后補(bǔ)貼時(shí)代的電池技術(shù)趨勢(shì)和市場(chǎng)格局

補(bǔ)貼時(shí)代,推升電池能量密度,進(jìn)而提升電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程成為大家首要考慮的目標(biāo),但也應(yīng)看到,電池容量急劇上升的同時(shí),也帶來(lái)了其他一些問(wèn)題,尤其是安全隱患、壽命隱患、成本和產(chǎn)能高企。

安全方面,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2016年發(fā)生電動(dòng)汽車著火事件25起,2017年發(fā)生14起,而2018年截止到現(xiàn)在,共發(fā)生40起。事故數(shù)量上升的一個(gè)重要原因是過(guò)熱引起自燃。

壽命方面,單純進(jìn)行能量密度提升,但實(shí)際循環(huán)壽命可能下降。SK對(duì)于622和811的性能測(cè)試,結(jié)果顯示目前622的最優(yōu)化結(jié)果只有1400次,急于推向市場(chǎng)顯然有些操之過(guò)急。

綜上,電池性能的維度是包括多方面:循環(huán)壽命、充電倍率、能量密度等。從上述的分析,不難發(fā)現(xiàn),單一地對(duì)新能源汽車?yán)m(xù)航里程(概括為動(dòng)力電池能量密度)進(jìn)行補(bǔ)貼,有一定的積極作用,但是也有不足。例如過(guò)于追求電池能量密度的提高,可能疏忽電池安全性。后補(bǔ)貼時(shí)代,市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化將取代補(bǔ)貼,成為影響新能源汽車市場(chǎng)的核心要素。那時(shí)的動(dòng)力電池技術(shù)趨勢(shì)和市場(chǎng)格局會(huì)怎樣呢?

一、總覽動(dòng)力電池技術(shù)后續(xù)趨勢(shì)

(1)正極材料

磷酸鐵鋰:磷酸鐵鋰是最早應(yīng)用于動(dòng)力電池的正極材料。其特色是不含鈷等貴重元素,原料價(jià)格低且磷、鐵存在于地球的資源含量豐富,不會(huì)有供料問(wèn)題。其工作電壓適中(3.2V)、單位重量下電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長(zhǎng),在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。相比在消費(fèi)電子商業(yè)應(yīng)用更早的的鈷酸鋰和錳酸鋰電池來(lái)說(shuō),磷酸鐵鋰電池至少具有以下優(yōu)點(diǎn):更高的安全性、更長(zhǎng)的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬(原材料成本低)、支持快速充電、工作溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低,導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。同時(shí),由于在-10~-40℃存在相變臨界點(diǎn),磷酸鐵鋰低溫脫嵌鋰離子性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒(méi)有解決這一問(wèn)題。研究表明,一塊容量為3500mAh的電池,如果在-10℃的環(huán)境中工作,經(jīng)過(guò)不到100次的充放電循環(huán),電量將急劇衰減至500mAh,基本就報(bào)廢了。

三元材料:三元電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰的鋰電池。目前,三元電池企業(yè)主要應(yīng)用的是NCM622與NCM523,NCM811處于小批量的開(kāi)發(fā)階段。三元鋰電池能量密度高,循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善,電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V,在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)鈷酸鋰電池水平。三元材料動(dòng)力鋰電池主要有鎳鈷鋁酸鋰電池、鎳鈷錳酸鋰電池等,由于鎳鈷鋁的高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,導(dǎo)致高溫安全性差,且pH值過(guò)高易使單體脹氣,進(jìn)而引發(fā)危險(xiǎn),目前造價(jià)較高。在三元和磷酸鐵鋰在退補(bǔ)后的市場(chǎng)判斷,將在后面論證。

硫正極:鋰硫電池即正極是硫,負(fù)極是金屬鋰組成的電池,其理論比容量為1675mAh/g,理論比能量為2600Wh/kg。正極硫在放電過(guò)程中會(huì)變?yōu)槿苡陔娊赓|(zhì)的多硫化合物,多硫化合物會(huì)穿過(guò)隔膜到鋰負(fù)極處,與鋰反應(yīng)再回到正極側(cè),這個(gè)過(guò)程叫做穿梭效應(yīng)。穿梭效應(yīng)是鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性最大的障礙。目前,鋰硫電池仍然處于科學(xué)問(wèn)題研究的階段。

空氣正極:鋰空氣電池,更準(zhǔn)確的稱呼應(yīng)該是鋰氧電池(Li-O2),它是一種基于金屬與空氣化學(xué)能轉(zhuǎn)換電能的電池。在這種電化學(xué)型的電池由誘導(dǎo)的氧化鋰的陽(yáng)極和氧氣陰極組成。目前即使在學(xué)術(shù)界,仍然停留在其儲(chǔ)能機(jī)理研究及器件設(shè)計(jì)的階段,走向產(chǎn)業(yè)界仍然需要一段時(shí)間。

(2)負(fù)極材料

天然石墨:在鋰離子電池中,天然石墨粉末的顆粒外表面反應(yīng)活性不均勻,晶粒粒度較大,在充放電過(guò)程中表面晶體結(jié)構(gòu)容易被破壞,存在表面SEI膜覆蓋不均勻,導(dǎo)致初始庫(kù)侖效率低、倍率性能不好等缺點(diǎn)。

人造石墨:人造石墨由石油焦、針狀焦、瀝青焦、冶金焦等焦炭材料經(jīng)高溫石墨化處理得到,部分產(chǎn)品也經(jīng)過(guò)表面改性,其與天然石墨有許多相似的優(yōu)點(diǎn)。目前商業(yè)化應(yīng)用的人造石墨比容量可達(dá)到310～370mA·h/g,首周效率可以達(dá)到93%～96%,100%DOD循環(huán)壽命可達(dá)到1500次。由于人造石墨中石墨晶粒較小,石墨化程度稍低,結(jié)晶取向度偏小,所以在倍率性能以及體積膨脹、防止電極反彈方面比天然石墨更好一些。

鈦酸鋰負(fù)極:鈦酸鋰負(fù)極理論嵌鋰容量為175mA·h/g,初次循環(huán)庫(kù)侖效率可達(dá)到98.8%,且Li在嵌入脫出前后材料的體積變化不到1%,是鋰離子電池中非常罕見(jiàn)的零應(yīng)變材料,經(jīng)過(guò)表面改性提高其室溫導(dǎo)電性后具有非常優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能,有報(bào)道循環(huán)壽命可達(dá)30000次以上。在負(fù)極材料中的安全性高,且一般不會(huì)生成SEI膜,因此電池循環(huán)壽命好,高低溫性能也較好。同時(shí),LTO嵌鋰電位過(guò)高,容量降低,導(dǎo)致整個(gè)電池體系能量密度較低。另外LTO生產(chǎn)成本較高,涂布技術(shù)、涂布環(huán)境要求高,目前市場(chǎng)上電化學(xué)性能和材料批次穩(wěn)定性都兼顧的比較好的碳包覆納米LTO價(jià)格大約在13～15萬(wàn)元/噸。這些因素使得LTO應(yīng)用存在較高的技術(shù)門(mén)檻,主要市場(chǎng)為適合高功率鋰離子電池應(yīng)用的領(lǐng)域。目前主要從事LTO技術(shù)路線的電池材料及動(dòng)力系統(tǒng)公司有:珠海銀隆、微宏動(dòng)力。

硅負(fù)極:硅負(fù)極材料因其較高的理論容量(高溫4200mA·h/g,室溫3590mA·h/g)、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)而很早就被考慮作為下一代高能量密度鋰離子電池的負(fù)極材料。硅負(fù)極材料商業(yè)化應(yīng)用主要需要解決兩個(gè)問(wèn)題:1)硅負(fù)極材料在儲(chǔ)鋰過(guò)程中可逆容量與體積膨脹成正比,如硅負(fù)極容量如果達(dá)到3590mA·h/g時(shí),顆?；蚓ЯＥ蛎浉呖蛇_(dá)320%,體積變化與嵌鋰容量成線性關(guān)系;2)另一個(gè)阻礙Si基負(fù)極材料商業(yè)化應(yīng)用的原因是固體電解膜(SEI),SEI膜的持續(xù)生長(zhǎng)將消耗電池正極材料中有限的鋰源、電解液,導(dǎo)致電池容量不斷衰減,內(nèi)阻不斷增加,體積也會(huì)相應(yīng)膨脹。目前技術(shù)成熟度較高的硅基負(fù)極材料主要包括碳包覆氧化亞硅、納米硅碳復(fù)合材料和無(wú)定形硅合金等,在性能方面也各有優(yōu)劣。這一領(lǐng)域的標(biāo)的,北汽產(chǎn)投有非常詳細(xì)的研究和論證,歡迎交流討論。

鋰金屬負(fù)極:由于鋰金屬電位低、理論容量高鋰金屬負(fù)極是理論上最理想的負(fù)極材料。同樣由于鋰金屬活潑易燃易爆,并且在充放電過(guò)程中析出鋰枝晶(穿刺隔膜而導(dǎo)致短路)等原因,導(dǎo)致其一直無(wú)法商業(yè)應(yīng)用。目前鋰金屬負(fù)極相關(guān)電池的研發(fā)仍然處于科學(xué)研究階段,解決方案包括優(yōu)化和改性電解液,提供載體限制鋰金屬負(fù)極膨脹,應(yīng)用人工界面膜等等。

(3)電解質(zhì)

電解液的主要功能是為正負(fù)極的鋰離子脫出和嵌入提供豐富的鋰離子源,以及提供充分的電離和化學(xué)穩(wěn)定環(huán)境,保證整體電池在充放電過(guò)程中保持化學(xué)穩(wěn)定,避免電極表面的副反應(yīng)發(fā)生。由于優(yōu)異的電離性能與綜合成本,目前的電解液組分仍然以LiPF6+有機(jī)溶劑(EC+DEC)為主。但同樣LiPF6也存在性能方面的劣勢(shì):1)危險(xiǎn)性:六氟磷酸鋰泄露將會(huì)與空氣中的水分反應(yīng)生成氫氟酸,具有危險(xiǎn)性;2)本身對(duì)水分和氧氣含量十分敏感,電池內(nèi)水氧含量的增高將導(dǎo)致脹氣現(xiàn)象。

目前電解液的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分為以下幾個(gè)方面:

1)性能附加值相關(guān)的電解液添加劑:包括鋰過(guò)充保護(hù)劑、鋰枝晶抑制劑、高電壓添加劑、成膜保護(hù)劑、快充導(dǎo)電劑等。

2)電解質(zhì)的固態(tài)化:固態(tài)電池被認(rèn)為是安全、高能量、柔性的下一代電池,目前主要通過(guò)高分子膠體電解質(zhì)和陶瓷固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。

雖然固態(tài)電池被認(rèn)為是下一代電池技術(shù),但是固態(tài)電池由于其材料本質(zhì)的原因,內(nèi)阻較高、電導(dǎo)率偏低,難以實(shí)現(xiàn)快充性能。

(4)隔膜

鋰電隔膜是鋰電池中關(guān)鍵的內(nèi)層組件,能夠影響鋰電池的容量、循環(huán)性能和充放電電流密度等關(guān)鍵性能。性能優(yōu)異的隔膜需要隔離正負(fù)極防止短路同時(shí)還要允許鋰離子的傳導(dǎo),在過(guò)度充電或者溫度過(guò)高時(shí)還要具有高溫自閉性能來(lái)阻斷電流防止爆炸,另外還要具有強(qiáng)度高、防火、耐性好、無(wú)毒等特點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的生產(chǎn)工藝主要是干法單向拉伸技術(shù)、干法雙向拉伸技術(shù)和濕法拉伸技術(shù)。三者相比,干法單向拉伸隔膜橫向強(qiáng)度較差,但因幾乎沒(méi)有熱收縮現(xiàn)象而具有較高的安全性。 干法雙向拉伸工藝只能生產(chǎn)單層隔膜, 但隔膜的微孔尺寸和分布不均勻,穩(wěn)定性較差。濕法拉伸隔膜孔隙率和透氣性更高,可以生產(chǎn)更輕薄的隔膜,但投資成本較高。與干法拉伸制膜工藝相比,濕法工藝制成的鋰電池隔膜可以做到很薄,且程控方式不是通過(guò)機(jī)械拉伸的方式, 而是利用聚乙烯與成孔劑發(fā)生熱致相分離而產(chǎn)生的微孔,因此孔隙率和孔徑大小更易控制,產(chǎn)品的力學(xué)性能和均一性更好。

PP的熔融溫度在170℃左右, PE 的熔融溫度在140℃左右。 因此濕法工藝生產(chǎn)的隔膜雖然厚度較薄,但是較低的熔融溫度使得隔膜在高溫下容易收縮,從而造成電池短路。通過(guò)隔膜表面涂覆一層無(wú)機(jī)納米顆?；蛘吣透邷氐挠袡C(jī)化學(xué)物,可以提高隔膜的高溫安全性能。涂敷層一般厚度在1-2μm,經(jīng)過(guò)涂覆后的隔膜不僅在熱收縮率上有改善,還可以提高拉伸強(qiáng)度和電解液浸潤(rùn)性,同時(shí)降低孔隙率和透氣速率。

二、后補(bǔ)貼時(shí)代的快充技術(shù)

我們認(rèn)為,后補(bǔ)貼時(shí)代,快充將成為大家更為重要的技術(shù),快充不僅能解決消費(fèi)者充電的痛點(diǎn),快充提升運(yùn)營(yíng)效率本身也就意味著降成本。后補(bǔ)貼時(shí)代,經(jīng)濟(jì)性為王,快充會(huì)更放光彩。

對(duì)于這個(gè)觀點(diǎn),我們專門(mén)做了測(cè)算,以EX360運(yùn)營(yíng)案例,我們半定量討論充電倍率、續(xù)航提升及容量提升等因素的經(jīng)濟(jì)性。

表 EX360的動(dòng)力電池基本情況

 

EX360涉及到的集中充電方案:

 

以運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景為例,半定量方式討論充電倍率、能量密度及循環(huán)壽命作為對(duì)該場(chǎng)景效率提升的考量。根據(jù)目前電動(dòng)車市場(chǎng)的技術(shù)水平,討論如下:

1)充放電壽命是影響電池全生命周期總行駛里程的重要因素。從全生命周期分析,循環(huán)壽命的增長(zhǎng),能線性地提高了動(dòng)力電池生命周期的行駛總里程數(shù),而過(guò)份追求能源密度,則可能降低循環(huán)壽命的次數(shù)及電池的總續(xù)航。

2)充電倍率提高或充電時(shí)間的縮短,是可能提高固定時(shí)間內(nèi)的總續(xù)航里程。以目前市面上最好的充電產(chǎn)品為例(TeslaModelX),其倍率性能為1.5C,充電時(shí)間約0.67h,其相對(duì)于EX360的快充縮短時(shí)間1.33h。以城市工況(60km/h),對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)里程約80km。假設(shè)EX360能量密度提升20%,續(xù)航增加20%,則單次充電多運(yùn)營(yíng)里程數(shù)還只有60km。

3)據(jù)調(diào)研,比較于提升電池能量密度,縮短電池充電時(shí)間在技術(shù)難度上還相對(duì)較易。

綜上所述,后補(bǔ)貼時(shí)代,提升充電倍率也應(yīng)該是一個(gè)重要的發(fā)展方向。這方面技術(shù),歡迎交流討論。

三、后補(bǔ)貼時(shí)代的電池價(jià)格和市場(chǎng)格局

根據(jù)我國(guó)的補(bǔ)貼政策規(guī)劃,計(jì)劃到2020年,新能源汽車補(bǔ)貼將會(huì)完全退出市場(chǎng)。屆時(shí),新能源汽車將完全在無(wú)補(bǔ)貼的情況下依賴自身的造血能力進(jìn)行產(chǎn)業(yè)的自生增長(zhǎng)。

(1)關(guān)于在退出補(bǔ)貼的情況下,電池PACK價(jià)格所需的降價(jià)(半定量測(cè)算)

2017年動(dòng)力電池總裝機(jī)量37.06GWh,其中乘用車13.9GWh。按照第二部分測(cè)算乘用車的補(bǔ)貼金額,2017年全年在乘用車的銷售約172億元。由于2016-2017年我國(guó)新能源車企只有比亞迪的新能源汽車業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了盈利,并且其縱向高度一體化的情況下實(shí)現(xiàn)凈利率約5%。參考北汽藍(lán)谷2017年的財(cái)務(wù)報(bào)告,公司是虧損的。所以,通過(guò)整車OEM業(yè)務(wù)的銷售價(jià)格壓縮去對(duì)沖去補(bǔ)貼影響是不現(xiàn)實(shí)的。那么,電池PACK成本的下降,必須向電芯及其上游傳導(dǎo)。

根據(jù)《中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)》對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的預(yù)測(cè),新能源汽車的銷量CAGR達(dá)到37%,2020年約200萬(wàn)輛左右,其中乘用車占比80%,約160萬(wàn)輛。由于續(xù)航里程的提升,平均電池裝機(jī)量相對(duì)于銷量增速要提升40%左右(參考新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃對(duì)能量密度的提升要求),2020年裝機(jī)量約為50GWh。

根據(jù)上述估測(cè),則需要平均每Wh的PACK去攤薄約0.3元的電芯成本。參考2017年行業(yè)1.1-1.2元/Wh的電芯售價(jià)。那么需要2020年末對(duì)于PACK的價(jià)格下降至0.8-0.9元/Wh。

我們分析了學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及政府機(jī)構(gòu)測(cè)算,根據(jù)NatureClimateChange研究結(jié)果,如下圖。

 

圖 對(duì)PACK價(jià)格的預(yù)測(cè)

根據(jù)估算,為了將電芯成本從目前的價(jià)格降低至150USD/kWh的PACK價(jià)格,則需要從以下幾個(gè)方面去降低PACK的成本:1)新能源汽車銷量增長(zhǎng)貢獻(xiàn)占12%;2)LIB經(jīng)濟(jì)規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效益占12-14%;3)科技進(jìn)步帶來(lái)的研發(fā)效應(yīng)占16-17%。

1)電池成本結(jié)構(gòu)下,未來(lái)上游供應(yīng)鏈如何變化;

 

圖 CATL采購(gòu)成本分布

2017年,CATL的電芯價(jià)格約為1.2元/Wh。根據(jù)0.8元/Wh的目標(biāo)價(jià)格,需要降價(jià)降低33%的BOM成本,才能保持相當(dāng)?shù)拿?2017年,31.28%)。

假設(shè):2020年,CATL業(yè)務(wù)回歸傳統(tǒng)制造行業(yè),新能源大面積普及,公司毛利約20%,下降約1/3。對(duì)應(yīng)BOM成本則需要下降22%左右。

參考CATL披露的原材料采購(gòu)成本(來(lái)源:Bernstein),下面逐條對(duì)電芯的各個(gè)組成部分進(jìn)行分析:

1)負(fù)極:2017-2018年國(guó)內(nèi)負(fù)極材料石漠化吃緊的情況逐漸得到緩解,石墨化擴(kuò)建產(chǎn)能逐漸得到釋放。在針狀焦方面,2017年仍然是供不應(yīng)求,不僅供需關(guān)系緊俏導(dǎo)致價(jià)格上漲,很多企業(yè)仍然難以購(gòu)置到針狀焦原材料,市場(chǎng)曾經(jīng)一度出現(xiàn)真空。隨著山東益大、京陽(yáng)科技等新針狀焦產(chǎn)能逐漸獲得市場(chǎng)認(rèn)可并產(chǎn)能釋放,預(yù)計(jì)針狀焦市場(chǎng)的供需關(guān)系得到緩解。2018年上半年針狀焦總供給16.22萬(wàn)噸,其中負(fù)極材料供應(yīng)量約為4.6萬(wàn)噸。負(fù)極材料行業(yè)整體方面,2017年負(fù)極材料出貨14.9萬(wàn)噸,2018年整體行業(yè)在建約35萬(wàn)噸產(chǎn)能。但考慮上游材料稀缺及新的估計(jì)材料技術(shù)的原因,我們預(yù)測(cè)2020年負(fù)極材料成本仍然不變。

2)隔膜:隔膜企業(yè)2017年頭部公司毛利率水平較高(約50%)。預(yù)計(jì)2018-2020隔膜行業(yè)將呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。2016-2017過(guò)多資本投建新產(chǎn)能,到2017年下半年新增產(chǎn)能陸續(xù)釋放,但部分新進(jìn)入者的產(chǎn)品性能不穩(wěn)定,為消化產(chǎn)能,不得不降低產(chǎn)品價(jià)格,以獲取訂單,使得市場(chǎng)環(huán)境極為混亂,隔膜企業(yè)間接被迫打起價(jià)格戰(zhàn);同時(shí),國(guó)內(nèi)一線梯隊(duì)的隔膜企業(yè)產(chǎn)能也處于快速建設(shè)中,產(chǎn)能投產(chǎn)后,在品質(zhì)方面有明顯的優(yōu)勢(shì),借助規(guī)模效應(yīng),成本可快速下行,從而實(shí)現(xiàn)價(jià)格下調(diào),加快二三線隔膜企業(yè)降價(jià)。預(yù)計(jì)隔膜降價(jià)20%,則對(duì)電芯成本下降貢獻(xiàn)約為20%*8%=1.6%左右。電芯成本對(duì)此不敏感。

3)電解液:電解液產(chǎn)線投資成本低,建設(shè)周期短,電解液行業(yè)產(chǎn)能利用率不到70%,長(zhǎng)期供大于求,電解液價(jià)格的波動(dòng)主要因素是原材料價(jià)格的波動(dòng)。且六氟磷酸鋰及EC/DEC等上游化工行業(yè)預(yù)期限產(chǎn)能政策影響在后續(xù)得到緩解,價(jià)格逐步企穩(wěn),在2020年價(jià)格較當(dāng)下約下降10%,對(duì)電芯成本貢獻(xiàn)約10%*7%=0.7%。

4)銅箔、鋁箔:金屬箔本身加工技術(shù)壁壘較低(電鍍),并且其價(jià)格收到大宗商品價(jià)格影響較大。參考該BOM圖標(biāo),電芯成本對(duì)其影響不敏感。

5)正極材料:鈷在三元正極材料中的成本占比較高,鈷價(jià)上漲預(yù)期保障三元價(jià)格開(kāi)始上漲。由于2017-2018年三元材料的市場(chǎng)需求非常旺盛,以及鈷礦供給嚴(yán)重依賴進(jìn)口,導(dǎo)致鈷的供需結(jié)構(gòu)偏緊。2016-2017年,NCM622材料價(jià)格有17萬(wàn)元/噸,上漲到21萬(wàn)元/噸。參考622電芯約150Wh/kg的PACK能量密度,則平均價(jià)格約為1470元/kWh。

根據(jù)鐵鋰目前近5萬(wàn)元/噸的報(bào)價(jià),結(jié)合其90Wh/kg的行業(yè)平均PACK能量密度,正極材料價(jià)格約550元/kWh。

可見(jiàn),磷酸鐵鋰和三元材料就目前的價(jià)格水平而言,對(duì)于整體電芯的成本影響是較為可觀的。假設(shè)將目前的三元材料,全部替換為磷酸鐵鋰,在不考慮續(xù)航門(mén)檻的前提下,那么磷酸鐵鋰相對(duì)于三元可以很大程度上幫助電芯將成本下降至0.8元/Wh。

我們?cè)籴槍?duì)今年市場(chǎng)上的代表NEV車型進(jìn)行半定量測(cè)算:

EU5車型,整車質(zhì)量1600kg,標(biāo)稱續(xù)航~400km。

NCMPACK:54,000Wh/(150Wh/kg)=360kg;

LPFPACK:54,000Wh/(90Wh/kg)=600kg;

兩者重量差對(duì)EU5整備質(zhì)量的影響:(240/1600)*100%=15%;

如果重量的變化對(duì)續(xù)航的影響是線性的話,在假設(shè)下,LPO應(yīng)該比NCM少15%,400km*15%=60km;

在循環(huán)壽命方面:(參考來(lái)源:深圳市動(dòng)力電池回收利用機(jī)制與政策研究)

NCM:1659次;

LPF:2575次;

在整個(gè)PACK的生命周期下:按照正常工況

NCM的總里程數(shù):1659*400=663,600km

LPF的總里程數(shù):2575*(400-40)=927,000km

在EU5案例下,在汽車常規(guī)充放電的工作條件下,整個(gè)電池生命周期,LPF比NCM在續(xù)航方面多出:927,000-663,600=263,400km。

在上述的NEV及燃油車對(duì)比過(guò)程中,電動(dòng)車的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)約為0.1元/km,則在整個(gè)電動(dòng)車的生命周期中LPF比NCM的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)為:26,340元。

對(duì)于54kWh電芯:(參考附錄,來(lái)源:深圳市綠色低碳發(fā)展基金會(huì))

LPF的價(jià)格:54kWh*1270元/kWh=68,580元

NCM的價(jià)格:54kWh*1230元/kWh(取NCM111和NCM532的平均值)=66,420元

在成本方面,NCM比LPF的PACK節(jié)省約68580-66420=2,160元

綜上所述,經(jīng)過(guò)半定量方法計(jì)算,LPF比NCM的在該車型的經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)約為26,340-2,160=24,180元。

根據(jù)實(shí)際的產(chǎn)業(yè)情況,2016-2018年,三元材料的加速普及,很大的催化因素之一是新能源汽車補(bǔ)貼的續(xù)航門(mén)檻逐漸提升。目前而言,NCM811的價(jià)格是高于NCM622的,并且2020年NCM811及NCM622的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)帶來(lái)的行業(yè)成本下降仍然有限(小于20%)。

在此情境下,在補(bǔ)貼完全退出的時(shí)點(diǎn),磷酸鐵鋰將可能對(duì)NCM三元市場(chǎng)造成沖擊,在生產(chǎn)技術(shù)及規(guī)模效應(yīng)帶來(lái)的NCM成本下降到足夠的區(qū)間,才能重新回歸到與磷酸鐵鋰電芯的能源成本競(jìng)爭(zhēng)。

在上述討論當(dāng)中,我們只考慮了在現(xiàn)有材料體系下對(duì)材料成本的影響因子。此外,新的電池體系,如鋰硫固態(tài)電池、鋰金屬固態(tài)電池等體系,仍然有機(jī)會(huì)通過(guò)大幅提升能量密度和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的方式降低PACK儲(chǔ)能價(jià)格。但就目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)態(tài)來(lái)看,上述技術(shù)目前仍然缺乏成熟度,從業(yè)公司認(rèn)為在2020年,難以大規(guī)模放量該種技術(shù)。