搜索

热门文章

热门视频

热门标签

  • 01

    01

  • 01

    01

  • 01

    01

友情链接    Friendship link

时代汽车微信公众号

车展微信公众号

>
>
>
再见了,我的“钴”爷!特斯拉或抛弃三元锂电池,背后有着怎样的产业格局?

再见了,我的“钴”爷!特斯拉或抛弃三元锂电池,背后有着怎样的产业格局?

分类:
动力电池
作者:
来源:
连线新能源
2020/02/26 20:01
浏览量
 
  导言
 
  就在2月18日下午,新能源行业传来一则重磅消息“特斯拉正与宁德时代接洽,在中国制造的特斯拉汽车上使用宁德时代的不含钴电池,协商已经进入尾声”。消息一出,A股市场上钴相关概念股纷纷一字跌停,或逼近跌停。
 
  这条消息为何有这么大的威力?目前新能源汽车电池主要分为磷酸铁锂电池、三元锂电池两类,而此前特斯拉使用的三元锂电池,一般要用到价格昂贵的钴金属,因而如果此消息成真,意味着特斯拉接下来可能使用磷酸铁锂电池,对钴的价格无疑是利空,那么这两类电池究竟各有何优缺点呢?国内又有哪些企业提早磷酸铁锂的布局呢?今天扑克投资家重发一篇去年9月的文章,带大家走进锂电池的江湖。
 
  正文
 
  锂电池的路线之争一直是近年的热点话题。和传统的磷酸铁锂电池相比,三元锂电池以其更高的性能,赢得了市场和政策的追捧,并超越了传统的磷酸铁锂电池,成为市场份额的老大。但有这样一家技术型企业,在三元称雄的今天,依旧坚持在磷酸铁锂上孜孜不倦研发,终于取得了新的突破。作为一枚理工男,今天扑克君就带各位认识这家企业,以及背后的锂电池江湖。
 
  成为“改变世界的企业”,是一家企业的至高荣誉,也是企业社会价值的体现。继公布了2019年全球500强后,近日,《财富》杂志又评选出了“改变世界”的52家企业,而在前10名的榜单里,唯一的一家中国企业显得特别亮眼,就是响当当的“比亚迪”:
 
 
 
  【图】改变世界的前10家企业,比亚迪是唯一上榜的中企(图片来源:财富杂志)
 
  比亚迪不仅改变了世界,也让自身不断发展壮大:据刚发布的2019年度半年报,比亚迪上半年营收621.84亿元,同比增长14.84%,净利润14.55亿元,同比增203.61%,但其中包括了从政府方面获得的7.1亿元补助;扣除补贴后净利润为7.4亿元,同比增209.98%。
 
  虽然有着靓丽的财报,但很多人想不到的是——在全球500强榜单上,比亚迪尚榜上无名!那么这样一家连500强都不是的企业,究竟有什么秘方,能够改变世界呢?
 
  据《财富》官方消息,比亚迪因“扩大电动汽车市场”,推动全球电动车行业发展并产生深远影响而入榜。而比亚迪的“护城河”,就是全球顶尖的锂电池技术。
 
  锂电池行业的发展前景
 
  1. 三元VS磷酸铁锂电池,孰优孰劣?
 
  能源问题,将成为21世纪的核心问题之一。对清洁能源的使用,已经成为世界各国努力追求的目标,而锂离子电池,以其强大的综合性能,以及不断降低的成本,成为新能源中广受追捧的热点。
 
 
  【图】从2010年至今,锂电池的成本不断下降(图片来源:财富杂志)
 
  说到锂离子电池,就不能不提锂离子电池的先驱古迪纳夫(JohnB.Goodenough),1996年,他和Padhi发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸铁锂(LiFePO4),比传统的正极材料更具安全性,尤其耐高温,耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。
 
  23年以来,磷酸铁锂电池在各方面大行其道,是应用最广泛的锂离子电池之一。但是磷酸铁锂电池的缺陷也是很明显的:和现在新兴的三元锂电池相比,磷酸铁锂在续航里程上并不占优势。
 
 
  【图】磷酸铁锂电池充放电过程示意图(图片来源:中关村在线)
 
  反观三元锂电池,作为冉冉升起的新星,能量密度可达最高,对于续航里程有要求的纯电动汽车,其前景更广,是目前动力电池主流方向。不过致命的缺陷是,随着多起使用三元电池电动车自燃事故的发生,其安全性引发了各界的广泛担忧。在深圳,电动物流车仅在2018年就烧了5辆,其中4辆是电池自燃。
 
  电动车自燃一再发生,不仅让很多消费者望而却步,也让停车时司机们小心翼翼。
 
 
  【图】今年4月,上海某小区特斯拉自燃,殃及周围车辆(图片来源:新民晚报)
 
 
  【图】各类型锂离子电池的化学成分,结构以及主要性能比较(图片来源:汽车人参考)
 
  三元锂离子电池之所以自燃事故频发,一个很重要的原因是,虽然镍配比增加,有效提高了锂电池的续航里程,但也会使其对高温的耐受能力大大降低(200℃就可能发生失控),若非聪明可靠的温控管理系统,一旦电池内部不稳定,容易造成电池爆炸,甚至引发火灾。
 
  相比之下,磷酸铁锂的热稳定性是目前车用锂电池中最好的:当电池温度处于500-600℃高温时,其内部化学成分才开始分解,因而基本不会存在自燃的问题。据近日中国国际电动汽车安全技术创新大会上发布的数据统计,2018年1~9月国内见报的21起电动车自燃事故中,只有两起用的是磷酸铁锂电池,三元电池则占到12起。
 
 
  【图】和磷酸铁锂相比,三元锂电池的爆燃似乎更为频发(图片来源:中国经济网)
 
  虽然有着潜在的安全隐患,但是三元锂电池组体积小,重量轻,充电快还耐用,在低温下的性能优于磷酸铁锂电池,再加上现在的电池管理系统比较先进,使得爆燃成为低概率事件,因而很快就成为了主流的动力电池组。
 
  2017年以前,磷酸铁锂的市场份额高达70%,但在2017年及2018年,磷酸铁锂市场份额分别降至45%和39%。中汽协数据显示,在2019年1-6月份,磷酸铁锂的市场份额进一步下降至32%。
 
  2.巨头虎视眈眈,中国能够“弯道超车”么?
 
  综上所述,三元锂动力电池的各项属性之间,一直存在相互制约的关系——能量密度高了,温控和安全性就更难保障;要保障电池循环寿命,能量密度就会相对受限。
 
  下面这张图,就展示了这种“不可能三角”的微妙关系,做到兼而有之,只能在动力电池的其他材料,以及电芯成组、成系统的环节予以弥补。
 
 
  【图】三元材料中镍含量与电池各属性关系:左边为失控温度,中部为克容量,右边为容量保持性能(图片来源:智东西)
 
  公开数据显示,高镍的NCM811材料每克质量所含电量(克容量)能够达到190mAh/g,显著高于钴含量更高、国内目前最主流的NCM523。此外,有关政策补贴条款,对锂电池要求的不断提高,也倒逼企业想尽一切办法提高锂电池的性能,而性能更好的三元锂电池自然后来居上。
 
  其中,就技术上而言,日韩两国起步早,因而在技术上有着领先优势,但中国的企业把握住了政策的红利(在2018年之前,新能源汽车补贴只针对国产电池企业,日韩企业则被排除在外),因而也取得了一定的优势。
 
 
  【图】锂电池领域的大玩家一览(图片来源:NE时代)
 
  目前放眼全世界,松下最早以圆柱形电池的形式,真正解决了高镍三元材料动力电池的大规模生产应用问题。在美国产特斯拉Model3采用的21700圆柱形电池上,松下实现了单体电芯能量密度300Wh/kg的指标。
 
  不过松下对特斯拉的电池独家供货商地位可能不保:随着特斯拉在上海工厂的落地,据彭博社援引消息人士的报道称,特斯拉已同意从LG化学购买电池,并将其用于上海工厂生产的Model3汽车。
 
 
  【图】特斯拉的Model3,电池供应商可能有变化(图片来源:站酷海洛)
 
  和松下电池相比,LG的电池研发能力似乎要稍逊一筹:仅仅计划于2018年小规模生产用于电动公交车的NCM811圆柱形电池,至于乘用车使用的软包电池,只是计划2-3年内实现712三元软包的规模化应用。
 
  和国外的企业相比,国内的锂离子电池生产企业则显得别有一番天地:虽然起步晚,但后发力量足,涌现出宁德时代、比亚迪这样的头部企业,为行业的发展贡献了“中国力量”。也为中国的锂电池行业在国际上争得了一片天地。
 
  不过和日韩相比,中国本土企业在三元锂电池上也有一些明显的劣势。
 
  首先是资源方面:三元锂电池中必须的钴和镍元素,都是中国极为缺乏的资源,其中,中国钴的使用量90%以上都需要进口;其次是成本方面:国内企业的技术严重受制于日韩企业,规模也远不如日韩企业巨头,因而在补贴逐渐减少,外企全面入局之后,未来的生存将面临严峻的局面。
 
  与中国动力电池相比,日韩动力电池的技术及稳定性都具有更大的优势。如SKI正准备研发全新一代NCM(镍、钴、锰)电动车电池电芯,三种金属材料的配比为9:0.5:0.5,镍金属含量越高意味着车辆续航里程越大,而国内绝大多数电池厂还没有研发出8:1:1的电池,宁德时代也从2019年才开始批量供应NCM811体系。
 
  而相比之下,磷酸铁锂电池在安全性和循环寿命上相对于三元锂电的绝对优势,正是中国新能源汽车关键要素所在和发展所需。只要明确其发展地位,加大投入,固化这一优势,中国新能源汽车就完全有弯道超车的可能。
 
 
  【图】三元锂电池和磷酸铁锂电池,谁主沉浮?(图片来源:一点资讯)
 
  而其中的比亚迪,更是一家特立独行的企业。比如,在三元电池称雄的当下,它虽然也有过妥协,但依旧没有放弃传统的磷酸铁锂电池,并以实际行动,让磷酸铁锂的技术重新发扬光大。
 
  这家公司的磷酸铁锂,已经发展到什么程度了呢?据8月22日该公司投资交流会上,创始人王传福透露出的“重磅”消息:
 
  比亚迪将于明年5-6月份推出的全新一代铁锂电池,体积比能量密度将提升50%,寿命长达8年120万公里,成本还可以节约30%。
 
  豪言壮语的背后,是比亚迪“不忘初心”,坚持研究磷酸铁锂路线所带来的自信。下面扑克君就带大家走进历史,探寻王传福的这份自信来自何方。
 
  比亚迪发展史:
 
  磷酸铁锂电池能够逆袭么?
 
  和成功的商人相比,比亚迪的创始人王传福或许更愿意把自己看成一名学者——的确,就在今年4月,他曾经被提名为中国工程院院士候选人,领域为“化工、冶金与材料工程管理”,显示了他在相关领域的成就,也暗示了比亚迪“技术立企”的路线。
 
 
  【图】比亚迪的掌门人王传福(图片来源:人民日报)
 
  王传福和特斯拉CEO马斯克曾经有过一次“互撕”,马斯克说,比亚迪的汽车很烂,就电池还不错;王传福则霸气回应,比亚迪分分钟就能造出特斯拉。
 
  虽然还是为了嘲讽比亚迪,但骄傲的马斯克,也不得不承认的是,比亚迪的“电池”确实很强,而王传福更是顶着“电池大王”的名头。
 
  1.白手起家,做到手机电池老大
 
  1992年的北京,刚从有色金属研究院硕士毕业,年仅26岁的王传福,成为该所301研究室负责人。在此后的2年间,王传福在体制内继续从事电池领域的研发。彼时的电池行业,是镍镉电池的天下,一部装有镍镉电池的“大哥大”,售价常高达数万元。
 
 
  【图】昔日的大哥大,是身份地位的象征(图片来源:摩托罗拉官网)
 
  直到1995年,出于环保的考虑,日本宣布不再生产镍镉电池,身为业内专家,王传福意识到镍镉电池生产基地将会进行一次国际大转移,这对比亚迪而言,是一次绝佳的机遇,但钱从哪来?
 
  就在此刻,一笔来自他表哥吕向阳的250万元“天使投资”,彻底改变了他的命运。1995年2月,王传福在深圳的一间旧车间,带领20多个人开始创业。
 
 
  【图】因镉元素对人体有害,镍镉电池现已被禁止使用(图片来源:站酷海洛)
 
  成立一个公司并不难,生产一个产品也不难,难的是如何将尽可能小的投入,演变为尽可能大的产出。
 
  那时,日本的一条镍镉电池生产线需要几千万元投资,再加上日本禁止出口,王传福买不起,也根本买不到这样的生产线。但世上无难事,只怕有心人。王传福是一个知道如何控制成本的“抠门”老板。
 
  根据企业的特点,他利用中国人力资源成本低的优势,决定自己动手建造一些关键设备,然后把生产线分解成一个个可以人工完成的工序,结果只花了100多万元人民币,就建成了一条日产4000个镍镉电池的生产线。
 
  靠着这样最原始的人工方式,比亚迪以其优秀的品质,低廉的价格获得了大量的订单(日本产的手机电池8美元一块,比亚迪只要2.5美元),1997年亚洲金融风暴中,日本电池厂商为了减小亏损,松下,飞利浦,索尼都把大量订单给了比亚迪。短短3年时间,比亚迪就抢占了全球手机电池40%的份额,成为镍镉和镍氢电池行业老大。
 
  在当时,日本充电电池一统天下,国内的厂家多是买来电芯搞组装,利润少,几乎没有竞争力。如何打开局面呢?
 
  经过认真思考,王传福决定依靠自身技术研究优势,从一开始就把目光投向技术含量最高、利润最丰厚的充电电池核心部件——电芯的生产。事实证明,王传福这一招,才是后发制人的关键所在。
 
 
  【图】电芯——锂离子电池的关键技术所在(图片来源:第一电动网)
 
  2000年,王传福投入大量资金,开始了锂电池电芯的研发,很快拥有了自己的核心技术,并成为摩托罗拉的第一个中国锂电池供应商。
 
  到了2001年,比亚迪公司锂电池市场份额上升到世界第四位,而镍镉和镍氢电池上升到了第二和第三位,实现了13.65亿元的销售额,纯利润高达2.56亿元。以近15%的全球市场占有率,成为中国最大的手机电池生产企业。
 
  2002年7月,比亚迪在香港主板上市,募集资金16亿港元,毛利润率、净利润率分别达到41.7%和28.7%,在劳动密集型企业中,可谓是名列前茅。
 
  到了2003年,王传福就把比亚迪做成国内第一、全球第二大手机电池制造商,成为名副其实的“电池大王”。有一个形象的说法,世界上每三只手机里,就有一块手机电池是由比亚迪生产。
 
 
  【图】昔日的手机霸主摩托罗拉,用的也是比亚迪的电池(图片来源:站酷海洛)
 
  2.进军汽车,却被宁德时代后来居上
 
  2003年1月,王传福以2.7亿元收购秦川汽车77%的股权,高调进入汽车业。外界看来,他自信到狂傲。即便是他身边最亲近的高管,也一直在劝他不要做汽车,但王传福坚决声称,“我干这件事是坚定不移的。”
 
  也许是王传福眼光独到,那几年汽车行情暴涨,王传福的比亚迪也膨胀式发展。2008年,股神巴菲特注资比亚迪,终于没人再拿王传福做汽车的事叫他“疯子”了。
 
  再往后,恰逢新能源汽车大潮,靠着电池技术优势,比亚迪股价很快翻了十几倍,到了2009年,身家暴涨到350亿的王传福,被评为2009年的福布斯中国首富。
 
 
  【图】从2008到2009年,比亚迪的股票从6港元暴涨到88港元(图片来源:同花顺)
 
  2016年,比亚迪电池的出货量达8.23GWh,位列行业第一。不过这种情况很快就起了变化:到了2017年,宁德时代全面爆发,以10.4GWh的装机量夺得了中国电池第一大供应商的宝座,比亚迪以5.43GWh的装机量和15%的市占率屈居国内行业第二。
 
 
  【图】2018年全球汽车动力锂电池企业出货量排名(图片来源:高工产研)
 
  实际上,宁德时代之所以崛起,而比亚迪之所以失去老大的地位,原因是多方面的。比亚迪的动力电池技术过去一直采用自产自销的封闭生产运营模式,这么做的好处很明显,供应链控制在自己手上,质量把控更方便,产品适应性更好,但无形中降低了性价比,自然也影响了企业的选择。
 
  正如前文所言,相比三元锂电池,磷酸铁锂电池安全性更高、循环使用寿命更长、成本也更低,但能量密度的提升空间较小,而根据新能源补贴政策,电池能量密度又是获得多少补贴的重要因素。两种锂电池路线之争,其实很大程度是比谁更能享受政策红利。
 
  和比亚迪单纯磷酸铁锂路线不同,宁德时代实行的是“两条腿走路”的政策,不但发展磷酸铁锂电池,也发展三元锂电池。到了2017年,三元的市场份额已经和磷酸铁锂不相上下。
 
 
  【图】2017年四种类型动力电池份额排行(图片来源:新浪证券)
 
  第一个方面是自己的主要产品磷酸铁锂电池正快速被三元锂电池抢占市场;
 
  第二个方面是国家的政策倾向三元锂电池,补贴就少了很多;
 
  第三个方面是因为商业模式的原因,其他汽车厂家都选择了宁德时代。
 
  三个方面同时作用,使得比亚迪失去了老大的地位,而宁德时代却风头正盛,也印证了一句话“来得早不如来得巧”。痛定思痛,比亚迪宁愿“忍痛割爱”,暂时把磷酸铁锂电池放在一边,转而加大三元锂电池的生产力度,并计划将自己的电池部门独立,今后会给其他汽车品牌提供电池。
 
  比亚迪,走到了一个新的十字路口。
 
 
  【图】两种锂电池路线之争又生变数(图片来源:CUNE存能)
 
  3.新一代磷酸铁锂,性能安全两开花
 
  说一千道一万,磷酸铁锂电池的安全性能,是三元电池难以匹敌的。如果能够解决磷酸铁锂电池能量密度低的短板,所有问题不就迎刃而解了吗?理论上是这样没错,但因为两者正极材料构成的差异,实现这一点的难度相当大,可谓是“要把红烧肉做出鱼的味道”。
 
  比亚迪则通过多年不懈的努力,即使在三元锂电池成为主流的今天,也持续着磷酸铁锂电池的研发,最终功夫不负苦心人,成功突破技术壁垒。
 
  这就是王传福早前所言,比亚迪明年推出的新一代磷酸铁锂电池,能量密度可达到180Wh/kg,相比此前提升大约9%,这一数据已经不弱于“811”三元锂电池。
 
  并且从2019年开始,补贴政策也让磷酸铁锂电池有了优势:在不考虑续航里程等因素的前提下,只要电池能量密度方只要达到160Wh/kg及以上,就可获得1倍补贴,而1倍补贴也是最高额度,而新一代磷酸铁锂电池已经满足了这个要求。
 
 
  【图】和2018年相比,2019年新能源汽车补贴全面下降(图片来源:汽车人参考)
 
  实际上,比亚迪研制出的高能量密度磷酸铁锂电池,除了在政策补贴市场上有优势外,还有更加深远的意义。
 
  全新一代磷酸铁锂电池的能量密度(体积维度)将提升50%。那么也就意味着,相同的车型,比亚迪未来可将车辆的电池容积提高50%,虽然可能也会带来重量增加的影响,但最终实际的续航表现一定会大幅提升。这也就意味着,比亚迪的新电池,实现了性能和安全两开花的奇迹!
 
  总而言之,新一代磷酸铁锂电池的推出,无疑让比亚迪的电池业务底气更足。有了它,比亚迪就无需仅仅“押宝”811,从而手中有了更多的底牌。
 
  虽然距离新一代磷酸铁锂电池推出还有大半年时间,但比亚迪无疑向外界释放了强有力的信号——希望这一天早日变成现实。