強大的車企背景,先為自家供貨,才可能進行技術、工藝、經驗和規模化的積累,打開市場。

03

丟不掉的NCM

蜂巢能源的無鈷電池,實際上是找到鈷的替代方案。由現有的鎳鈷錳三元材料,變成鎳錳二元材料。

蜂巢能源採用了兩種化學鍵能更大的元素,替代鈷,摻雜到材料中,構建了新體系電池的基礎。

通常,評價電池技術發展前景的標準,包括能量密度、熱穩定性、充電速度、循環壽命、成本等幾個重要因素。

其中,能量密度和熱穩定性成反比。從磷酸鐵鋰、三元材料電池到無鈷電池,能量密度和熱穩定性的關係,依舊成立。磷酸鐵鋰能量密度最低,熱穩定性最好;三元材料電池能量密度最高,熱穩定性也最差;無鈷電池折中。

據蜂巢能源稱,通過陽離子摻雜技術,提高材料的上限電壓,實現能量密度比磷酸鐵鋰提高40%。國軒高科稱,磷酸鐵鋰電芯的能量密度大概為190-200 Wh/kg。

無鈷電池電芯的能量密度可以做到245Wh/kg,如果按照一般電池包的物理結構,電池包的能量密度大概是電芯的40%-50%,如果按照行業上限可以達到60%,也就是無鈷電池包的能量密度可以達到147 Wh/kg。

事實上,據比亞迪的官方數據,其刀片電池的電池包能量密度,也可以達到140 Wh/kg。

所以,目前來看,第一代的無鈷電池,相對於磷酸鐵鋰的能量密度,並沒有絕對的優勢。但磷酸鐵鋰的能量密度可提升空間並不大,而脫胎於三元材料電池的無鈷電池,可能具有更大空間。

所以,無鈷電池儘管目前在能量密度、成本、安全性能等方面,並不比磷酸鐵鋰優越,但仍可能是未來的主要路線。這也是動力電池巨頭加速布局的核心因素之一。

而在鈷礦還沒有完全用盡之前,鎳鈷錳酸鋰電池仍然可能擁有巨大的市場。原因很簡單,它在能量密度上,仍有巨大的優勢。

目前,能量密度最高的量產化三元材料電池——NCM 811電池,其電芯能量密度可達到250-280Wh/kg,電池包能量密度高達170-180Wh/kg,遠高於磷酸鐵鋰電池。

據寧德時代稱,電池包的能量密度是指根據車企需求開發的密度,如果自主設計電池包,能量密度可以做到250Wh/kg以上。以第一代的無鈷電池來看,能量密度的差距是比較大的。

而在成本上,國內三元鋰電池電芯報價約在0.9元/Wh左右,磷酸鐵鋰電芯則在0.7元/Wh左右。磷酸鐵鋰電芯也沒有絕對的優勢,能夠以低成本屠殺市場。

無鈷電池在所有的參數上,幾乎都介於磷酸鐵鋰和三元材料電池之間,所以,無鈷電池如果沒有在性能參數上出現較大的差異前,那麼它的興起,一定是要在鈷貴到車企無法承受之後。

以目前的技術標準看,無鈷電池的處境,在市場上可能是上下夠不著的「夾心餅乾」。但全球的鈷礦在2026年就會開採完,所以,三元材料電池的終結,一定會早於這個時間。

相關焦點

  • 從能量密度競爭中回歸:動力電池進入無鈷時代?
    至於無鈷電池,曾毓群也持同樣的態度,據說是一款全新的顛覆性產品,在寧德時代,相關技術的研發也在不斷推進。認真的反對者往往是明爭暗鬥。王傳福也調用曾毓群,幾年前,磷酸鐵鋰電池在三元材料電池的衝擊下掉落,現在通過刀片電池捲土重來。國內動力電池裝機容量在過去幾年中一直沒有懸念。然而王傳福並不認為基於三元材料電池的寧德時代能夠主宰未來。
  • 動力電池比能量是什麼_動力電池比能量密度怎麼計算
    實際比能量和理論比能量的關係式如下: W實=W理KvKRKm 式中Kv-電壓效率(蓄電池的工作電壓與電動勢的比值); KR-反應效率(表示活性物質的利用率); Km-質量效率蓄電池中存在一些不參加成流反應但又是必要的 物質,應減小這些物質所佔比例,以提高活性物質所佔比 例。兩者之比是質量效率。
  • 動力電池能量密度全面解析(內附動圖)
    圖1 電池包系統在整車中的布局▌什麼是能量密度?能量密度(Energydensity)是指在單位一定的空間或質量物質中儲存能量的大小。▌什麼是單體能量密度?電池的能量密度常常指向兩個不同的概念,一個是單體電芯的能量密度,一個是電池系統的能量密度。電芯是一個電池系統的最小單元。M個電芯組成一個模組,N個模組組成一個電池包,這是車用動力電池的基本結構。
  • 特斯拉將啟用寧德時代動力電池;國軒高科量產磷酸鐵鋰電池能量密度...
    本期關鍵詞:特斯拉將啟用國產電池;國軒高科量產磷酸鐵鋰電池能量密度190Wh/Kg;易事特交付南方電網工業園區首個虛擬電廠儲能項目。特斯拉將啟用國產電池,成本或大降25%5月11日,在寧德時代2019年度業績說明會上,寧德時代稱預計下半年向特斯拉供應動力電池。
  • 動力電池的能量密度,真能決定電動車的好壞嗎?
    動力電池的能量密度決定車輛的續航,同時也決定車輛的性能, 當然也包括在動力電池的能量密度裡, 電池是否正常工作可以用來判斷電池的蓄電能力, 當然,在我們普通人眼裡電池的能量密度和車輛的好壞有關係。我們把電池的能量密度看作車輛的中樞神經,電池的容量密度像人類心臟的跳動給人體一樣,其重要性是沒有語言表的,所以能量,密度是什麼? 能量密度簡單來說由電池的正負極決定, 正負極上有很多, 活性物質這種活性物質給電池充電, 這種物質儲存在電池組裡, 決定電池的壽命, 此外,它還決定電池的重量, 現在汽車電池的安裝位置和電池的大小是固定的, 這也是由車架決定的。
  • 能量密度vs成本 燃料電池和鋰電池誰將主宰動力電池市場?
    能量密度vs成本 燃料電池和鋰電池誰將主宰動力電池市場?燃料電池能量密度遠高於鋰電池,相應電池容量,快充能力和續航裡程就具備了天然的優勢,即使是和鋰電池的頂級豪車Tesla相比也是大幅領先。但其功率密度不高,最大輸出功率取決於輔助的動力電池系統,相應最高時速和百公裡加速指標和鋰電池相差不大。為了便於比較,我們下文選取目前主流的2L排氣量汽油車,對應45度鋰電池車和輸出功率100KW燃料電池車作為分析基準。
  • 寧德時代陰影下的動力電池生死競賽
    從2015年趕超日本成為全球最大的動力電池生產國,到2019年中國動力電池出貨量為71GWh,全球佔比61.7%。具體到企業來看,寧德時代連續三年蟬聯世界第一,排名前十企業中,中國企業也是佔了大半。圖2:全球主要動力電池企業產能規劃,資料來源:高工鋰電02寧德時代坐擁國內半壁江山憑藉在全球最大的新能源車市場中野蠻生長,寧德時代在國內更是恐怖地佔據了半壁江山;而二線企業既要面對寧德時代的降維打擊
  • 寧德時代陰影下的動力電池生死競賽 中國動力電池龍頭劍指全球
    從2015年趕超日本成為全球最大的動力電池生產國,到2019年中國動力電池出貨量為71GWh,全球佔比61.7%。具體到企業來看,寧德時代連續三年蟬聯世界第一,排名前十企業中,中國企業也是佔了大半。在2020—2025年期間,欣旺達將為易捷特約36.6萬臺相關車型提供電池配套。 做消費鋰電池起家的欣旺達,一躍成了動力電池領域的黑馬。欣旺達憑藉多年在消費電池模組的技術沉澱和品牌積累,獲得電動工具、醫療設備等領域中高端客戶的青睞。
  • 動力電池高能量密度、高安全技術趨勢不改
    鋰電池技術正日漸成熟,在上下遊產業鏈的聯繫更為緊密的同時,電池企業的技術路線切換也更為困難,不論是磷酸鐵鋰還是三元電池,高續航高能量密度趨勢、高安全技術將日益顯著,技術升級要求迫切。如今,動力電池高能量密度、高安全技術與低成本路線並存,基本已成為業內共識。
  • 動力電池競爭白刃化,寧德時代推超級電池迎接挑戰
    6月11日,寧德時代祭出強力回擊,彭博社採訪寧德時代董事長曾毓群獲悉,寧德時代已經準備好出售一款可以運行16年,滿足電動車200萬公裡行駛裡程的新型動力電池。對比Model 3 2020款標準續航版電池組保8年及16萬公裡計算,寧德時代的新款電池將質保年限提升了一倍,行駛裡程提升了11.5倍。
  • 練就三項「秘技」,這款動力電池實現國際領
    鋰離子動力電池能量密度已成為其產業化瓶頸,為此美、日、韓等國都制定了相關產業政策,其目標均指向「2020年能量密度達300Wh/kg」。日前,在國家重點專項支持下,寧德時代新能源科技股份有限公司研發團隊攻克高鎳三元材料及矽碳負極材料等關鍵核心技術,率先開發出比能量(質量能量密度)達304Wh/kg的電池樣品,在這一國際競賽中折桂。
  • 從奔馳EQC數據墊底,來聊下電池能量密度大小的技術問題!
    不過,有個小數據引起了車載君的好奇,那就是:在這一批近20款車型裡,奔馳EQC的電池能量密度數據墊底,處在倒數第一位。電池能量密度到底是個什麼概念?數據越高越好嘛?為嘛奔馳這麼高端 的車型,反倒數據不好看呢?這一篇,我們嘗試著給大家解讀下。
  • 中國大學生動力電池創新競賽——猛虎出山研究主題概述
    中國大學生社會實踐知行促進計劃第三屆中國大學生動力電池創新競賽概述學校名稱:北京工業大學團隊名稱:猛虎出山小隊本項目研究主題為:基於高離子電導率的聚合物電解質和高容量正極材料構建高比能和寬溫度範圍的固態鋰電池。
  • 鎳含量90% NCMA四元電池要來了?
    導讀:NCMA四元鋰電池具有提升電池能量密度、改善充放電性能等優點。出於降本增效的考慮,不少廠商開始研究四元鋰電池的可能性。 NCMA電池的特點 NCMA電池是指正極採用鎳、鈷、錳、鋁四種金屬材料的四元電池。該概念最早於2016年由韓國漢陽大學及韓國本土動力電池企業共同提出。
  • 深度報告:動力電池未來幾何?
    綜合配套客戶、能量密度技術、未來產能擴張等方面,寧德時代與LG化學競爭優勢突出。全球範圍看,歐洲本土系蓄勢待發,有望成為中日韓之後的第三大動力電池產業集群。 【報告正文】1。 汽車電動化加速帶來動力電池發展機遇 1.1 長期看,汽車電動化趨勢毋庸置疑 環保要求推動汽車電動化轉型。
  • 電動汽車時代,到底哪種動力電池能笑到最後?
    三元鋰電池存在即合理,三元鋰電池能在眾多動力電池中脫穎而出成為主流,與其兩大優點分不開。首先它的能量密度高,能給電動汽車帶來不錯的續航;其次,三元鋰電池的壽命、輸出功率和成本控制達到一定平衡,利於商業化普及。所以我們看到特斯拉、比亞迪、北汽新能源等電動行業的領軍企業,旗下產品多為三元鋰電池。
  • 國軒高科磷酸鐵鋰電池單體能量密度已突破200Wh/kg
    ,從而提高材料克容量及壓實密度,同時對電池化學體系進行優化,並通過對PACK工藝技術改進以及電池包設計優化,公司磷酸鐵鋰電池單體能量密度實驗階段已突破200Wh/kg。這一水平與目前搭載三元電池的主流車型已經非常接近了,目前,寧德時代配套的三元電池多數能量密度集中在160Wh/kg,最高的為180Wh/kg,比亞迪配套的三元電池多數能量密度集中在160Wh/kg,最高的為161Wh/kg。
  • 特斯拉動力電池戰略分析:特斯拉的電池風雲
    寧 德時代、比亞迪在動力電池材料、單體和系統等細分領域均有相當程度布局,且研究也涉及新電池體系。國際 動力電池企業如松下、LG 化學、三星 SDI 等也具備深厚積累。事實上寧德時代的商品化動力電池已有能量、功率等多種細分類型,使用性能也在不斷進步;2019 年能量 型 NMC811 電池裝車廣汽 Aion LX、蔚來 ES6 等,初步實現較高裝車量。電池系統方面,寧德時代無模組電池/比亞迪「刀片電池」均是有能力體現明顯實際效果的工程創新。
  • 華為智能汽車具體使用三元鋰電池哪種類型的能量密度型號?
    可見採用這類電池的品牌,它們旗下的車型都有著高性能、高續航等特點,完全滿足當下消費者對新能源車的需求。frjEETC-電子工程專輯前幾年三元鋰電池的與鈷酸鋰相比,三元的能量密度普遍不太高,後來日本把三元鋰電池的能量密度提高到接近鈷酸鋰。
  • 優能工程師:動力電池CTP技術是什麼?
    隨著動力電池技術加快,對於動力電池而言一些技術也在不斷的提高和應用,在今年的德國法蘭克福國際車展上,寧德時代推出了全新的CTP高集成動力電池開發平臺,那麼對於動力電池ctp技術是什麼? 更多新能源汽車資訊在「優能工程師」,由易到難,由淺入深,全方位學習,維信館主。