深評(píng)：看未來五年 誰是下一代電池王者

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購置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷商報(bào)價(jià) 車主點(diǎn)評(píng)(240條)

新能源汽車的發(fā)展是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括整車的正向研發(fā)、“三電”核心技術(shù)、輕量化、智能化等諸多方面，但最基礎(chǔ)、最重要的是電池技術(shù)的突破，這是解決電動(dòng)車里程焦慮、高成本、性能提升等諸多問題的關(guān)鍵因素。因此，電池行業(yè)應(yīng)該是整個(gè)新能源汽車行業(yè)創(chuàng)新的前沿。未來五年，也就是2023年左右，動(dòng)力電池產(chǎn)品的研發(fā)和落地，以及工藝研究能走多遠(yuǎn)，值得我們認(rèn)真研究。

●什么是深度評(píng)論和提問？

《深度評(píng)論與問題》是為行業(yè)用戶打造的第一個(gè)專欄，專門由汽車行業(yè)資深從業(yè)者撰寫，專門分析/揭示行業(yè)重大事件。除了活潑的外表，我們想向你展示對(duì)事物的本質(zhì)、因果和未來可能性的探索和思考。

本期行業(yè)評(píng)論員朱玉龍，在汽車電子和新能源汽車領(lǐng)域擔(dān)任技術(shù)工程師多年。曾在上汽通用、LEAR、捷信動(dòng)力等知名整車/零部件公司工作，對(duì)汽車技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展有著深刻的理解，充滿探索熱情。

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●中國動(dòng)力電池市場(chǎng)長期堅(jiān)持磷酸亞鐵鋰路線，現(xiàn)在普遍轉(zhuǎn)向三元鋰的研發(fā)和生產(chǎn)?！裾雇磥砦迥?，高鎳三元正極加硅碳負(fù)極是提高比能量最可行的方案?！窆虘B(tài)電池短期內(nèi)無法派上用場(chǎng)，預(yù)計(jì)2025年將迎來量產(chǎn)應(yīng)用的節(jié)點(diǎn)?！耠姵丶夹g(shù)每年都在逐步提升，但創(chuàng)新速度可能不及預(yù)期。

一、動(dòng)力電池單體技術(shù)的創(chuàng)新

從我國新能源汽車的推廣和示范來看，磷酸亞鐵鋰的主導(dǎo)地位已經(jīng)逐漸形成。從2010年到2021年，三元鋰將是最后一個(gè)。2021年新能源汽車市場(chǎng)，三元鋰和磷酸鐵鋰電池的匹配比例依然是“37-30”，2021年是“46-30”，2021年幾乎持平。2021年上半年，三元鋰開始趕超。

動(dòng)力電池從磷酸亞鐵鋰向三元鋰的轉(zhuǎn)移不是一蹴而就的。如下圖所示，在國內(nèi)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)之前，國外電池公司已經(jīng)對(duì)電池單體化學(xué)體系進(jìn)行了一些改變。之所以給我們“如春大風(fēng)，夜起”的感覺，是因?yàn)槲覀冮L期走磷酸亞鐵鋰的路線。2021年之后，三元鋰電池的發(fā)展普遍轉(zhuǎn)向，突然趕上了日韓的技術(shù)路徑。

“國外典型企業(yè)電池化學(xué)體系的演進(jìn)路徑”

目前，我國三元材料動(dòng)力電池系統(tǒng)均為鎳鈷錳酸鋰。鎳可以提高材料的能量密度。根據(jù)三種過渡金屬離子的不同比例，可分為低鎳NCM424、NCM333、NCM523和高鎳NCM622、NCM811等材料。其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程主要是從低鎳的NCM333，523到高鎳的622，811。

對(duì)于整車來說，動(dòng)力電池有四個(gè)關(guān)鍵問題需要突破:

●電池價(jià)格:隨著新能源汽車補(bǔ)貼持續(xù)下降，未來電池價(jià)格需要持續(xù)下降。分階段來看，2021年初，電芯價(jià)格需要下探至0.7元/Wh，約100美元/kWh；到2023年，將進(jìn)一步降至6毛/瓦時(shí)，約80美元/千瓦時(shí)。

●電池壽命:現(xiàn)有NCM523系統(tǒng)的壽命約為8至10年。如果大量使用，磨損會(huì)更快。預(yù)計(jì)壽命將延長至10年。

●電池安全:要提高電池的安全性，改進(jìn)的方法是逐步優(yōu)化電解液配方、隔膜等關(guān)鍵因素，這就需要更加基于來源的安全機(jī)制。

●電芯能量密度:補(bǔ)貼政策每年都會(huì)描繪出電池能量密度的新基線，國家也制定了《汽車行業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，力爭到2021年實(shí)現(xiàn)電芯能量密度300Wh/kg。

我們關(guān)注的是電池比能量對(duì)電動(dòng)汽車發(fā)展的影響。目前主要的純電動(dòng)汽車平臺(tái)規(guī)劃可分為以下幾個(gè)檔次。一般來說，電池負(fù)載將從40kWh開始。僅僅增加電池以獲得更長的續(xù)航里程是不夠的。電池本身體積大，重量大，堆疊越多，能耗增加越多，電池壽命降低。

目前主流電池系統(tǒng)的能量密度在140千瓦時(shí)/千克至160千瓦時(shí)/千克之間，續(xù)航里程設(shè)計(jì)已普遍達(dá)到350-400公里。國內(nèi)高端電動(dòng)車的計(jì)劃是2021年左右。通過優(yōu)化電芯設(shè)計(jì)，續(xù)航里程將提升至500公里。目前國外的大眾MEB平臺(tái)、寶馬的iNext系列、奔馳的EQ系列都規(guī)劃了不同的能量密度，通過控制電池總負(fù)載來選擇。

從主流電池廠商的進(jìn)度來看，產(chǎn)品迭代速度也可以分為激進(jìn)路線和平和路線，在滿足安全、壽命等指標(biāo)的同時(shí)，需要綜合考慮能量密度的提升。對(duì)于制造相同尺寸的電池，如果電池瓦時(shí)高，每瓦時(shí)的制造成本就會(huì)降低。根據(jù)制造層面的環(huán)境控制要求，短期內(nèi)還有一個(gè)生產(chǎn)線改造的過程。

《國內(nèi)外主流電池能量密度提升路線》

目前，圓柱形動(dòng)力電池已率先量產(chǎn)高鎳產(chǎn)品，方形和軟包電池的突破迫在眉睫。預(yù)計(jì)2021年行業(yè)將迎來高鎳產(chǎn)品量產(chǎn)的普遍突破。在其他類型動(dòng)力技術(shù)取得突破之前，高鎳三元正極產(chǎn)品的生命周期預(yù)計(jì)至少為5年。

二、固態(tài)電池的應(yīng)用還有多遠(yuǎn)？

根據(jù)主流電池供應(yīng)商的反饋，未來五年電池單體技術(shù)的研發(fā)可能會(huì)更快，但為了滿足車輛的要求，實(shí)際應(yīng)用的迭代速度并沒有我們想象的那么快。因此，一些汽車公司已經(jīng)在嘗試固態(tài)電池來跨越式地解決這個(gè)問題。

前段時(shí)間，大眾汽車宣布將向QuantumScape投資約1億美元，目標(biāo)是在2025年開發(fā)并量產(chǎn)固態(tài)電池。大眾在很多年前就開始關(guān)注QuantumScape。2021年12月已經(jīng)持有后者5%的股權(quán)，現(xiàn)在1億美元是新增投資，也說明公眾對(duì)后者技術(shù)變現(xiàn)的可能性更有把握。在日本，日本政府、日本電池制造商以及本田、日產(chǎn)和豐田將聯(lián)合開發(fā)固態(tài)鋰離子電池。不過根據(jù)幾個(gè)大牌的說法，時(shí)間節(jié)點(diǎn)會(huì)在2025年之后。

日產(chǎn)研究與高級(jí)工程高級(jí)副總裁喬雄·亞紗美在接受采訪時(shí)表示，2025年之前，固態(tài)電池技術(shù)還不夠完善，無法應(yīng)用于電動(dòng)汽車，障礙包括成本和生產(chǎn)難度等。現(xiàn)在基本還處于初步研究階段。豐田董事長內(nèi)山武史也表示:“我們正在努力。如果要量產(chǎn)，還有一些問題需要解決?！边@也說明固態(tài)電池需要R&D層面的內(nèi)外創(chuàng)新公司共同解決，短期內(nèi)無法使用。

“車企投資固態(tài)電池面臨成本、生產(chǎn)技術(shù)等諸多現(xiàn)實(shí)問題?！?/p>

總結(jié):

靜下心來，動(dòng)力電池的電芯技術(shù)近五年來每年都在逐步提升，但考慮到需要支撐整個(gè)電動(dòng)車的快速普及，在電芯層面的創(chuàng)新速度可能沒有我們預(yù)期的那么快。總的來說，2021年300Wh/kg的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的。問題是，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)是否意味著它可以用于電動(dòng)汽車？答案不確定。汽車動(dòng)力電池是一個(gè)系統(tǒng)工程，滿足特定的能量需求只是條件之一，其他性質(zhì)也是如此。)也至關(guān)重要。在實(shí)現(xiàn)高比能量目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還需要更多的時(shí)間和精力來綜合開發(fā)和完善其他性能指標(biāo)。

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