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从三国杀看固态电池:特斯拉VS宁德时代VS比亚迪

2020-12-02   点击量:29

目前几大动力锂电池厂商都在加速产量扩张,电池需求空间较大,假如动力锂电池公司产量还是无法跟上,这就意味着电动化的战略就是一个大饼。


宁德时代:靠三元锂崛起但缺陷逐渐显现


在宁德时代成立时,在三元锂离子电池、磷酸铁锂离子电池两种技术路线中果断选择了前者,并依靠该技术优势迅速发展起来。


表现优异的三元锂离子电池很快就成了市场主流电池。在动力锂电池市场,三元锂离子电池的应用已经达到了电池市场60%,这为选择三元锂离子电池的宁德时代,领跑电池市场带来了极大的优势。


宁德时代推出的NCM811锂离子电池,电芯能量密度可达240Wh/kg,电池pack能量密度达到170Wh/kg,搭载这款电池的AionS可以持续行驶超过500公里。


而这样优越的续航能力,让NCM811动力锂电池很快就得到了蔚来、特斯拉这些新能源汽车车企的青睐。


在技术方面,尽管三元锂离子电池有高能量密度的优势,但它也因为不稳定的问题,饱受市场诟病。


所以在比亚迪推出刀片电池后,新能源汽车公司又把目光转向了安全性更高的磷酸铁锂离子电池。


而宁德时代研究的全固态电池是一种在工作温度区间内所使用的电极和电解质材料均是固态的锂离子电池,可以说是电池的最终目标。


目前,宁德时代虽然已制作固态电池样品,但是实现量产恐怕还要等到2030年。


比亚迪:刀片电池重走来时路


2020年三月,比亚迪高调公布了自主研发的刀片电池,而这其中也并没有让电池化学材料上的巨大革新。


刀片电池同样也是大幅优化了电芯单体和模组结构的磷酸铁锂离子电池,能量密度较传统磷酸铁锂离子电池提高50%以上。


从比亚迪汉EV到宋pLUSEV、2021款唐EV,再到不久后将升级的秦proEV、e系统等车型,磷酸铁锂离子电池在比亚迪产品阵列的覆盖将越来越全面。


比亚迪开发的新型磷酸铁锂“刀片电池”,之所以这么取名,是由于这款电池较传统方形电池更加呈现“扁平”和“长条”形状。


该电池体积比能量密度”比传统铁锂离子电池提升了50%,成本能下降20%-30%,放电倍率将大幅提升,寿命长达8年120万公里。


比亚迪推出的刀片电池,也意味着将重新回归磷酸铁锂。


和宁德时代的技术路线相比,比亚迪在三元锂离子电池的路上,依然坚持走截然不同的磷酸铁锂技术路线。


随着三元锂离子电池在安全上的不稳定性逐步暴露,市场正表现出从三元锂离子电池向磷酸铁锂离子电池回归的趋势,而磷酸铁锂离子电池正是比亚迪的优势领域。


特斯拉:反复横跳又自行研发


从今年年初开始,特斯拉便上演了一波反复横跳的好戏,截至目前Model3年内疯狂的3次降价,印证了特斯拉年初换用磷酸铁锂离子电池的构想。


其目的无非是进一步降低成本,从而打造更低的入门价格,假如仅站在消费者角度,偏向成本考虑的磷酸铁锂车型,也在售价上极具吸引力。


但降价归降价,特斯拉在暗地中的选择实则举棋不定。今年六月,特斯拉与松下的电池制造协议条款延续至2023年,至此,特斯拉将手握松下NMC与宁德时代LFp。


然而,新供应商的加入能够缓解电池产量的问题,但成本问题依然没有得到很好解决,而且相比起竞争对手,目前特斯拉车型的电池技术优势也越来越小。


所以特斯拉决定自己造成本更低、容量更大、性能更强的全新电池。


从特斯拉最近5年在动力锂电池领域的布局来看,其自造的电池有可能是集成了改进型镍钴锰三元锂离子电池+超级电容,可以在不同的工况下充分发挥两种储能元件的优势,提升电池放电功率和放电能力。


其中的改进型三元锂离子电池或采用干电极技术以及改进型电解液,可在容量以及循环寿命上得到显著提升。


相比起目前国内常见的NCM811三元锂离子电池电芯最高约300Wh/kg的能量密度,特斯拉的新电池技术能量密度提升潜力更大。这在未来或将促成纯电动汽车续航里程的一次飞跃。


三国杀:电池技术的演化


就电池技术的发展情况而言,动力锂电池产业的技术路线仍在高速地迭代中。每两年就调转了一个船头,或者每年都在变更技术方向。


目前,在新能源电池中,主流应用是锂离子电池,即使在锂离子电池中,都存在着技术之争。


目前的主流技术路线分为三元锂离子电池、磷酸铁锂离子电池这两大方向,其中以2016年作为分界线,此前磷酸铁锂为重要路线,此后三元锂离子电池上位。


但技术进步使得磷酸铁锂离子电池与三元电池体积能量密度的差距缩小,成本差距降低,用户又逐渐倾向于选择搭载磷酸铁锂离子电池的电动汽车。


技术路线的分化都是加速电动化,同时也意味着行业格局可能面对重塑。


关于宁德时代来说,811系列电池作为拳头产品,必须要重新赢取市场的信任以及消费者的信任才可以。


不过,给三元锂离子电池判死刑还为时尚早。


随着不断攻坚,四元锂离子电池、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,三元锂离子电池的变体们还有可能会引领电池产业的发展方向。


现实情况来看,三元锂离子电池可能仍然是出货量最高的电池类型;磷酸铁锂离子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离子电池。


更何况,目前三元锂离子电池的玩家都还在研究升级三元锂离子电池,随着更多安全性更高、成本更低、能量密度更高的三元锂离子电池变种的出现,三元锂离子电池还将会继续繁荣。


未来的答案:固态电池解决现有电池顽疾


传统液态锂离子电池不会成为动力锂电池的终点,而全固态电池取代液态电池成为主流是大势所趋。


目前市场公认的答案是,现有电动汽车的电池系统能量密度翻一倍半,从普遍的160wh/kg,到400wh/kg,才是电动汽车彻底取代燃油车的开始。


最终要解决电池的能量密度问题,消灭里程焦虑,最后的方法一定是固态电池。


与液态电池相比,固态电池具有明显的优势,其安全、稳定,且固态电解质耐高温,损坏后不易爆炸起火。


近几年电动汽车起火事件频发,让社会各界关注其安全问题的同时,更催促着固态电池商业化加速落地。


固态电池自身拥有高能量密度、小体积的优势特点,代表着应用该技术的新一代车型将拥有更长的续航、更低的车型能耗、更好的空间体验,并且还支持快速充电,同时更加安全。


固态电池是动力锂电池液态迈向全固态的必经之路,传统液态电池将在发展过程中渐渐减少液体的含量,从半固态电池到准固态电池,最终迈向无液体的全固态电池。


固态电池在国内应用进度


从发展趋势看,真正高水平的固态电池将在2020年前后,以先行落地少量试制产品的方式,将逐步开始商用化,并在2025年左右,真正在全球范围内普及开来。


而根据这两大势力的技术应用规划,可将固态电池在国内应用划分为三个时期。


①目前到2021年,为固态电池市场孕育期,各方均未投放产品,只进行相关产品的规划和研发,市场仍是三元系电池的天下。


②在2021—2025年,进入固态电池应用初期,电池能量密度达到300-500Wh/kg,届时搭载固态电池的车型将成为电动汽车市场中的“高端品”。


③在2025—2030年左右,甚至在未来更长时间里,才能真正迎来市场的成熟期,到时固态电池能量密度才能突破500Wh/kg的天花板,真正在市场中普及开来。


结尾:


固态电池的优势有望解决目前锂离子电池的痛点,但即便是全固态电池也不会是电池发展的终点。


钜大特种电池工程研究院

钜大特种电池工程研究院

钜大特种锂离子电池工程研究中心是由东莞钜大电子有限公司兴建,并与中南大学、华南理工大学和东莞理工学院相关科研团队联合运营的特种锂离子电池产业化研发中心,研究中心秉持"以特殊环境、特殊用途和特殊性能的需求为导向,以产学研深度融合为创新驱动"的办院方针,力求满足用户独特的需要,从而为用户创造独特的价值。