風(fēng)起云涌 全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)六大風(fēng)向

近年來,全球電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)已蔚然成風(fēng),不僅中國(guó)制定了以純電驅(qū)動(dòng)為主的發(fā)展戰(zhàn)略,德國(guó)也全面扶持電動(dòng)汽車發(fā)展。特斯拉已是鼎鼎有名的電動(dòng)汽車生產(chǎn)商,在特斯拉的成功感召下,國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一股造車新勢(shì)力。

縱觀全球知名的汽車企業(yè),把電動(dòng)汽車作為發(fā)展重點(diǎn)的不在少數(shù),就連混動(dòng)技術(shù)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的豐田汽車也加大了電動(dòng)汽車的研發(fā)力度。經(jīng)過多年不懈努力,全球電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)已風(fēng)起云涌。

在電動(dòng)汽車產(chǎn)銷大幅度增長(zhǎng)的帶動(dòng)下,動(dòng)力電池迎來強(qiáng)勁的需求。在動(dòng)力電池的全球競(jìng)爭(zhēng)中,中日韓三國(guó)處于相對(duì)領(lǐng)先地位。盡管電池誕生已有上百年歷史,只是近年來動(dòng)力電池才得到飛速發(fā)展,被人們稱為新生事物。動(dòng)力電池還有很多不確定性因素,導(dǎo)致中日韓三國(guó)電池企業(yè)發(fā)展策略和技術(shù)路線有區(qū)別。大家都在朝著自己的既定目標(biāo)奮勇前進(jìn),競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈。

高比能量是共識(shí)

我國(guó)制定的動(dòng)力電池目標(biāo)與日韓企業(yè)的目標(biāo)大致相當(dāng),都追求高比能量電池。能量密度越高,續(xù)駛里程越長(zhǎng),大家的認(rèn)識(shí)一致。

我國(guó)制定的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》繪制了動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖,2020年,純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到350Wh/kg,2025年達(dá)到400Wh/kg,2030年則要達(dá)到500Wh/kg。

我國(guó)動(dòng)力電池領(lǐng)先企業(yè)寧德時(shí)代的三元電池單體能量密度達(dá)240Wh/kg,2019年推出單體能量密度達(dá)到280kWh/kg以上的NCM811電池,并計(jì)劃在2020年之前將電芯能量密度提升到300Wh/kg。

目前三星SDI第3代動(dòng)力電池的能量密度為550Wh/L,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)三星SDI的規(guī)劃,預(yù)計(jì)在 2019年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的第3.5代動(dòng)力電池能量密度可以達(dá)到630Wh/L。同時(shí),三星SDI還在加速第4代電池和第5代電池的研發(fā),能量密度分別可以達(dá)到700Wh/L(相當(dāng)于270—280Wh/kg)和800Wh/L(相當(dāng)于300 Wh/kg),預(yù)計(jì)分別在2021——2022年和2023年以后量產(chǎn)。

2018年,LG化學(xué)實(shí)現(xiàn)NCM811電池小批量生產(chǎn),2020年LG化學(xué)將推出第三代動(dòng)力電池,單體電芯能量密度目標(biāo)為270——280Wh/kg,比目前量產(chǎn)的能量密度高出50%。

目前松下生產(chǎn)的NCA材料18650電池單體能量密度最高達(dá)到250Wh/kg,特斯拉Model3使用的21700圓柱形電池單體能量密度達(dá)340Wh/kg,是目前市場(chǎng)中能量密度最高的電池。

各家企業(yè)在提高能量密度的路上,不約而同地把目光瞄向三元體系,NCM或者NCA成為提升能量密度的法寶,從523發(fā)展到622,如今811已量產(chǎn),高鎳化成為大家的共識(shí)。在動(dòng)力電池論壇上,有專家說,有的國(guó)外企業(yè)打算不用鈷元素進(jìn)一步提升能量密度。

總體來看,盡管大家對(duì)高比能量的認(rèn)識(shí)一致,在高比能量的競(jìng)賽中暫時(shí)分出了高低,松下憑借21700電池的高能量密度領(lǐng)先于其他企業(yè),三星SDI落后于其他對(duì)手,處于墊底地位。

策略各有千秋

動(dòng)力電池不是一種規(guī)格或者型式,方形、圓柱、軟包分別被不同的企業(yè)采用。這種區(qū)別來自于企業(yè)的策略不同,沒有一種型式的電池完勝對(duì)手,各有千秋。

LG化學(xué)和SKI以軟包電池為主。軟包電池有較好的安全性,軟包電池發(fā)生安全問題時(shí),一般會(huì)鼓氣裂開,不會(huì)爆炸。軟包電池的重量輕,比等容量鋁殼鋰電池輕10%-20%。軟包電池的內(nèi)阻小、循環(huán)性能好、設(shè)計(jì)比較靈活,可根據(jù)客戶的需求定制,開發(fā)新的電芯型號(hào)。軟包電池也有自身的缺點(diǎn),一致性較差,成本較高,容易發(fā)生漏液,技術(shù)門檻高。

三星SDI和CATL的主打產(chǎn)品是方形電池。方形硬殼電池能夠生產(chǎn)大容量單體電池,硬外殼對(duì)電芯的保護(hù)作用優(yōu)于軟包電池,電芯安全性相對(duì)圓柱型電池也有了較大改善。方形電池的成組效率達(dá)到88%,高于軟包、圓柱電池的成組效率。方形電池的型號(hào)較多,工藝難以統(tǒng)一,這是難以克服的缺點(diǎn)。

與其他企業(yè)大多數(shù)采用NCM三元體系不同,松下電池采用NCA體系,并且主要生產(chǎn)圓柱電池。圓柱形電池的生產(chǎn)工藝成熟,良品率高,18650、21700等統(tǒng)一規(guī)格型號(hào),整體顯現(xiàn)出成本優(yōu)勢(shì)。NCA正極材料在充放電過程中容易產(chǎn)氣,安全性較差,需要配備非常好的熱管理系統(tǒng),另外,模組以及PACK集成難度大,能量密度利用率較低。

電芯只是基本單元,需要成組才能發(fā)揮效能。各種不同類型的電池成組效率有較大的區(qū)別。LG化學(xué)與SKI主打的軟包電池單體能量密度比方形電芯高,但是在成組效率方面較低,目前能量密度轉(zhuǎn)化率約為80%。

三星SDI與CATL主推的方形電芯成組效率最高,電芯至模組的能量密度轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)90%。松下為特斯拉供應(yīng)電池,不同的車型采用不同的電池,成組效率也不同。

特斯拉Model 3有兩種規(guī)格模組,能量密度轉(zhuǎn)化效率高達(dá)84%。Model X(90kWh版本)能量集成效率為60.41%;Model 3能量集成效率為64.2%?？傮w來看,方形電池的成組效率最高,圓柱電池最低。

循環(huán)壽命是動(dòng)力電池的一項(xiàng)重要指標(biāo)。目前,LG化學(xué)的循環(huán)壽命能達(dá)到2000次循環(huán),三星SDI的動(dòng)力電池循環(huán)壽命可以達(dá)到1500次,松下的18650電芯循環(huán)壽命約500-1000次。CATL的523體系動(dòng)力電池電芯循環(huán)壽命可以達(dá)到1800次,與韓國(guó)企業(yè)的壽命指標(biāo)比較接近?？傮w來看,中韓電池的循環(huán)壽命處在一個(gè)層級(jí)上,松下電池的循環(huán)壽命顯著偏低。

爭(zhēng)搶整車配套

動(dòng)力電池的競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈莫過于爭(zhēng)奪配套用戶。目前,全球領(lǐng)先的電池企業(yè)基本上把配套版圖劃分完畢。

松下動(dòng)力電池的核心客戶是特斯拉,憑借著特斯拉銷量不斷攀升,松下電池的產(chǎn)銷量也不斷增長(zhǎng)。松下的客戶名單中還有大眾、通用、日產(chǎn)等,在全球用戶版圖劃分中,松下有日本客戶6家,歐洲客戶4家,美國(guó)客戶2家。松下在美國(guó)和中國(guó)大連都建立了電池生產(chǎn)工廠,就近為用戶提供配套服務(wù)。

LG 化學(xué)曾與現(xiàn)代起亞達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系,其核心客戶包括通用、雷諾、現(xiàn)代起亞、沃爾沃、CT&T 等,主要配套車型有雪佛蘭Bolt、Volt、雷諾Zoe。LG化學(xué)的生產(chǎn)工廠分別設(shè)在韓國(guó)吳倉,中國(guó)南京,美國(guó)密歇根和波蘭。

設(shè)在韓國(guó)的工廠滿足韓國(guó)企業(yè)需要并負(fù)責(zé)調(diào)控全球市場(chǎng)訂單,在中國(guó)設(shè)廠瞄準(zhǔn)了中國(guó)龐大的電池需求,在美國(guó)設(shè)廠主要供應(yīng)美國(guó)車企通用、福特等,波蘭是LG 化學(xué)在歐洲的首個(gè)大型動(dòng)力電池生產(chǎn)基地。

三星SDI的合作伙伴比較多,成為30多種電動(dòng)車型的核心電池供應(yīng)商。三星SDI與BMW 結(jié)成戰(zhàn)略合作伙伴,核心客戶還包括大眾、馬恒達(dá)、Lucid Motors 等。三星SDI 在韓國(guó)、中國(guó)、美國(guó)、匈牙利及奧地利等地都布局了汽車動(dòng)力電池的工廠,分別瞄向經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá),或者最有活力的地區(qū)。

在爭(zhēng)奪配套企業(yè)的比賽中,寧德時(shí)代攢下了一長(zhǎng)串名單。在去年的廣州車展上,23個(gè)汽車品牌的40多款車搭載寧德時(shí)代電池。近年來,寧德時(shí)代加快了市場(chǎng)開拓的步伐,與上汽、東風(fēng)、一汽等簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議,國(guó)內(nèi)排名前列的汽車企業(yè)基本上都與寧德時(shí)代合作。寧德時(shí)代的核心客戶不限于國(guó)內(nèi),寶馬和大眾也向?qū)幍聲r(shí)代伸出了橄欖枝。

盈利能力有高有低

跑馬圈地之后,動(dòng)力電池企業(yè)最終要盈利,盈利能力反映出企業(yè)的生產(chǎn)管理水平,對(duì)未來的發(fā)展有一定的影響。

2月4日,松下發(fā)布2019財(cái)年三季報(bào)(日本財(cái)年從每年4月1日開始至次年3月31日),前三季度受益于動(dòng)力電池業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng),松下實(shí)現(xiàn)營(yíng)收6.08萬億日元,同比增長(zhǎng)2.9%,二次電池所在的能源業(yè)務(wù)部營(yíng)收為5223億日元,同比增長(zhǎng)26.4%。松下預(yù)計(jì)能源業(yè)務(wù)整個(gè)財(cái)年?duì)I收將達(dá)到7150億日元,同比增長(zhǎng)27.1%。能源業(yè)務(wù)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)有望達(dá)到201億日元,同比增長(zhǎng)81.1%,營(yíng)業(yè)利潤(rùn)率約為2.8%。

2018年,LG化學(xué)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收28.18億韓元,同比增長(zhǎng)9.67%,主要增量來自能源業(yè)務(wù)、化學(xué)與基礎(chǔ)材料業(yè)務(wù)。除能源業(yè)務(wù)利潤(rùn)大幅度增長(zhǎng)外,其他主營(yíng)業(yè)務(wù)盈利水平有不同降,其中貢獻(xiàn)公司利潤(rùn)95%的化學(xué)與基礎(chǔ)材料業(yè)務(wù)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)減少24.1%,營(yíng)業(yè)利潤(rùn)同比下滑4.3個(gè)百分點(diǎn)。

2018年LG化學(xué)實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)1.52億韓元,同比減少24.88%。電池業(yè)務(wù)所屬的能源解決方案分項(xiàng)實(shí)現(xiàn)營(yíng)收6.52萬億韓元,同比增長(zhǎng)42.95%,在總營(yíng)收中達(dá)到23.1%。預(yù)計(jì)2019年LG化學(xué)能源解決方案業(yè)務(wù)營(yíng)收將達(dá)到10萬億韓元,占比提升至31%。

能源解決方案業(yè)務(wù)是LG化學(xué)財(cái)報(bào)的亮點(diǎn),2018年該項(xiàng)業(yè)務(wù)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)達(dá)到2090億韓元,同比增長(zhǎng)6.2倍。

三星SDI的業(yè)務(wù)主要包括鋰電池和材料業(yè)務(wù)。2018年三星SDI實(shí)現(xiàn)營(yíng)收9.15億韓元,同比增長(zhǎng)44.31%,其中鋰電池業(yè)務(wù)全年?duì)I收6.95萬億韓元,同比增長(zhǎng)60.66%。

未來技術(shù)動(dòng)向有區(qū)別

動(dòng)力電池的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈,各家企業(yè)為了保持自己的優(yōu)勢(shì),朝著既定目標(biāo)紛紛加大了研發(fā)力度,在未來的技術(shù)發(fā)展中,各家企業(yè)的策略也不相同。

LG化學(xué)未來將從622向70%的鎳,10%的鈷和20%的錳發(fā)展,既研發(fā)712電池。未來的發(fā)展目標(biāo)是通過向NCM添加氧化鋁,使鎳含量接近90%,鈷含量低于10%,即NCMA電池。LG化學(xué)712型正在積極開發(fā),會(huì)在兩到三年內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。LG化學(xué)研發(fā)生產(chǎn)的NCM811正極材料更適用于圓柱電池,會(huì)大量生產(chǎn)用于電動(dòng)公交車。

三星SDI未來會(huì)采用NCA材料,鋰離子在充放電過程中,容易在NCA表面形成一些殘留,影響使用壽命。三星SDI通過在NCA表面做一層金屬涂布,減少殘留,提高它的使用壽命。

松下已開發(fā)出鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等鋰電池,并已量產(chǎn)為企業(yè)配套。為了解決鎳氧化物帶來的熱穩(wěn)定性低和安全方面的問題,松下在正極材料表面進(jìn)行了納米涂層處理,特別注重通過“松下固溶液Panasonic Solid Solution”(PSS)等技術(shù)提高安全性,該技術(shù)在新的正極中采用“耐熱層”(HRL)技術(shù)。

目前,SKI軟包電池正極材料主要為NCM622,在2019年可能發(fā)展為NCM811混合體系,2020年發(fā)展為100%的NCM811體系,2021年以后預(yù)計(jì)Ni的含量將達(dá)90%。負(fù)極材料目前采用石墨,預(yù)計(jì)2021年后采用硅碳負(fù)極。

目前,寧德時(shí)代的正極材料主要為NCM 523,在2019年底有望量產(chǎn)NCM 811體系電池,正極材料除了往高鎳方向發(fā)展,寧德時(shí)代還致力于高電壓平臺(tái)的正極材料研發(fā),并有望在2020年后量產(chǎn),量產(chǎn)后將改善電芯的能量密度。

在去年中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟動(dòng)力電池分會(huì)成立大會(huì)上,寧德時(shí)代副總裁、首席科學(xué)家吳凱介紹了寧德時(shí)代的發(fā)展思路。大約在2020年,寧德時(shí)代會(huì)采用硅碳負(fù)極材料以提升負(fù)極的理論能量密度,從而提高電芯的能量密度。電解液通過優(yōu)化配方并添加新型添加劑,使其耐高壓性能、熱穩(wěn)定性能更好,隔膜主要采用涂覆濕法隔膜。

整車企業(yè)殺入動(dòng)力電池領(lǐng)域

多年來,整車企業(yè)除比亞迪生產(chǎn)電池外,全球著名的汽車企業(yè)都依靠中日韓的電池企業(yè)配套供貨,這種局面將被打破。

2017年10月11日,歐盟在布魯塞爾舉行一次會(huì)議,商討從歐盟層面來解決電池生產(chǎn)的問題,創(chuàng)建企業(yè)聯(lián)盟將是該會(huì)議的重要內(nèi)容之一。此前,歐盟能源機(jī)構(gòu)發(fā)言人安娜-凱撒 伊特柯南(Anna-Kaisa Itkonen)曾表示,歐盟委員會(huì)將歐洲的電池生產(chǎn)看作是一個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo),大公司必須在電池投資上迅速作出決定。歐洲企業(yè)必須在供應(yīng)鏈上展開合作,同時(shí)提高大眾消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)與接受度。

歐盟的倡議得到了德國(guó)政府的支持,德國(guó)汽車企業(yè)也積極響應(yīng)。大眾將在德國(guó)薩爾茨吉特(Salzgitter)建造新電池廠,投資100億歐元(約合人民幣784.4億元),從投資規(guī)模和配套的車輛數(shù)量來看,大眾新電池廠產(chǎn)能或許是特斯拉超級(jí)電池工廠的2倍。奔馳打算在Kamenz地區(qū)由旗下全資子公司ACCUMOTIVE投資約5億歐元(約合人民幣39.22億元)建設(shè)新電池工廠。

寶馬也建立了電池工廠,寶馬在華首家高壓電池工廠項(xiàng)目位于華晨寶馬沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)工廠內(nèi)。根據(jù)此前公布的消息,這一高壓電池中心正式投產(chǎn)后,將為全新一代寶馬530Le iPerformance提供高壓電池配件,可生產(chǎn)3.3萬套/年的高壓電池組。

作為電動(dòng)汽車的先行者,特斯拉原本由松下供應(yīng)電池,如今,特斯拉也興建了Gigafactory。Gigafactory是特斯拉第一座超級(jí)電池工廠,2014年6月開建,2018年投產(chǎn)后產(chǎn)能將達(dá)35GWh,這座工廠準(zhǔn)確名稱是Gigafactory 1,預(yù)示著特斯拉未來還將建造第2座超級(jí)電池工廠。有資料顯示,特斯拉在必要時(shí)將把電池產(chǎn)能擴(kuò)大到150 GWh。

動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心部件之一,各家企業(yè)都在積極投入資金研發(fā),原有的電池企業(yè)與新進(jìn)入者交織在一起,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈,國(guó)內(nèi)電池企業(yè)的洗牌在所難免。