宁德时代发布钠离子电池,动力电池市场格局重置?

经济 (248) 2021-08-5 03:07 星期四 2个月前

文|胖鲸头条 Michelle QL

7月29日下午,宁德时代发布第一代钠离子电池。整场简短十几分钟的线上发布会,宁德时代董事长曾毓群发表三大战略方向和四大创新支撑的主题演讲,并宣布发布第一代钠离子电池。

据介绍,钠离子电池在低温性能、快充性能、以及环境适应性方面具有独特的优势。更重要的,钠离子与锂离子电池相互兼容互补,助力实现多元化的技术路线支撑产业稳定发展。

备受业界关注的钠离子电池性能指标随即得到公布:

电芯单体能量密度高达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强标的安全要求。

对于动力电池的技术创新和突破,令人印象深刻的,是曾毓群在发布会提到的,AB电池解决方案,即将钠锂混搭电池集成。

“有人在议论,电池的化学体系已经很难创新了,只能在物理结构上做些改进,我们认为电化学的世界,就像能量魔方,未知远远大于已知。”

钠离子 、锂离子 VS. 锂钠混搭电池

目前市场上被大众所熟知的电动汽车动力电池,是以三元锂和磷酸铁锂两类为主要技术路线的锂电池,从最新的销量上看,各占动力电池市场的半壁江山。

安全、能量密度、与成本,是公认检验动力电池性能指标和产业发展能力的三大核心维度。除此之外,随着用户对缩短充电时间的高要求,充电性能,也成为市场对动力电池综合能力突破创新的重要考核。

基于资源、环境、电动汽车市场定位等外在因素的影响,动力电池被认为各自存在天然的性能短板,因而技术突破,或新型产品替代,决定了市场格局的动态演变。

三元锂电池以其高能量密度(高达300Wh/kg)和循环性能稳定,是长续航高端车型的首选动力电池,但因镍钴锰等常用正极稳定性材料的资源稀缺性,因此造价较高,此外电芯热稳定性能较差,容易引发起火等安全隐患事件。

能量密度较低、低温放电性能差是磷酸铁锂电池的突出短板(约180Wh/kg),但以循环性能优异、热稳定性好,尤其成本较低等优点也不断被业界看好。动力电池企业均在试图从物理结构上突破磷酸铁锂能量密度的瓶颈,例如比亚迪的刀片电池,宁德时代的CTP技术。在车型适配上,磷酸铁锂电池已经显现出从中低端车型上攻高端车型的巨大潜力。

第一代钠离子电池相较磷酸铁锂在能量密度上略有逊色(160Wh/kg),但从公布的性能指标上看,其热稳定性、循环性能、充电及低温性能综合实力较为均衡;其次,钠的地壳元素含量排名第六,资源非常丰富,这就意味着在开发供应和成本方面,钠有着绝对的优势。

值得一提的是,钠离子电池开发带来的科技创新,宁德时代将钠锂混搭电池包推向了市场,这源于钠离子电池和锂离子电池在正负极材料、电解液制造工艺、以及工作原理等方面的相似性。

AB电池系统解决方案,即钠离子与锂离子两种电池按一定比例进行混搭,集成到同一个电池系统里,串联、或并联,通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。AB电池系统解决方案既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能好的优势。以此系统结构创新为基础,可为锂钠电池系统拓展更多应用场景。

尽管宁德时代此次发布并没有透露AB电池系统解决方案于用户端可落地的细节,但是两种电池原料的创新即成将达到的应用效果,还是让业界充满了猜测和期待。

高增长市场迎来钠离子电池新产业链

早前,前人已经开创了对钠元素商业应用的探索,宁德时代选择将钠离子电池推向产业化。宁德时代的目标是,与相关研究机构、上游材料供应商和下游电池应用端一起,到2023年形成钠离子电池基本产业链;与此同时,推动下一代钠离子电池能量密度研发达到200Wh/kg以上。

自2020年下半年以来,我国新能源汽车市场一直保持高速增长。2021年上半年新能源乘用车零售销量100.1万辆,同比增长219%。

与之配套的动力电池装车辆,根据中国汽车动力电池产业创新联盟最新发布的数据显示,今年前6个月累计52.5GWh,同比累计上升200.3%。其中三元电池装车量累计30.2GWh,占总装车量57.5%,同比累计上升139.0%;磷酸铁锂电池装车量累计22.2GWh,占总装车量42.3%,同比累计上升368.5%。从装车量车型种类看,纯电动乘用车前半年同比累计增长260.3%。

去年底国务院发布的《新能源汽车产业发展规划2021-2035年》目标提出,到2025年,中国新能源汽车需占总销量的20%。工信部以此预测,新能源汽车每年的销量复合增长率需达到30%以上,那么到2025年新能源汽车年销量或将突破800万辆。据韩国调研机构SNE Research预计,届时中国动力电池出货量将超过470GWh。

宁德时代曾毓群表示,“碳中和”催生了万亿瓦时级的电池需求,推动了新能源产业蓬勃发展,新的应用场景不断产生,给了不同技术施展的舞台。多元化的技术路线,也将助力产业长期稳定发展。

针对现有钠离子电池的特性,行业普遍认为,钠离子电池的机会点,首先在于对电池续航要求不高的低速电动车板块,而针对三元锂和磷酸铁锂电池在高寒环境下明显的电量衰减特性,想要迅速突破高寒地区电动车渗透率的车企,钠离子电池也是一个动力电池选择上新的契机。

宁德时代发布钠离子电池,动力电池市场格局重置?

根据动力电池产业创新联盟发布的,今年6月纯电动乘用车电池系统能量密度分布情况来看,超过6成的动力电池能量密度都在140~160Wh/kg,和160Wh/kg以上这个区间。

动力电池系统能量密度,是电动汽车国家补贴最重要的换算系数之一。补贴的最低门槛设为125Wh/kg,≥160Wh/kg 的补贴系数1.0,140Wh/kg 是补贴系数0.8的区隔。

第一代钠离子电池,能量密度达到160Wh/kg,其产业化将有机会成为中低端电动车市场动力电池供应的有力支撑,在车企用户端最终形成钠离子电池、磷酸铁锂、三元锂电池为主力的供应梯队。

目前市场上销量排名前5的电动汽车当中,宏光MINI EV采用的是能量密度为110Wh/kg的三元锂电池,国产版特斯拉Model Y采用能量密度161Wh/kg的三元锂电池,国产Model 3磷酸铁锂版电池能量密度为125Wh/kg,比亚迪汉EV采用比亚迪磷酸铁锂刀片电池,能量密度为140Wh/kg,而欧拉黑猫的电池能量密度则高达160Wh/kg。

钠离子电池产业链所打造的供应链有力支撑,还体现在材料资源的丰富性和未来可见成本优势上。

钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐,在地壳元素含量中排名第六,储量远高于锂,且年产量是锂离子的5倍多,全球分布广泛。在价格上也更为低廉,据相关电池研究机构透露,钠离子电池BOM(物料清单)成本较锂电池低30~40%左右。

另外,钠离子电池也为储能领域实现规模化提供了技术基座。正如曾毓群在发布会主题演讲中提到的,能源转化和存储是新能源发展的核心,宁德时代为全球的新能源应用,提供一流的解决方案和服务,为此在发电端、电网端和用户端都做了很多努力,在电化学储能方面进行了重点布局。

今年4月份,我国能源局和发改委提出新型储能指导意见,坚持储能技术多元化,并首次将钠离子电池等技术纳入开展规模化试验示范。

今年宁德时代在储能领域的动作也逐渐增多。3月与国家电投开展战略合作,建立长效合作机制,深化储能业务合作,创新商业模式;4月,与ATL设立合资公司从事应用于家用储能、电动两轮车研发生产相关业务等。

当然,作为新生产品的钠离子电池,是否能够被市场接纳,如何接纳,还需要一些时日来验证。宁德时代下一步的动作,是推动产业链形成,进一步打造规模化优势。

特斯拉转向磷酸铁锂电池,动力电池市场竞技已转向下一程?

就在宁德时代发布钠离子电池早两日,特斯拉举办二季度财报发布会,马斯克透露了有关动力电池的重要消息。

特斯拉未来将逐步转向采用磷酸锂铁电池的方案。从电池构成上来看,未来三分之二的特斯拉电池将使用磷酸铁锂,三分之一可能采用镍电池;苹果公司在其电池中使用钴,而特斯拉在基于磷酸铁锂的电池组中不使用钴,在基于镍的电池中使用2%的钴。特斯拉在4680电池方面正在取得巨大进展,在得克萨斯和柏林的Model Y生产过程中,将会有4680和结构性电池组。

另外,马斯克还说,特斯拉明年将有一个相当大规模的电池增长,为了Semi和Cybertruck,特斯拉必须确保有电池容量。

众所周知,作为三元锂电池三大正极材料的镍钴锰之一的钴,是地标含量稀缺金属,成本极高,但对于偏好追求长续航高性能的电动汽车而言,蓄电能力极佳的钴是动力电池的宠儿。在全球市场中,宁德时代的钴金属使用量所占份额为21%,宁德时代出品的电池钴含量是最高的。

占电动汽车成本30%~40%的动力电池,随着对降本的迫切需求,电动汽车厂商对钴的使用也日趋谨慎,新研发的无钴电池收到关注。特斯拉将提高镍的含量,以此取代钴,旨在提高电池能量密度的同时,降低成本,但马斯克依然认为,“镍成为了(特斯拉销量增长)瓶颈”。因此,转向被市场验证过品质、且公认成本更低的磷酸铁锂似乎只是一个时间的问题。

去年4月,宁德时代董事长曾毓群在业绩说明会上表示,宁德时代将在下半年对特斯拉供货,供货不限于磷酸铁锂或者三元电池,具体产品取决于市场需求。今年6月,宁德时代发布公告称,去年与特斯拉签订了新的协议,约定将在2022年1月至2025年12月期间向特斯拉供应锂电池动力电池产品。

本月不久前,特斯拉国产Model Y标准续航版上市,搭载的就是宁德时代的LFP磷酸铁锂电池,补贴后定价27.6万。而在此之前,国产Model Y搭载的是LG供应的三元锂电池。

2020年3月,比亚迪推出刀片电池,并搭载于爆款车型汉,使得磷酸铁锂电池的正面口碑一路飙升,包括一汽集团、现代汽车等多家车企,都与比亚迪确定了投资合作。

今年5月,我国磷酸铁锂电池月产量首次超过三元锂电池,上半年磷酸铁锂电池产量累计占总产量50.5%,略高于三元锂电池。诸多投资机构预测,随着新能源汽车的快速发展,磷酸铁锂电池将迎来高速增长时期。

市值超过万亿的宁德时代,在今年上半年依然保持着市占率第一的重磅头部角色,在此格局之下,市场的走势却在明示两方面的趋势:首先,宁德时代居安思危,不但深知市场的广大,也深知只有通过不断的技术创新产品迭代,打造新的产业链,以创新塑造增长为市场创造多元的技术路线,才能在激烈竞争的动力电池市场继续稳居第一的位置;

其次,作为核心三电技术的动力电池,已经成为国内外主机厂自主创新的重要阵地,事关车企构建用于支撑新商业模式、保障销量的核心竞争力。过去短短一年时间里,国内外动力电池市场,不断有车企推出创新动力电池技术。

特斯拉在财报会提到的4680圆柱电池,号称能量密度较日前搭载的三元锂电池高出5倍,输出功率可提升6倍,续航里程提升16%,成本降低14%。特斯拉供应商松下电池去年底就开始筹备建设该款电芯的原型生产线。

推行换电路线的蔚来汽车,今年年初传出与宁德时代合作推进100度电计划,讨论使用磷酸铁锂电池的可能性,宁德时代为此将其一条磷酸铁锂产线用于生产蔚来汽车100度电池。对于BaaS(电池即服务)模式下单独运营的换电电池,磷酸铁锂电池胜在更低的成本,是储能电池较优的选择。

与此同期,蔚来还发布了150kWh固态电池包。电池包采用原位固化固液电解质、无机预锂化硅碳负极、纳米级包覆超高镍正极等电池技术,可实现360Wh/kg的超高能量密度,续航将超过1000公里,预计在2022年第四季度交付。

包括蔚来汽车在内的多家车企,都宣称了“续航1000公里”的独特技术。智己汽车旗下首款车型将搭载宁德时代提供的“掺硅补锂”电池,广汽埃安则选择搭载石墨烯基超级快充电池。广汽“中子星”战略将在电芯技术、BMS系统以及电池包三大领域的升级,未来实现电芯能量密度大于315Wh/kg、超1000km的续航能力。今年年初,广汽埃安还推出了“不起火”的弹匣电池。

长城汽车旗下蜂巢能源的无钴电池近期也宣布量产下线,能量密度为240wh/kg,相比同级别高镍三元电池,该款无钴电芯循环寿命可达3000次以上。蜂巢能源表示,“该款电池具有高安全性、高能量密度、高循环寿命和低成本的核心优势。”

对于动力电池的安全性、高能量密度和低成本,是动力电池产业链的不懈追求,也是决定新能源汽车为核心的汽车产业链竞争格局的底层逻辑之一,一如上百年来,车企对于内燃机技术的终极追求。

宁德时代守擂万亿市值,动力电池厂商不断扩大产能绑定资源,车企开发新的电池技术路径,如大众、奔驰这样的国际汽车巨头也不遗余力地跻身动力电池竞争赛道,抢占战略资源和能力的制高点。

今年上半年,动力电池上游原材料价格暴涨,引发了供需两端焦虑,三元锂电池更加难以突破资源的瓶颈,磷酸铁锂现下为更流行的选择,然而需求井喷,市场对于动力电池新产品替代有了空前高涨的渴求。钠离子电池的到来,势必缓解现有供应链格局的紧张态势。

结语:动力电池,成本的终极拼杀

马斯克曾讲过著名的“电芯目标成本50美元”理论。去年底,马斯克在欧洲电池会议后接受采访时表示,特斯拉动力电池的成本目标,是将高续航里程电池的电芯成本降至50-55美元/kWh上下。他说,“搭建出先进电池的试制线是相对容易的,但要将其扩展至规模化生产,却存在巨大的挑战。尽管人们会不断优化电池的能量密度、汽车的续驶里程、充电倍率和电池寿命,但对电动车的普及来说最重要的因素,仍然是成本。”

彭博社做过统计,过去10年中,动力电池成本已从2010年的1100美元/kWh降至2019年的156/kWh,降幅达到87%。业内分析认为,当动力电池成本降低到100美元/kWh的水平时,电动汽车将实现与燃油车“平价”。

电动车更低的使用成本,不论是充电还是养护成本,已经是经过市场验证的既有结论。降低购置成本节点的到来,尤其体现在动力电池的降本,意味着燃油车与电动车相比,将完全失去经济优势,从而带动电动汽车渗透率的飞速增长。

在全球碳达峰、碳中和的大势中,禁燃时间表催促的双重作用之下,电动车全面取代燃油车的时代最终将会到来。

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