深度:新能源汽车的心脏——动力电池

序言:广义上说新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料动力汽车及氢能源汽车,但目前市场普遍观点认为新能源汽车≈电动汽车,所以本文讨论的新能源汽车为狭义的新能源汽车——电动汽车。

深度:新能源汽车的心脏——动力电池

本人计划写三篇文章:

第一篇写动力电池行业现状与发展趋势,

第二篇写全球动力电池企业现状与发展趋势,

第三篇写国内动力电池相关产业链,本篇为第一篇。

一、新能源汽车的心脏——动力电池

动力电池作为新能源汽车的动力来源,是整车中最重要的部件,占整车成本30%~40%,也是区别于其他传统燃油汽车的标志性部件,传统燃油车的心脏是发动机,新能源汽车的心脏就是动力电池

目前,还有很多人不看好新能源的未来发展前景,不看好的原因主要有四点:1.续航里程、2.安全性、3.充电便利、4.电池回收。

而这四个问题我把它们归结为一个问题:动力电池的问题。

所以,新能源汽车是政策导向的产物,还是未来能代替燃油车、满足市场真实需求的产物关键在于能否解决动力电池的问题。

二、动力电池行业现状及发展趋势。

1)过去,全球动力电池高歌猛进

由于环保问题、石油霸权问题,2011年起,全球各国加快发展新能源汽车产业,新能源汽车步入高速发展的快车道,动力电池随之高速发展,全球动力电池出货量从2011年的1.08GWH上升至2019年120GWH,八年增长超百倍。

我国最早在2001年就提出发展新能源汽车计划,在2008年开始着力推进新能源汽车,动力电池装机量从2009年的0.028GWH上升至2019年的62.2GWH,十一年增长两千两百倍。

2)未来,动力电池依旧能保持高增长。

全球已有6个国家(挪威、荷兰、英国、法国、葡萄牙、日本)明确发文禁止传统燃油车销售时间,分别为挪威2025、荷兰2030、英国2040、法国2040、葡萄牙2040、日本2050年。中、德、美虽然暂时还未明确禁止燃油车销售规定,但也在积极推进新能源汽车替代燃油车。

按照SNE研究的数据,全球动力电池到2025年将达到1670亿美元的规模,比届时预计1500亿美元的全球存储芯片市场还要大。

根据Marklines预测,未来5年全球动力电池行业将持续高速增长,2025年全球装机量可达850GWh、市场空间可达5800亿元。

深度:新能源汽车的心脏——动力电池

(我国未来新能源汽车产量及动力电池装机量预测,图片来源于网络)

3)行业寡头化

动力电池行业是一个需要不断研发再投入的重资产行业,100GWH的产能大约需要200亿欧元的投入,而像所有的重资产行业一样,需要依靠扩大产能来降低生产成本,再加上行业“油电平价”的自身要求及行业学习曲线的发展,所以动力电池行业是一个马太效应极强的行业,领先企业往往能继续保持领先性,从规模、产能、技术形成护城河,行业逐步寡头化。

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(我国动力电池行业发展规划,图片来源于网络)

目前全球动力电池产能集中于中日韩三国,三国占全球产能的97%,其中行业整体CR5(宁德时代、松下、比亚迪、LG化学、三星SDI)不断提升,2016年行业CR5为56.7%,2017年为61%,2018年超65%,其中宁德时代2017年装机量超过松下,2018年、2019年继续保持装机量行业第一。

未来行业CR5将进一步提升

三、动力电池技术现状及发展趋势

1)目前,产品类型以三元电池为主流,产品封装以方形为主流。

动力电池按目前主流产品类型可分为磷酸铁锂电池和三元电池两类,目前三元电池市场占有率超60%,三元电池以正极材料含量命名,从一开始的NCM111逐步发展到NCM333、NCM523、NCM622到现在的NCM811、NCA。

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(各产品类型性能数据及评估)

动力电池按产品封装可分为方形、圆形及软包。

深度:新能源汽车的心脏——动力电池

深度:新能源汽车的心脏——动力电池

方形电池因成组效率高、生产效率高、成本适中、综合性能适中等优点成为主流,目前市占率超80%。

软包电池在能量密度高、安全性强、内阻小有明显优势圆柱电池由于一致性高,更易契合特斯拉BMS(电池管理系统),被广泛用于特斯拉所有车型。

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2)固态电池、软包是未来趋势

动力电池发展趋势遵循四点:1.能量密度越来越高,2.充电速度越来越快,3.安全性越来越强,4.成本越来越低

所以动力电池产品类型未来研究将逐步向半固态电池→固态电池→全锂电池发展,未来五年应该可以看到固态电池问世,十年以内应该能完成商业量产。而产品封装能量密度更打、更安全的软包也将成为趋势。

三、动力电池产业链现状及未来发展趋势

1)上游

动力电池上游为材料端,主要材料包括正极、负极、隔膜及电解液

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正极材料主要以镍钴锰、镍钴铝三元电池及磷酸铁锂电池为主(电池命名以正极材料命名),由于钴、锰成本较高,所以高镍化是未来趋势,逐步降低钴、锰含量,降低制造成本。

负极材料主要以人造石墨、天然石墨、硅碳负极三种为主,从成本、使用寿命及内阻上考虑,目前人造石墨为主流,市占率超70%,但硅碳负极比容量高,将成为未来负极发展趋势。

隔膜主要分干法(物理法)和湿法(化学法)两种,干法有成本低、工艺简单、熔点高优点,湿法厚度、拉伸强度、孔隙率、安全性、内阻均优于干法,所以目前湿法是隔膜主流,市占率超70%。但湿法隔膜熔点低,稳固性低、易被穿刺等缺点,所以未来以陶瓷涂覆或新型无纺布为发展趋势。

电解液由溶剂、锂盐、添加剂三部分组成,各大厂商的溶剂、锂盐成分基本相同,但添加剂成分不一样,未来五年内电解液将随着动力电池的高增长继续放量,但随着半固态电池、固态电池慢慢商业化,电解液需求将慢慢减少。

2)中游

动力电池中游为封装,封装分方形、圆形、软包及扣式四种,扣式只用于实验,所以市面上只有方形、圆形及软包三种,三种优缺点及未来发展趋势上文已经论述。

3)下游

动力电池下游为Pack端

电池模组都是专属定制,一款车型对应一款电池模块

为了设计方便、降低成本,下游Pack端一般由动力电池企业直接与整车企业合资建厂共同开发,如上汽集团与宁德时代合作,松下与特斯拉合作,或者车企单独建厂,如比亚迪、吉利。

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无模组技术既能降低成本又能减少体积、提上体积能量密度,无模组技术是未来Pack趋势,目前宁德时代的CTP电池、比亚迪刀片电池都运用到了无模组技术,大幅提升续航能、降低制造成本

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