从能量密度竞赛中折返:动力电池跨进无钴时代?

从能量密度竞赛中折返:动力电池跨进无钴时代?

首页动作格斗能量竞赛更新时间:2024-05-11
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踏进新赛道

上半年中国动力电池领域,发生了两件大事:

一是由“电池大王”王传福领衔的比亚迪,在3月底发布了刀片电池;二是在电池领域名不见经传的蜂巢能源,5月18日发布了无钴电池。

蜂巢能源背后的老板是长城汽车,所以也有人称是魏建军发动了无钴电池冲击波。

有意思的是,王传福和魏建军,南北对峙多年的自主品牌车企,已经由过去的发动机、变速箱的竞争,变成了动力电池的竞争。

然而,对眼下动力电池产业的冲击,魏建军毕竟不如王传福老道。比亚迪的刀片电池已经量产,而蜂巢能源的无钴电池,离量产还有一年的时间。

看长远一点,中国动力电池的霸主宁德时代的评价完全不一样,认为后者带来的冲击波更大。

对于王传福寄予厚望的刀片电池,宁德时代董事长曾毓群有些不屑:

目前据报道的刀片电池是我们2016年量产的CTP结构创新概念中的一种,我们已经选择并量产CTP结构创新里最优的几种,比如CTP-0、CTP-1、CTP-2。

曾毓群说得很直接,意指王传福的刀片电池技术,是宁德时代玩剩下的方案。

而对于无钴电池,曾毓群的态度完全一样,称是一个全新的、颠覆性的产品,宁德时代对相关技术的研发,也正在推进当中。

认真的对手往往明争暗斗。王传福也隔空喊话曾毓群,几年前磷酸铁锂电池在三元材料电池的冲击下偃旗息鼓,现在通过刀片电池卷土重来了。

国内动力电池装机量,过去几年已经没有悬念。不过,王传福并不认为三元材料电池为主的宁德时代,可以统治未来。

在过去十年的新能源汽车发展历程中,动力电池经历了磷酸铁锂主导和三元材料电池主导的时代,在两个体系里,能量密度、充电速度、安全性能等技术革新越来越快。

尽管有很多技术指标,但磷酸铁锂的发展以安全性为主线,而三元材料电池的发展以能量密度为主线。过去几年,能量密度高的三元材料电池更加受市场欢迎。

但2018年钴价暴涨之后,路线争论出现转机:因为三元材料电池中的钴,稀缺而价格昂贵,导致高镍电池需要在能量密度竞赛中折返回来,去找一个折中方案。

2018年,全球钴价由每吨价格2万美元暴涨到9万美元。一大批钴公司,包括寒锐钴业、华友钴业、洛阳钼业,股价翻飞,冲上历史最高点。

这就是两年前的“姑爷一飞冲天”。这一波最后狂潮终结于,特斯拉宣布将采用无钴电池。姑爷半空跌落,脸着地。

在特斯拉发声前,和钴产业链更近的动力电池巨头,早就意识到钴的全球储量,根本不足以支撑新能源汽车的发展。寻找钴的替代产品,已经在内部研究多时。

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找到钴替代方案

通常的三元锂电池(NCM)中,镍、钴、锰材料构成正极。

以宁德时代为例,目前主流产品是NCM 523电池,同时,能量密度更高的NCM 811也正在推广中。其中,NCM811电池的镍钴锰比例为8:1:1。

因为钴价格昂贵,约占整个动力电池成本的10%。同时,相关数据显示,按照目前的电动汽车发展速度,倘若不考虑回收,全球钴元素将在2026年被消耗殆尽。

所以,动力电池巨头都在研发钴的替代方案。但出人意料的是,最先发布无钴电池的,是成立仅为两年的蜂巢能源。蜂巢能源公司成立于2018年2月。

有人认为,蜂巢能源是为了赶在特斯拉电池日发布无钴电池前,制造外界影响力。但即便如此,这种操作也相当聪明。

蜂巢能源5月18日发布了两款产品:115Ah电芯和L6薄片无钴长电芯。

相关信息显示,115Ah电芯的容量为115Ah,能量密度为245Wh/kg,车辆续航里程为600公里,预计在2021年6月推出。L6薄片无钴长电芯的容量为226Ah,能量密度为240Wh/kg,预计搭载在长城哈弗的一款高端车上,续航里程为880公里,预计在2021年下半年推出。

蜂巢能源的无钴电池一经发布,就在全球媒体上抢尽了风头,一战成名。毕竟,它成为领先特斯拉发布无钴电池的全球第一,也领先宁德时代、LG和松下、比亚迪等巨头。

但事实上,从蜂巢能源的无钴电池要一年后才量产来看,不排除动力电池巨头在量产上抢在蜂巢能源前面,抢市场先机。

而且,动力电池的竞争,已经不是单纯技术和参数的竞争,而是技术和制造体系的竞争。除了质量和可靠性,还有安全的需求,技术、产品品质、供应链管理、成本、资金实力等的竞争都很激烈。蜂巢能源完全没有优势。

电池行业的门槛并不高,新能源汽车产业兴起后,全国曾有大大小小几百家电池厂为车企供货,被称为“小乱差”产业。很多电池厂的问题在于,工艺落后,电芯的一致性差,导致了电池模块和电池包的质量差,安全事故频发。

另外,如果没有规模效应,在成本上,新闯入者也很难和巨头抗衡。所以,从整体上看,无钴电池的出现,恐怕很难改变现有电池产业格局。

经过十年的发展,动力电池行业格局基本确立。新闯入者只存在于一个机会,那就是依托强大的车企背景,先为自家供货,才可能进行技术、工艺、经验和规模化的积累,打开市场。

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丢不掉的NCM

蜂巢能源的无钴电池,实际上是找到钴的替代方案。由现有的镍钴锰三元材料,变成镍锰二元材料。

蜂巢能源采用了两种化学键能更大的元素,替代钴,掺杂到材料中,构建了新体系电池的基础。

通常,评价电池技术发展前景的标准,包括能量密度、热稳定性、充电速度、循环寿命、成本等几个重要因素。

其中,能量密度和热稳定性成反比。从磷酸铁锂、三元材料电池到无钴电池,能量密度和热稳定性的关系,依旧成立。磷酸铁锂能量密度最低,热稳定性最好;三元材料电池能量密度最高,热稳定性也最差;无钴电池折中。

据蜂巢能源称,通过阳离子掺杂技术,提高材料的上限电压,实现能量密度比磷酸铁锂提高40%。国轩高科称,磷酸铁锂电芯的能量密度大概为190-200 Wh/kg。

无钴电池电芯的能量密度可以做到245Wh/kg,如果按照一般电池包的物理结构,电池包的能量密度大概是电芯的40%-50%,如果按照行业上限可以达到60%,也就是无钴电池包的能量密度可以达到147 Wh/kg。

事实上,据比亚迪的官方数据,其刀片电池的电池包能量密度,也可以达到140 Wh/kg。

所以,目前来看,第一代的无钴电池,相对于磷酸铁锂的能量密度,并没有绝对的优势。但磷酸铁锂的能量密度可提升空间并不大,而脱胎于三元材料电池的无钴电池,可能具有更大空间。

所以,无钴电池尽管目前在能量密度、成本、安全性能等方面,并不比磷酸铁锂优越,但仍可能是未来的主要路线。这也是动力电池巨头加速布局的核心因素之一。

而在钴矿还没有完全用尽之前,镍钴锰酸锂电池仍然可能拥有巨大的市场。原因很简单,它在能量密度上,仍有巨大的优势。

目前,能量密度最高的量产化三元材料电池——NCM 811电池,其电芯能量密度可达到250-280Wh/kg,电池包能量密度高达170-180Wh/kg,远高于磷酸铁锂电池。

据宁德时代称,电池包的能量密度是指根据车企需求开发的密度,如果自主设计电池包,能量密度可以做到250Wh/kg以上。以第一代的无钴电池来看,能量密度的差距是比较大的。

而在成本上,国内三元锂电池电芯报价约在0.9元/Wh左右,磷酸铁锂电芯则在0.7元/Wh左右。磷酸铁锂电芯也没有绝对的优势,能够以低成本屠*市场。

无钴电池在所有的参数上,几乎都介于磷酸铁锂和三元材料电池之间,所以,无钴电池如果没有在性能参数上出现较大的差异前,那么它的兴起,一定是要在钴贵到车企无法承受之后。

以目前的技术标准看,无钴电池的处境,在市场上可能是上下够不着的“夹心饼干”。但全球的钴矿在2026年就会开采完,所以,三元材料电池的终结,一定会早于这个时间。



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