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特斯拉声东击西 颤抖的锂电池产业链

2020-09-25 13:46:08

  经过多次跳票,特斯拉电池日活动终于在昨日凌晨举行了。

  这可是诸多股民翘首以待的一天,他们早就买好了票,搬上小板凳,翘首以待这次伟大的演出,更期待自己的腰包伴随精彩科技片段的上演,再结结实实地鼓上一番。

  然而,事实却总会不尽如人意地打脸,活动当天特斯拉股价全天小幅震荡,截至今天收盘股价下挫10.34%,报380.36美元/股。

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  难道外星人马斯克这次活动带来的招式不够唬人?

  事实并非如此。马老板在发布会上着实卖力推出了一系列炫目的电池大招:发布了第三代电池——4680电芯,其单体能量较原来提升了5倍,输出功率提升了6倍;这种电芯还可以直接装入底盘,让电动车续航提升54%。

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  马老板带来的这种电芯拥有更大的外形(直径46mm,高度80mm),在负极上使用硅基材料以替代碳基材料,正极的钴元素占比有所降低,且取消了与负极连接引出来的极耳。从创新的角度来讲,不得不算出彩。

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  值得一提的是,特斯拉还计划在产业链上游做文章:未来会优化矿物开采和提炼流程。

  我对此深表佩服,毕竟锂电池行业拥有很长的产业链,能把触角伸那么长并进行这般垂直整合的车厂着实罕见。

  既然特斯拉涉足了产业链上游,我们不妨先静下心来瞧瞧锂电池这个神奇的产业链。

神奇的锂电池产业链

  锂电池产业链常规来看被分为上中下三部分,中游主要进行电芯的加工和组装,下游从事电池包的应用和相关废旧电池回收,在此不做详谈。

特斯拉声东击西 颤抖的锂电池产业链

  在我看来,新能源汽车行业的主战场是锂电池产业的竞争,而随着锂电池续航里程提升涉及到的核心环节前移,最终势必会将这种竞争转移到制约下游企业较多的原材料技术环节,因此我们来重点看下该产业链的上游。

  大家知道,国内对于锂电池的发展路线进行过相当长时间的争论与探索,其中最引人注目的就是以宁德时代为代表的三元锂电池派和以比亚迪为代表的磷酸铁锂电池派(刀片电池出来前,比亚迪也曾在三元锂方向涉足较深)。

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  那么二者的技术路线有何区别呢?

  三元锂电池主要分为镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)两类,著名的宁德时代811电池就属于NCM一类,三位数字分别代表着镍、钴、锰三种元素的含量。

  NCM电池中的三种贵金属价格整体昂贵,市场价格的波动也比较大。

  目前三种贵金属主要来源位于产业链上游的矿产勘探和开采企业,国内如海亮股份、金川矿业、华友钴业,国外如OMG、ERNC、Forrest。位于上游的该类企业牢牢把握着对应的开采权,在贵金属的价格上有较强的话语权;另外,开采也受到军事政治等因素的较大影响。

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  从这点来看,特斯拉想要垂直整合电池上游资源就无可厚非了,因为只有这样才能更好地控制电池成本,才能在原材料的技术与价格环节有更充分的话语权。

  而磷酸铁锂电池中并不含有该三种贵金属,对应的化学混合物比较便宜,合成过程也简单,因此整体价格相对三元锂电池便宜约20%,但能量密度也相对较低。

  镍钴锰等贵金属在锂电池中会被作为阳极材料使用,那么阴极又用了什么材料呢?目前市面上的主要材料为石墨,也就是特斯拉在电池日中想抛弃的碳基材料。

  位于产业链上游生产该类材料的企业较多:国外有日本碳素株式会社、JFE化学;国内有贝特瑞、杉杉股份、江西紫宸、深圳斯诺、正拓能源等等,该类企业主要进行人造石墨的生产。

  我们需要知道的是,锂离子电池阴极材料领域的竞争已经进入到了产能规模实力的比拼阶段,而特斯拉跃跃欲试的硅级材料似乎更像是负极材料领域的处女地。

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  在锂离子电池中除了主要的阴阳极材料外,还有电解液、隔膜等。整体来看,该上游产业的布局已经完善,且已经形成较强的市场竞争现状。

  在我看来,未来会有大量的整车厂涉足锂电池产业链的上游进行垂直整合,以避免在成本和技术方面被掣肘。令我感到欣慰的是,国内比亚迪早已在此有所布局(王传福估计要笑出声来)。

  但未来锂电池行业的变化不会只体现在产业链的上下游垂直整合,更体现在电池自身技术的集中创新突破。

大势所趋

  在锂电池产业链的中游,我们可以清晰地看到模组这一词眼。常规来看,国内外电池企业和车企的电池包基本上采用了从单体电芯—模组—电池包的成组方式,但就有那么几家企业视这个模组为“眼中钉”“肉中刺”,想尽办法将该环节去除。

  就比如本次特斯拉电池日活动中,马老板提到的CTC技术(电池和底盘集成),特斯拉创新使用先进的一体冲压技术来使得车身成型,然后把做好的单体电芯装入车辆中部。

  据马老板透露,在保持容量不变的情况下,该新型电池装配工艺能够省掉370个车身部件,位于车身中部的电池还能更好地平衡车身。

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  还比如宁德时代早前在德国法兰克福国际车展上,推出的全新CTP高集成动力电池开发平台(Cell To Pack),即跳过模组装配环节,直接将电芯集成到电池包,使得电池包体积利用率相对传统模式提高15%-20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升50%,电池包能量密度提升10%-15%,同时也大幅降低动力电池的制造成本。

  更别提最近一时风光无两,令戴姆勒、丰田等传统车企巨头都纷纷上门提亲的刀片电池了。

  尽管各种形式的去模组技术的雄起对电芯的一致性要求很高,也产生了维修难度加大和削弱主机厂在电池供应方面的主导权等一系列问题;但在提升电池包空间利用率、减轻电池包重量、提升能量密度和降成本等方面的显著优势,势必会催生出更多的无模组技术,在我看来这是一种未来的趋势。

  无模组技术的纷至沓来,体现的是锂电池产业中游的转变,这种趋势的转变自然在产业上游也有所体现,就比如对于贵金属钴和镍的使用。


  从对于有钴电池的感情来看,特斯拉算得上是一个彻彻底底的渣男。他一方面在使用高续航的松下和LG化学的含钴三元锂电池,一方面又和宁德时代勾勾搭搭,号称要拿走宁德时代早已准备好的磷酸铁锂嫁妆。

  在我看来,受钴矿布局和开采条件限制,全球范围的钴价将会一直居高不下。有数据显示,2019年全球钴供给量为15万吨,其中刚果金的占比就达到了76%;但钴的需求是全球化的,刚果金的供给变化俨然成为了全球供需格局变化的核心因素。

  去年8月全球第一大钴矿场Mutanda宣布暂停生产,其年产能为2.5万吨,全球占比17%,钴价应声上涨,几个月内底部抬升了40%。

  因此从长远来看,新能源汽车厂家为了降低成本,势必会朝着低钴或无钴的方向去突破。

  在镍金属使用方面,随着广汽Aion S在四个月内连续出现三起起火事件,宁德时代曾经炙手可热的香饽饽NCM 811电池逐渐跌落神坛变成了烫手山芋,甚至有消息传出宁德时代内部也开始否定NCM 811技术路线。

  我们知道,镍金属在锂电池中能够起到提升电池能量密度的作用,这使得高镍的811锂电池在能量密度上有了大幅度提升,一定程度上起到了缓解用户里程焦虑的作用,但在电池安全性方面却着实不那么让人放心。

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  另外,2019年新能源汽车的补贴新方案中,规定即使电池的能量密度超过160Wh/Kg,补贴系数也不会超过1倍,且2020年的政策维持了这一数据,因此未来的锂电池行业会更加关注产品安全,高镍化的时代将一去不复返。

千里之行,始于足下

  尽管当前全球性的新冠肺炎仍在持续大流行,但从未来趋势来看全球新能源汽车的销量会持续增加,这必然会直接带动锂电池的需求提升。

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  可以预见,未来的新能源汽车竞争将会进入白热化,在锂电池方面车企会倾注更多的资金来提高电芯密度,以进一步提升电池续航水平、缓解里程焦虑;会以燃油车售价为目标,做到在无补贴下向燃油车靠拢;也会更大幅度延长锂电池的使用寿命,并尽可能向车身寿命靠拢。

  但这一切创新创造的根基,终归是要以保障用户驾乘安全为前提,否则就会如NCM 811那样,在看尽世间繁华之后,慢慢徘徊在无尽深渊的边缘。

  欲戴王冠,必承其重,是一种经验的传承,更是一种痛苦的觉醒与领悟。

  或许特斯拉、比亚迪、宁德时代们会有更深的体会。

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