本文目录一览:
- 1、动力电池走向双寡头时代!谁是宁德时代真正的敌人?
- 2、宁德时代比亚迪隔空斗法背后:三元锂真要玩完了?
- 3、LG化学反杀宁德时代,韩国电池为何仅用半年便逆袭成功?
- 4、穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记
动力电池走向双寡头时代!谁是宁德时代真正的敌人?
车东西
文|Juice
毫无疑问,未来五年全球动力电池领域将会演变成一场双巨头的争夺战!
今年以来,LG化学和宁德时代在全球动力电池单月装机量排行榜上反复角逐,先是LG化学对宁德时代完成反超,然后宁德时代再次强势回归,截止今年前八月份,LG化学全年的装机量仍然稍胜宁德时代一头。
后起之秀反复抢位反映的是双巨头的崛起,动力电池领域曾经的三国杀格局也正在过渡为双雄争霸的格局。
动力电池行业老前辈松下则在这场竞争中逐步淡出,无论从单月装机量上来看,还是今年前8个月的装机量来看,松下都已经滑到了第三名,这个曾经的行业老大也不可避免的出现了增长乏力的状况。
那么,松下为何会掉队?宁德时代和LG化学接下来是否会主导动力电池行业的发展?动力电池格局是否会持续双雄争霸的趋势?
一、一场胜负难分的拉锯战 宁德时代LG双雄争霸
今年新能源汽车市场并没有继续保持高速增长的态势,这也让动力电池行业发展开始降速。韩国调查机构SNE Research数据显示,今年前八个月全球动力电池装机量为64.7GWh,同比下降9.9%。
虽然动力电池市场装机量有所减退,但是动力电池玩家的竞争却非常激烈。
今年第一季度,LG化学以27.1%的市场份额击败了实力强劲的松下和宁德时代,装机量也激增120%达到了5.5GWh,成为了全球市场占有率第一的动力电池企业。松下和宁德时代分别以25.7%和17.4%的市场占有率位列第二和第三,装机量分别为5.2GWh和2.8GWh。
今年第一季度全球动力电池装机量前三的企业
值得注意的是,2017~2019年,宁德时代一直是市场占有率第一的动力电池企业,LG化学硬生生的强压了宁德时代一头。
这还不算完,SNE Research公布的半年数据显示,LG化学以24.6%的市场占有率再次稳坐全球第一的位置,装机量也从5.7GWh增长到了10.5GWh。
宁德时代的市占率为23.5%位列第二,装机量则从13.10GWh下滑到了10GWh;松下则进一步下滑到了第三名,装机量仅有8.7GWh,全球市场份额仅为20.4%。
今年前半年全球动力电池装机量前三的企业
连续两季度被LG化学击败不禁让人发问:宁德时代今年是不是要彻底丢掉全球第一的位置了?宁德时代的回答是否定的。SNE Research近期公布了八月份的动力电池装机量数据,宁德时代2.8GWh的装机量占据了全球市场总额的25.9%,时隔八月重回第一。
LG化学八月的装机量为2.4GWh,占全球装机量的22.2%;排名第二,松下的装机量则为2.1GWh,占全球装机量的19.4%,排名第三。
今年前8个月全球动力电池装机量前三的企业
不过,从前八个月的装机量上来看,LG化学总装机量为15.9GWh,市场份额为24.6%,仍为全球第一;宁德时代的总装机量为15.5GWh,市场份额为24%,仍屈居第二,但双方的差距已经非常小了,宁德时代再次反超LG化学也仍有可能。
松下虽然仍维持了前三名的位置,但是总装机量仅为12.4GWh,市场份额为19.2%,跟前两者的差距略有扩大。
从整体上来看,LG化学和宁德时代已经开始为了全球动力电池老大展开了一场拉锯战,而昔日的王者松下虽然还没有彻底掉队,但存在感却越来越弱。从这点上来看,动力电池领域未来3~5年可能会成为一个双寡头的时代。
二、松下已走走下坡路 新秀宁德时代LG化学上位
事实上,松下的落寞并不是今年才出现的。过去五年,动力电池领域正在发生一场悄无声息的地位争夺战,昔日的王者松下被被宁德时代拉下马,而宁德时代也在今年被LG化学追上。
无论在普通电池领域还是动力电池领域,松下都是当之无愧的老大哥,这家公司在1923年就开始涉足电池的生产了,2008年并购了三洋电机正式进入动力电池领域。
近五年松下的市场地位一路下滑,宁德时代、LG化学呈上升趋势
进入动力电池领域伊始就和特斯拉建立了合作,2016年曾是世界上装机量最大的动力电池企业,值得一提的是,那一年宁德时代和LG化学还分别位列全球第三和第五。
LG化学在1995年正式进入电池行业,在2011年开始动力电池的生产,而宁德时代则是最年轻的一个,在2012年底才正式进入动力电池领域。
但先对松下发起攻击正是最年轻的宁德时代,在2017年,宁德时代的装机量增长了近乎一倍,一举将松下拽在身后登顶世界第一的位置,但那一年LG化学还是前五名的守门人。
宁德时代电池包
此后两年,宁德时代连续蝉联全球第一的位置,松下则连续排在第二名,排名相对比较固定,而LG化学则逐步从第五爬到了第三名,到2019年底,宁德时代、松下、LG化学霸占了前三名的位置。
进入到今年之后,LG化学继续保持增长的势头,目前甚至还以微弱的优势超过宁德时代位居全球第一。
纵观这五年动力电池的格局变化不难发现,老一辈玩家松下正在走下坡路,从2016年的第一名,逐步下滑到了如今的第三名。
而新秀玩家宁德时代和LG化学则不断迎难而上,宁德时代以迅猛的势头连续三年拿下了全球第一的位置,LG化学则厚积薄发从第五名一路逆袭到了第一名。
LG化学动力电池工厂
目前来看,今年全球动力电池老大的位置还存在一定的悬念,但这个悬念也将会在宁德时代和LG化学之间产生,松下几乎无望完成反超。
而松下之所以会逐步掉队其实也并不难理解,电池企业的装机量大小取决于自己的产能和客户群体,松下在这两方面的表现都不算太好。
作为一家综合性的大公司,动力电池只是松下的一个部门,因此在投入上会有一定的限制(宁德时代为纯粹的动力电池企业,而LG化学也将拆分电池业务成立独立公司)。
目前,松下在全球主要有8个工厂,日本地区有4个,国内有3个,此外还在美国和特斯拉合建了一个超级工厂,公开数据显示,这八处工厂的产能仅为52GWh,这与宁德时代和LG化学的产能相比还存在不小的差距。
在客户方面,松下最主要的客户是特斯拉,此外也和丰田、福特等车企建立了合作关系,但是松下的产能连特斯拉都难以满足(马斯克曾吐槽松下的产能限制了特斯拉的发展),别的企业就更难从松下分到部分产能了。
在产能和客户方面都存在一定的短板也成了松下后继乏力的主要问题之一。
三、松下面临多方挑战 已到生死存亡关头
尽管松下隐隐约约已经有了下滑的趋势,但现在说松下彻底掉队还为时尚早。
从今年的市场情况来看,LG化学的市场占有率为24.6%,宁德时代的市场占有率为24%,两者共占据了48.6%的市场,几乎已经占据了动力电池领域的半壁江山。
而松下也还维持着19.2%的市场份额,也还有一定的话语权,但随着LG化学和宁德时代的产能逐步释放,这一格局或将会发生转变。
宁德时代已经和上汽、东风、北汽、吉利、广汽、蔚来、小鹏等国内厂商建立了合作关系,在国内基本已经占据了50%左右的市场,地位几乎不可撼动,并且还逐步拿下了宝马、大众和沃尔沃的订单,进一步扩大了自己的朋友圈。
宁德时代动力电
LG化学的朋友圈则更为庞大,韩国市场的客户包括现代、起亚等;美国市场上包括通用、福特、克莱斯勒等;中国市场上包括特斯拉、上汽通用等;欧洲市场上包括沃尔沃、雷诺、奥迪、奔驰等。
可以说,宁德时代和LG化学并不发愁买家,现在困扰他们的则是产能,但同时双方都已经规划了大量的产能。
在2019年年报上,宁德时代公布了四项电池厂的扩建计划,分别是:投资100亿元人民币建设宁德车里湾锂离子电池生产基地项目,产能规划45GWh;湖西锂离子电池扩建项目将新增锂离子电池,年产能约16GWh;江苏动力及储能锂离子电池研发与生产项目将新增锂离子电池,年产能约24GWh;四川时代动力电池项目一期将新增锂离子电池,年产能约12GWh。
宁德时代产能扩建项目
这四项工程将直接为宁德时代带来97GWh的电池产能,而且宁德时代的德国工厂也正在赶工,投产时也将会具备4GWh产能,也就是说,宁德时代已知规划的产能就已经超过了100GWh。
LG化学也在积极规划新的产能,位于美国的电池工厂目前产能2-3GWh,未来将提升至30GWh;南京工厂,现有产能6GWh,计划在2023年达产,全面达产后年产能为32GWh;波兰工厂目前产能6GWh,计划提升到70GWh。
而且,LG化学还在积极推进合资电池工厂的建设,已经和通用共同投资23亿美元(约合人民币161亿元)建设一个新的工厂,工厂的年产能为30GWh,还将和吉利合作建设一个新的合资工厂,计划年产能为10GWh。
俄亥俄州洛兹敦的GM-LG Chem工厂渲染图
不难发现,LG化学和宁德时代对标的意图非常明显,所规划的产能也达到了100GWh以上。
等这两家企业所规划的产能逐步释放之后,两家的市场占有率势必会进一步上涨。
另一方面,三星SDI也进入了大众、宝马的供应链体系中,今年已经排到了全球第四,而像比亚迪、SKI这些玩家也正在发力,这意味着松下的市场也有可能会被进一步蚕食。
宁德时代和LG化学的市场占有率之和超过60%将会是一个重大的分水岭,意味着全球动力电池行业正式进入到双雄争霸的局面,而这一天并不会太远。
四、下一阶段的王者争夺战谁能胜出?
从市场趋势来看,宁德时代和LG化学已经成为未来的寡头级玩家了,那么这两个玩家的竞争谁又能胜出呢?
从市场上来看,宁德时代已经稳稳的在国内市场站住了脚,仍然可以享受到全球最大的新能源汽车市场的红利,而LG化学基本上已经拿下了欧洲的大部分车企,在美国也拿下了通用和FCA,欧洲市场和美国市场则分别为全球第二和第三大的新能源汽车市场。
也就是说,宁德时代和LG化学的市场基础都非常大,产能方面,前面已经说过了,双方也基本上处于势均力敌的状态。
这样一来,双方的竞争基本上就落到了技术上。
在电池技术本身,宁德时代今年放出了不少的重磅新闻,此前,宁德时代创始人曾毓群在接受彭博社采访的时候曾表示将推出一款可以使用16年,寿命超过200万公里的动力电池。目前动力电池保修期约为8年或24万公里,宁德时代将会把动力电池的使用寿命提升了数倍。
在9月份举办的2020世界新能源汽车大会上,曾毓群发表演讲时透露,已开发出可以做到不起火只冒烟的电池,会在年底在一些车型量产。一旦该项技术量产,将会意味着宁德时代在三元锂电池的高端化和安全性上找到了平衡点。
宁德时代董事长曾毓群(图源网络)
曾毓群还曾表示宁德时代正在高压无钴、无贵金属电池方面进行研究,而固态电池也是宁德时代的研发重点之一。
此外,宁德时代还在积极研发新的电池封装技术,此前宁德时代已经推出了CTP(无模组)技术。CTP技术可以让电池的成本大幅下降,宁德时代的磷酸铁锂电池的度电成本已经降到了600元以内,而行业大部分企业还维持在800元左右。
宁德时代CTP电池概念图(图源网络)
在今年8月份的一场行业论坛上,宁德时代董事长曾毓群介绍正在与客户联合研发CTC技术,其目标不仅仅是将电芯集成到底盘,还会将三电系统,以及DC/DC、OBC等高压部件纳入进来,并通过动力域控制器优化动力分配降低能耗。
基于这种设计,电动车的续航里程将会达到800~1000公里,而成本则可以低于燃油车。而特斯拉在9月份的电池日活动上也表示正在研究这一技术,也体现出了行业玩家对这种技术的认可。
特斯拉新电芯可直接装入底盘
相比于宁德时代的全面布局,LG化学则更聚焦于基础材料研发。
今年4月份,LG化学曾宣布将在明年第一季度投资约650亿韩元(约合人民币3.8亿元),以扩大其丽水工厂的碳纳米管(CNT)的产能至12000吨,CNT是具有与铜和金刚石相同的导电率和导热率的下一代材料,其强度是钢的100倍。
凭借多年的研究,目前LG化学可以将正负极材料、隔膜等方面的研究第一时间导入到产品设计中,这是多数电池企业所不具有的。
而且,LG化学还和通用合力推出了NCMA四元锂电池,即向NCM三元锂正极材料,混入少量的铝元素,使原本性质活跃的高镍三元正极材料在保持高能量密度的同时,也能维持较稳定的状态。
通用与LG合作的电
这种电池既可以保持三元锂电池的高能量密度又能增加电池的稳定性,还能进一步降低成本。
除此之外,LG化学CEO辛学喆曾在2019世界新能源汽车大会上表示LG化学将致力于开发固态锂离子电池,这意味着固态电池也将会成为LG化学的重点发展方向之一。
在技术储备方面,宁德时代和LG化学目前都在尽量完善现在的三元锂电池技术,同时又在不断对未来的电池技术进行探索。
总的来看,宁德时代和LG化学对未来的布局规划都非常相似,现在断言双方谁会在未来的竞争中胜出并不容易。但可以肯定的是,动力电池领域将会从此前的三国杀格局变成双寡头时代。
结语:动力电池行业两强趋势明显
在电动车兴起之后,松下凭借着与特斯拉的深度绑定,在很长一段时间都是动力电池行业的老大。但所谓成也萧何败也萧何,与特斯拉的深度绑定也让松下失去了更多的合作伙伴,在2017年被宁德时代完成了超越。
今年以来,凭借着特斯拉和欧洲市场的繁荣,LG化学也完成了上位,但是LG化学和宁德时代的差距并不是非常大,今年谁会坐上动力电池行业的铁王座也说不定。
但比较明显的是,松下前两名的差距正在不断扩大,动力电池行业正在变成两强竞争的格局,从目前市场的情况来看,两强争霸的趋势在未来很长一段时间内还将会继续维持下去。
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宁德时代比亚迪隔空斗法背后:三元锂真要玩完了?
电动 汽车 上普遍搭载的三元锂电池,要被淘汰了?
5月12日,工信部连发三道加急文书,颁布了一系列电动 汽车 强制标准,其中就包括一条“要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间”。
这一条规定对目前使用最广泛的三元锂电池来说,可谓是重大打击。
从此前发生的一些自燃事件来看,车用三元锂电池在发生热失控后,很快就燃起大火,并不符合上述5分钟不起火的规定。
三元锂电池正极材料中镍元素的含量进行提升能够使大大提升电池的能量密度,这也可以为电动车带来更长的续航里程,但镍元素提升之后,电池更容易出现热失控。
与磷酸铁电池相比,在特殊发生热失控后(比如针刺实验),三元锂电池内部的材料会发生分解,并随着发生爆炸。而磷酸铁电池则能保持稳定。
政策之外,三元锂电池还面临竞争对手——磷酸铁电池的新一轮打击。
比亚迪推出的刀片电池,用新的封装方式,大幅提升了能量密度补上了自己的短板,再加上自身拥有更好的安全性和成本优势,迅速崛起。
比亚迪的旗舰电动车——汉,就搭载了刀片电池上市。而特斯拉,也为国产Model 3换上了磷酸铁电池。
新标准和新产品的出现,引起了业内的激烈争论。三元锂电池和磷酸铁电池各自的代表,宁德时代和比亚迪就为这事儿隔空“吵了起来。”
比亚迪在刀片电池发布会上放出针刺实验的结果后,巨头宁德时代表示,电池安全和电池滥用测试是两回事,但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。
但随后,比亚迪则强硬回复称“不服?那也来扎一下吧!”。
那么三元锂电池到底能不够通过这个标准?三元锂和磷酸铁到底有何技术差异?三元锂电池是不是真的要被淘汰了呢?从业内专家的评论和各大企业的实际做法来看,其实已经有了答案。
近两个月来已经发生多起电动 汽车 着火的事故,为此,5月12日,工信部连发三道加急文书,颁布了一系列电动 汽车 强制标准,其中就包括一条“要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间”。
▲工信部颁布了一系列电动 汽车 强制标准
这条强制标准也被认为是针对三元锂电池的,从之前发生的自燃现象来看,多款搭载了三元锂电池的电动车从自燃到着火也就在几十秒内。
比亚迪作为资深的磷酸铁锂电池玩家,在磷酸铁锂电池方面有了比较深的研究,3月份曾发布了刀片电池。在发布会现场,比亚迪副董事长何龙表示:“几乎所有你能想到的电动 汽车 品牌都在和我们探讨合作。”
比亚迪总裁王传福在刀片电池的发布上表示,在国内的新能源乘用车领域,多个企业间存在续航攀比的现象,而提升续航的主要方法就是提升动力电池的能量密度,这就导致了电池行业的发展跑偏了。
车企普遍选择了能量密度更高的三元锂电池,并且还在持续增加电池的能量密度,这就导致了电动 汽车 的自燃事频频发生。
随后比亚迪还放了刀片电池和三元锂电池在针刺实验下的不同结果,结果显示,三元锂电池在针刺实验下很快就爆炸了,表面温度超过500摄氏度。
这也被外界视为比亚迪向宁德时代发起的挑战,之后宁德时代的董事长曾毓群亲自回应称:“电池安全和电池滥用测试是两回事,但有些人把通过滥用测试等同于电池安全。”
之后,比亚迪销售副总经理李云飞在微博上发文称:“不服?那也来扎一下吧!”,这一回应算是将两者之间的暗战提升到了明战的状态。
▲比亚迪销售副总经理李云飞微博回应
5月22日,宁德时代发布了一则视频,视频显示,在进行针刺实验时,钢针并没有穿过电池包,而且还被电池外包装的钢板折断了。
但视频发出后,也引起了部分网友的不满,有网友认为,针刺实验的本质是为了模拟电池短路,而不是刺进或刺不进,还有人称宁德时代掌握了电池外壳的核心技术。
▲网友对宁德时代视频的调侃
既然目的没达到,5月23日晚上,宁德时代又放出了一则视频,视频中,宁德时代的5系和8系三元锂电池都成功通过了针刺测试,这两款电池在针刺和静止1小时后,电池未出现剧烈的升温和爆炸现象。
在视频的最后,宁德时代表示:“宁德时代早在2017年就已经掌握了三元电芯通过针刺测验的技术,但是为什么没有推广?通过针刺测验=电池安全吗?”
目前,李云飞又回应称未发生短路的话针刺测试就已经失败了,而宁德时代方面还有消息传出说要放出第三则视频,国内动力电池行业的两个巨头之间的争论还将继续。
但搭载了三元锂电池的电动 汽车 屡屡发生自燃,磷酸铁锂电池和政策的一步步打压也都让三元锂电池处在风口浪尖,那么为什么会出现这样的情况呢?
要想搞明白三元锂电池现在处境的原因,还需要从三元锂电池的自身来说起。
安全性不强是目前三元锂电池最显著的问题,由于NCM电池的用户比较多,我们主要来看一下这种电池,根据镍与钴、锰元素比例的不同,NCM电池又可以分为两类,一类是镍锰等量型,另一类是镍锰不等量型。
如NCM424和NCM111就是典型的镍锰等量型电池,但随着车企对电动车续航能力要求的提升,三元锂电池的能量密度不断推高,高镍路线也不断明确。
所以以NCM523、NCM622和NCM811为代表的高镍型三元锂电池是目前电池厂的主流路线。由于提升镍元素可以让电池具备更高的容量,所以现在电池厂都已经在生产容量最高的NCM811电池了。
▲宁德时代动力电池
而在8系三元锂电池之后,镍元素含量超过90%的9系三元锂电池正在蓄势待发。据高工锂电报道,知名锂电材料供应商格林美目前已经完成了镍元素摩尔比例分别达到90%、92%、95%的Ni90、Ni92、Ni95等三元前驱体材料的研发与量产。
但凡事都有正反两面,随着能量密度的不断提升,电池的安全隐患也在与日俱增。
有研究表明,随着三元锂电池正极材料中镍元素的富集,电池的容量保持能力与热稳定性出现了下滑。
当NCM三元锂电池正极的镍含量超过60%,NCA三元锂电池正极的镍含量超过80%,在经过一定次数的循环后,电池正极材料中的微裂纹显著增加,电极阻抗增大,正极开始向电芯中析出大量的氧气。而且在电池温度达到250摄氏度~350摄氏度时,三元锂电池内部的化学成分就会发生分解。
这一现象会造成两个后果,一是由于微裂纹增加,电池的寿命会受到影响;二是由于氧气的出现容易导致电池热失控的产生,而热失控则会引发电池起火爆炸。
而磷酸铁锂电池则是采用了磷酸铁锂作为电池的正极材料,磷酸铁锂晶体中的P-O键难以分解,就算是在非常高的温度或者过充的时候也不会结构崩坏,当电池的温度处在500摄氏度~600摄氏度的高温时,其内部的化学成分才开始分解。
正是这一特性才使得磷酸铁锂电池的使用寿命会更长,而就算发生了热失控的现象,磷酸铁锂电池也不会像三元锂电池那般容易着火。
▲比亚迪刀片电池和其他电池的针刺测试结果对比
即使发生了着火现象,磷酸铁锂电池也更容易处理,磷酸铁锂电池的燃烧需要外部提供氧气,一旦切断了氧气,火就可以熄灭,所以常规的灭火方法都可以灭火。
而三元锂电池着火后,电池内部还会持续发热,用普通的干粉灭火器能将明火灭掉,但并不能降低内部温度,可能会导致二次燃烧,因而只能用水持续降温灭火,这也会增加灭火的难度。
此外,三元锂电池的成本居高不下也是一个缺点。三元锂电池就是正极材料中采用了镍钴锰或镍钴铝等金属元素的电池,目前国内用的比较多的是镍钴锰(即NCM)电池,而特斯拉采用的则是镍钴铝(即NCA)电池。
▲Model 3
但无论是NCM电池还是NCA电池,都脱不开对钴元素的使用,钴是一种稀缺金属,产量少且分布不均,美国地质勘探局数据显示,全球陆地钴资源的储量约为700万吨,其中刚果(金)的储量占比为52%、澳大利亚储量占比为17%,古巴的储量占比为7%,其他国家的储量则非常低。
正是对钴金属的需求才导致三元锂电池的成本居高不下,据公开资料显示,目前三元锂电池的度电成成本在1000元左右,而磷酸铁锂电池的度电成本可以控制在600元内。
综合来看,三元锂电池的优缺点都很明显,较高的能量密度能够为电动 汽车 提供更长的续航里程,但安全性差也是悬在空中的一把利剑,对于 汽车 来说,安全性又是重中之重,因而三元锂电池受到打压就不奇怪了。
虽然三元锂电池存在安全问题,但是因为其能量密度高,很多车企仍然选择这种电池,但比亚迪的刀片电池基本上解决了能量密度的问题,又拥有更高的安全性,使得磷酸铁锂的市场占有情况也发生了一些变化。
目前,国内的磷酸铁锂电池的装机量开始上升,甚至特斯拉、比亚迪的王牌车型,也开始从三元锂电池换装为磷酸铁锂电池了。
今年3月29日,比亚迪正式发布了刀片电池,并且还表示这款电池将会首先搭载到比亚迪汉上,在采用了刀片电池后,比亚迪汉的NEDC续航里程将超过600公里。
而在2015年,比亚迪推出的宋DM车上也采用了三元锂电池,2017年推出的秦EV和e5车型也采用了三元锂电池,这说明比亚迪也曾在技术路线上进行过纠结。
而现在,比亚迪汉EV、比亚迪宋Plus等旗舰车型都将采用刀片电池,这也可以看出比亚迪坚定了继续走磷酸铁锂电池的道路。
▲比亚迪汉EV
在刀片电池的发布会现场,比亚迪副总裁何龙表示:“几乎你能想到的所有 汽车 品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案,相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。”
除了比亚迪,全球第一大的电动 汽车 生产商也将要采用磷酸铁锂电池了。
5月22日,工信部发布了第333批《道路机动车辆生产企业及产品》,其中再次出现了特斯拉Model 3,从申报的信息来看,这款Model 3的电池换成了磷酸铁锂电池。
▲国产Model 3采用了磷酸铁锂电池
据了解,特斯拉的磷酸铁锂电池将会由宁德时代提供,有媒体报道称宁德时代的磷酸铁锂模组度电成本已经降到了500元以内,电池组的成本将会在600元以下。而此前特斯拉所用的高镍三元锂电池度电成本在1000元左右。这样一来,国产Model 3的价格有望进一步下降。
目前,特斯拉的全球销量已经超过了100万辆,而比亚迪电动 汽车 的全球销量也快接近100万辆了,这两家企业是世界上最大的两个电动 汽车 生产商,他们都采用了磷酸铁锂电池,这对于其他车企的影响将会是巨大的,在未来可能会有更多的车企选择磷酸铁锂电池。
正是由于这些原因的影响,目前磷酸铁锂电池的装机量也在稳步提升。中国 汽车 动力电池产业创新联盟公布的数据显示,2020年4月份,国内三元电池装机量约2.6GWh,占比为73.2%,环比增长17.8%。磷酸铁锂电池的装机量为0.9GWh,占比25.8%,环比增长74.1%
虽然目前磷酸铁锂电池的销量提升主要跟商用车产销的增长分不开,但随着国产Model 3、比亚迪汉逐步搭载磷酸铁锂电池,可能将会有更多的车企采用磷酸铁锂电池,磷酸铁锂电池的市场份额也会进一步提升。
看到这里,你可能会问,按这么说三元锂电池是不是就没有希望了,未来终将是磷酸铁锂的天下了吗?
但事实并非如此,很多电池企业已经认识到了三元锂电池存在的问题了,并且已经在积极的寻求解决方法,宁德时代通过加固电池外壳也能应对针刺实验,并且还展示了其三元锂电池通过针刺实验的视频。
不过,目前三元锂电池的发展也确实到了瓶颈,还需要更多的技术突破才能持续发展,而LG化学、蜂巢能源和三星都已经在研究新的技术了。
在今年3月4日通用的“EV week”活动上,通用与它的合作伙伴LG化学一同推出一款新的电池产品Ultium。
▲通用新电池Pack
这款产品的核心并不是被外界吹得神乎其神的电池包技术,其关键在于,Ultium电池的电芯将会使用LG化学最新研发的NCMA四元锂电池。
这款电池的技术原理是通过向NCM三元锂正极材料,混入少量的铝元素,使原本性质活跃的高镍三元正极材料在保持高能量密度的同时,也能维持较稳定的状态。
在这一转变过程中,原本NCM三元体系的Li[Ni-Co-Mn]O2正极材料体系变成了Li[Ni-Co-Mn-Al]O2(正极材料的化学构成发生了改变)。
过渡金属铝元素的加入所形成的Al-O化学键强度远大于Ni(Co,Mn)-O化学键,从化学性质上增强了正极的稳定性,进而使得NCMA四元电池H2—H3不可逆相变的电压在经过多次循环后仍然保持稳定状态,且Li元素在正极的脱嵌过程中不易释放氧元素,减少了过渡金属的溶解,提升了晶体结构的稳定性。
而稳定的晶体结构则减少了充放电循环过程中,正极材料微裂纹的形成,正极阻抗的上升速度得到抑制。
与此同时,有研究表明,NCMA的正极材料放热峰值反应温度为205摄氏度,高于NCA正极材料的202摄氏度与NCM正极材料的200摄氏度,这意味着NCMA正极材料的热稳定性更加优秀。
▲通用与LG合作的电池
值得注意的是,NCMA四元正极材料中,成本最为昂贵的钴元素,含量从NCA/NCM 622中的20%下降至5%,成本进一步降低。按照LG与通用公布的数字,NCMA四元电池的量产成本为100美元(约合人民币694元),而此前,LG化学NCM 622的量产成本约为148美元(约合人民币1027元)。
高能量密度、高稳定性、低成本,原本在NCA/NCM三元锂电池上难以同时实现的特性,在NCMA四元锂电池上达成,对于动力电池产品而言,NCMA的量产将会掀起一股技术路线升级的浪潮。
而5月19日,长城 汽车 的动力电池公司蜂巢能源发布的L6薄片无钴长电芯彻底去除了三元锂中成本最高的钴元素。
蜂巢阳离子掺杂技术采用两种化学键能更大的元素掺杂到材料中替代钴,通过强化学键稳定氧八面体结构,减少锂镍混排,改善了材料的稳定性,可以在4.3V~4.35V电压下稳定工作,使能量密度提高,成本降低。
▲蜂巢能源L6薄片无钴长电芯
同时,蜂巢能源还采用了单晶技术,与多晶材料相比,单晶材料在辊压过程中具有更强的颗粒强度和更加稳定的结构,耐压力强度可以提高10倍。正因如此,无钴材料的使用寿命会更长,电芯寿命也比多晶高镍三元高出70%。
此外,蜂巢能源还采用了纳米网络包覆技术,在单晶表面包覆一层纳米氧化物,可以减少正极材料与电解液的副反应,有效改善了高电压下的材料循环性能。
这三项技术的加持,使得蜂巢能源的无钴电池在三元锂电池的基础上降低了生产成本,提升了电池的安全性和使用寿命,也将会成为三元锂电池的下一步出路之一。
在四元锂电池和无钴电池之外,还有一部分电池企业在研究固态锂电池。顾名思义,固态电池的核心就在于把液态电解质转变成固体电解质。
固态电解质不会发生自燃、没有腐蚀性、不会泄漏和挥发,因为也不会导致车辆自燃,安全性非常高。但目前,固态电池的生产技术还是一大难点,现阶段的固态电解质电导率总体低于液态电解液,现在固态电池的性能偏低。
但三星在今年三月份发出报告称其在全固态电池的量产之路上取得了突破性的进展。
据介绍,三星的全固态电池将实现900Wh/L(区别于Wh/kg的计量单位,因不同材料密度不同,二者不可换算)的能量密度,1000次以上的充放电循环以及99.8%的库伦效率(也可称为充放电效率),我国目前较为先进的固态电池技术虽然同样也能够实现1000次以上的充放电循环,但在库伦效率方面目前还达不到接近100%的程度。
▲三星在《自然-能源》杂志上发表论文
此外,三星通过引入银碳复合负极、不锈钢(SUS)集电器、辉石型硫化物电解质以及特殊材料涂层,对固态电池的负极、电解质与正极进行了处理,有效解决了锂枝晶生长、低库伦效率与界面副反应,这三大固态电池量产所面临的核心问题,推动固态电池技术离产业化更进一步。
总的来看,电池企业们并不愿意舍弃三元锂的高能量密度,所以一直在三元锂电池的变种上下功夫。
随着他们的不断攻坚,四元锂电池、无钴电池、固态电池等新的电池都量产不远了,在下一阶段的竞争中,三元锂电池的变体们还有可能会引领电池产业的发展方向。
关于磷酸铁锂电池和三元锂电池技术争论一直都在,国内的两个动力电池厂商宁德时代和比亚迪此前各自坚定的走差异化道路。
但近些年,虽然三元锂电池的安全事故开始增加,磷酸铁锂电池大有崛起之时,而特斯拉采用磷酸铁锂电池则更加引起了舆论风向。
一时间,三元锂电池将被判死刑,三元锂电池已死等言论层出不穷。但就现实情况来啊可能,三元锂电池仍然是出货量最高的电池类型,磷酸铁锂电池会因为安全性而获得一定的市场,但也无法完全颠覆三元锂电池。
更何况,目前三元锂电池的玩家都还在研究升级三元锂电池,随着更多安全性更高、成本更低、能量密度更高的三元锂电池变种的出现,三元锂电池还将会继续繁荣。所以说,现在给三元锂电池判死刑还为 时尚 早。
LG化学反杀宁德时代,韩国电池为何仅用半年便逆袭成功?
2020年1-7月全球动力电池装机量排名出炉,出乎意料的是,巨头宁德时代今年在榜首之争里输了第二次。
长迅速的不仅是LG化学,三星SDI和SK创新也有比较大幅的提升,两者在今年的累计装机量分别为3.4GWh和2.2GWh,同比增长高达52.6%和86.5%,并以以6.4%和4.1%的市场份额排在第四和第六。
在LG化学的官方通告中,将此次电池业务销售大幅提升归结于欧洲和中国的环保政策以及北美地区大型储能项目上,而实际上则是特斯拉的功劳——目前特斯拉上海工厂下线车型已经不再采用松下电池,而选用的正是LG化学提供的电池。
特斯拉的销量,想想就觉得恐怖,今年上半年特斯拉售出179052辆车,而排名第二-第四的大众、宝马和比亚迪销量相加,也只有178779辆。第一名的数据超过了第二、三、四名的总和,而且随着未来更多消费者进入新能源购车领域,特斯拉的领先幅度将会进一步增大。
世界上只有两种电动车,一种叫特斯拉,一种叫其他,伴随着特斯拉的腾飞,LG化学的营收亦在不断攀升,但不得不说,如果现代起亚属于韩系车的代表,那么LG化学、三星SDI和SK创新则是动力电池中的韩系,这三家目前已经占据了动力电池全球出货量的35.6%,同比增长速度超过100%,假以时日,将会成为更加可怕的存在。
韩国电池的起步时间要远远弱于日本三洋、索尼和松下,但他们从一开始就采取了相对激进的策略——不惜一切代价获得美国通用的认可,但同样经历了不少波折。
对于通用来说,相对于稚嫩的LG化学,松下、索尼这类世界级电子公司是更好的选择,况且LG化学的历史是在有点短,它在1997年才完成用于移动电脑的小型电池的试生产,1999年才完成了锂离子电池的量产,但就像三星半导体的崛起一样,LG化学赌的是未来一定会产生大量的车用动力电池需求。
所以,从2000年开始,LG化学就想方设法与美国通产生联系,最接近成功的一次是在2006年,参与通用电动车项目,但所提交的电池样品出现性能相关的问题被弃用,在随后的一年时间里,鬼知道LG化学的技术团队经历了什么。2007年,曾经被嗤之以鼻的LG化学的电池方案成功进入了通用Volt电动车项目的备选清单,并且在两年后,也就是2009年,LG化学成为世界首个独家供应通用汽车Volt量产型电动车电池的企业。
这一年,基本算是LG化学的腾飞元年,这个本偏安于一隅的电池供应商,正式拥有了在世界动力电池市场角逐的资格。
第二年,LG化学美国密歇根州动力电池工厂动工,2013年,在中国南京扩大聚合物电池产能 (1000万电芯/月),电池工厂最终在2015年完工,随即LG化学在波兰开始建设动力电池工厂,2017年,LG化学表示将投资超过10亿欧元,并随后接受波兰政府提供的9500万欧元(约1.12亿美元)的援助,进一步扩大动力电池产能。
但这一笔援助遭到了欧盟竞争监管机构的质疑,不过从产能扩张的角度来看,如果真的能够成形,LG化学波兰工厂的年产能将会提升至65千兆瓦时,波兰工厂也会成为世界上最大的锂电芯生产工厂之一。
在抱紧通用大腿的同时,韩国最大汽车制造商现代汽车以及起亚汽车也是LG化学的“天然盟友”,虽然现代汽车的纯电动车在全球市场占比不高,比如2018年现代电动车全球销量为53114辆,但一个牢不可破的稳定采购商在供应链中有多么重要,无需多说。
更关键的是,LG化学成功击败了松下,成为特斯拉中国工厂的电池供应商,而特斯拉Model 3在上半年可以毫无置疑的统治力领跑中国新能源销售市场,可以说,LG化学抱上了一条最粗的大腿。
另一方面,LG化学借助通用的口碑,早早布局欧洲,并成功打入了重视环保的欧洲主机厂的购置清单,大部分电动车都选用了LG化学提供的电池,包括热销的雷诺Zoe、大众e-Golf等。根据数据显示,今年上半年欧洲新能源乘用车销量超过40万辆,其中不少订单都落入了韩国人的手中。
另一个数据值得注意,截止今年年初,装载LG化学电池的电动车数量已经累计达到了270万辆,而中国2019年纯电动汽车保有量一共是310万辆。
况且,抱团推进,一向是韩国企业的传统,LG化学吃肉,小企业喝汤。
LG化学特别重视生态互助,我们目前不少电池生产厂商都在努力去尝试冲向世界,而LG化学得益于发达国家身份,不仅自己已经立足世界,成为全球20强汽车制造商中13个品牌的电池供应商,确立未来五年150万亿韩元(约8700亿)人民币的订单,同时还为包括电池组外壳制造商、电池生产设备供应商提供安置资金和信息支持,并设立一笔432亿韩元(约2.5亿人民币)的扶植资金,帮助自己生态链上的企业成长和扩张。
产业生态一旦成型,爆发出竞争力是极为可怕的。
但对于宁德时代来说,也不用太过担心。首先,宁德时代立足国内市场,市面上在售的新能源车型超过50%搭载了宁德时代提供的动力电池,这本身就已经构成了宁德时代参与全球竞争的基本盘。
一位接近宁德时代的业内人士提供消息:“随着疫情得到控制,国内汽车市场下半年也在复苏,宁德时代占据了国内厂商对半壁江山,所以可以预计下半年宁德时代国内订单也在放量。”
同时, 宁德时代目前与特斯拉签订合作意向,更关键的是,面对LG化学占据优势的欧洲市场,宁德时代也在不断寻求突破,目前已经与宝马签订了11年的电池供应合同,同时也将为大众提供动力电池,一旦德国工厂建设完成,宁德时代将真正获得在世界范围内竞争的关键门票。
伴随着下半年以及接下来的新能源车市回暖,相信2020年的动力电池版图将会再一次发生变动,LG化学和宁德时代谁会登顶年度冠军,仍是未知数。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记
雷锋网按,毫无疑问,动力电池系统是新能源 汽车 电气化技术最关键的部分。同时,随着电动 汽车 市场大门进一步打开,近年频发的电动 汽车 自燃事件也无不在挑动公众的神经。
「如何让电池变得更安全」,成为了各大厂商致力去回答的难题。
8月 20 日,雷锋网有幸前往上汽通用 汽车 动力电池发展中心参观。作为别克品牌“电动化、网联化、智能化、共享化”战略布局的重要落子,别克微蓝 7 和微蓝 6 PHEV 车型的电池组,以及电池组生产线的神秘面纱也由此揭开。
事实上,在 2019 年 4 月,别克就已经正式推出了微蓝 6 纯电动车型,这是别克在中国的首款纯电动产品。不过,当时这款车搭载的电池容量为 35kwh,NEDC 续航里程仅为 301km。
在刚刚过去的 7 月,别克推出微蓝 6 PHEV,搭载别克全新的 eMotin 智能电驱系统。同时期,纯电动 SUV 微蓝 7 问世,基于通用第二代纯电动平台,搭载 55.6kwh 电池组,NEDC 续航里程达到 500km。
不同于大多数车企单纯的向电池供应商购买电池进行组装,上汽通用 汽车 更偏向于深度参与电芯开发的方式,与电池供应商长期合作开发电池。
比如,上文所提到的别克微蓝7和微蓝6 PHEV选用的三元锂电芯,均在LG化学的技术基础上进一步优化了配方与设计,从而使电池的能量密度更高,寿命更长。
微蓝7(左)和微蓝6 PHEV(右)搭载新一代模块化高性能三元锂离子电池组
从某种程度上来说,温度异常是电池安全事故的最大的诱因之一。
对此,别克微蓝7和微蓝6 PHEV动力电池系统采用了通用 汽车 专属的电芯级智能温度管理系统,并根据两款车各自的结构、造型、性能和其他需求进行了度身定制。
微蓝7的每两片电芯间会布置一块导热片,导热片直接与电池组底部的水冷结构相连,可根据电池工况实现主动冷却或加热。电池组底部的水冷结构进出水管采用双流道蛇行设计,更利于电池模组的温度管理。而且,别克微蓝7的电池组还在电芯间使用泡棉隔绝散热,缓解电芯后期充电时膨胀,从而引发安全隐患。
微蓝6 PHEV电池组则采用了通用 汽车 专利的片层液冷技术,每两个电芯之间都夹有带毛细液冷管道的导热片,厚度仅为0.2毫米,冷却液在毛细管道里流动可加快热量的传导。
微蓝 6 PHEV 电池组冷却片
据介绍,这两款电池组的温度适应范围均在 -35℃~55℃。
在用材方面,微蓝7和微蓝6 PHEV的动力电池应用轻量化复合材料,因此电池包的造型比较紧凑轻薄,IP67级密封设计则可保证防尘,以及车辆在涉水时的电池组安全运转。
微蓝 7 电池包底部还采用带加强筋的钢制托盘设计,减小碰撞给电池组带来的伤害。整体车身方面,微蓝7采用高性能BFI一体化车身结构,高强度钢材应用比例高达78%,这也在很大程度上保护了电池包的安全。
通用 汽车 中国前瞻技术科研中心-电池实验室
在全天的参观中,雷锋网一共实地走访了两个地点——通用 汽车 中国前瞻技术科研中心-电池实验室和上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心-微蓝7和微蓝6 PHEV电池组生产线。
首先来说说电池实验室。通用 汽车 在美国和中国都有独立的电池实验室,当中设立了自己的电池试制生产线,用于电池原型开发和各类型的试验认证。在每一款电池投放市场前,通用 汽车 会在电池实验室里进行 3-5 年的电芯验证与测试。
据工作人员介绍,通用 汽车 在 10 年前就已开始对电池实验室进行投入。如今,微蓝7和微蓝6 PHEV的电池可在此通过挤压、碰撞、浸泡、火烧、过充、过放、短路、盐雾等10余类极限试验。此外,电池组还会经历涵盖机械、热力学、电气、寿命、性能等各个方面百余项系统与整车测试。
上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心则于 2015 年在上海浦东金桥成立,是通用 汽车 全球第二家及北美之外第一家电池装配中心。
上汽通用 汽车 动力电池系统发展中心
别克微蓝7和微蓝6 PHEV搭载的新一代模块化高性能三元锂离子电池组,正是在这里完成组装生产。
电芯堆垛和电池模组装配过程中,电芯和模组的上料、装配、运输和电池模组测试的全线工艺操作全部由机器人或机械手智能完成,自动化率达到100% ;而且,机器人每一次的上料/下料/搬运过程中精度在0.1mm以内。
据工程师表示,整条生产线下来人工检验员的数量并不多,而且,他们只负责对机器的误操作进行纠正。不过,这两条生产线现阶段并不忙碌,在雷锋网探访的当天下午甚至是「停工」状态。
通过数字化技术的应用,微蓝7和微蓝6 PHEV的关键零部件,不仅在装配过程中实现了数据实时采集、监控和预警,还通过完备的产品信息追溯系统,拥有各自的“身份证”。
比如,经过了全线无误的操作的电芯外包装上会打印一个二维码,只有这些带有二维码的电芯产品才能下线,而且,通过扫描二维码还能对该电芯进行精准溯源,追溯产品在何时何地经过何人之手。
另一个技术亮点是超声波焊接。工程师向我们解释道,使用超声波技术来焊接电芯极耳无熔焊缺陷,而且不会对铝、铜等半导体等材料引起高温污染及损伤,减弱了极耳撕裂风险。
超声波极耳焊接
具体来说,该项技术由工业机器人在视觉系统引导下准确定位,自动操纵超声波焊接头,完成电芯正负极极耳的焊接,使电池模组形成通路。此外,针对不同的材料,可以采用不同的超声波焊接技术。
除电芯之外,模组和电池组的安全测试的评估也不容忽视。为了确保别克微蓝 6 PHEV 的片层液冷导热片和微蓝7的液冷回路系统中没有漏点,模组装配线会采用质量流量法进行泄露测试,提高测试精度、缩短测试时间。
模组焊接质量检测方面,若设备焊接存在虚焊、漏焊等情况,则由人工补焊对该点位进行补焊。正如工程师此前所说的:
事实上,通用 汽车 在新能源上的投入远不止于此。
早在 1996 年,通用 汽车 就推出了纯电动车型 EV1,这款车让通用 汽车 成为了电动 汽车 领域真正意义上的先驱,但由于时机不宜,市场环境不成熟,在随后十余年里,通用 汽车 基本上「放弃」了电动 汽车 。
尽管近年来,通用 汽车 开始加大对纯电动 汽车 的研发投入,但仅仅只是从去年发布的别克微蓝 6 而言,NEDC 续航里程仅为 301km,4 个月后,通用 汽车 再次推出了微蓝 6 纯电动版的新增车型,搭载续航里程也增加至 410km——在电动 汽车 已经成为主流的今天,不少造车新势力已经突破了 600 公里续航,微蓝 6 在这一方面并不具备什么竞争力。
不过,通用 汽车 最近已经宣布推出 Ultium 电池系统和第三代全球电动车平台,别克微蓝 7 和微蓝 6 HEVP 也搭载了全新一代模块化三元锂电池组——通用 汽车 也算是迈出了好的一步。