深度:新能源汽車的心臟——動力電池

序言:廣義上說新能源汽車包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料動力汽車及氫能源汽車,但目前市場普遍觀點認為新能源汽車≈電動汽車,所以本文討論的新能源汽車為狹義的新能源汽車——電動汽車。

深度:新能源汽車的心臟——動力電池

本人計劃寫三篇文章:

第一篇寫動力電池行業現狀與發展趨勢,

第二篇寫全球動力電池企業現狀與發展趨勢,

第三篇寫國內動力電池相關產業鏈,本篇為第一篇。

一、新能源汽車的心臟——動力電池

動力電池作為新能源汽車的動力來源,是整車中最重要的部件,佔整車成本30%~40%,也是區別於其他傳統燃油汽車的標誌性部件,傳統燃油車的心臟是發動機,新能源汽車的心臟就是動力電池

目前,還有很多人不看好新能源的未來發展前景,不看好的原因主要有四點:1.續航里程、2.安全性、3.充電便利、4.電池回收。

而這四個問題我把它們歸結為一個問題:動力電池的問題。

所以,新能源汽車是政策導向的產物,還是未來能代替燃油車、滿足市場真實需求的產物關鍵在於能否解決動力電池的問題。

二、動力電池行業現狀及發展趨勢。

1)過去,全球動力電池高歌猛進

由於環保問題、石油霸權問題,2011年起,全球各國加快發展新能源汽車產業,新能源汽車步入高速發展的快車道,動力電池隨之高速發展,全球動力電池出貨量從2011年的1.08GWH上升至2019年120GWH,八年增長超百倍。

我國最早在2001年就提出發展新能源汽車計劃,在2008年開始著力推進新能源汽車,動力電池裝機量從2009年的0.028GWH上升至2019年的62.2GWH,十一年增長兩千兩百倍。

2)未來,動力電池依舊能保持高增長。

全球已有6個國家(挪威、荷蘭、英國、法國、葡萄牙、日本)明確發文禁止傳統燃油車銷售時間,分別為挪威2025、荷蘭2030、英國2040、法國2040、葡萄牙2040、日本2050年。中、德、美雖然暫時還未明確禁止燃油車銷售規定,但也在積極推進新能源汽車替代燃油車。

按照SNE研究的數據,全球動力電池到2025年將達到1670億美元的規模,比屆時預計1500億美元的全球存儲芯片市場還要大。

根據Marklines預測,未來5年全球動力電池行業將持續高速增長,2025年全球裝機量可達850GWh、市場空間可達5800億元。

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(我國未來新能源汽車產量及動力電池裝機量預測,圖片來源於網絡)

3)行業寡頭化

動力電池行業是一個需要不斷研發再投入的重資產行業,100GWH的產能大約需要200億歐元的投入,而像所有的重資產行業一樣,需要依靠擴大產能來降低生產成本,再加上行業“油電平價”的自身要求及行業學習曲線的發展,所以動力電池行業是一個馬太效應極強的行業,領先企業往往能繼續保持領先性,從規模、產能、技術形成護城河,行業逐步寡頭化。

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(我國動力電池行業發展規劃,圖片來源於網絡)

目前全球動力電池產能集中於中日韓三國,三國佔全球產能的97%,其中行業整體CR5(寧德時代、松下、比亞迪、LG化學、三星SDI)不斷提升,2016年行業CR5為56.7%,2017年為61%,2018年超65%,其中寧德時代2017年裝機量超過鬆下,2018年、2019年繼續保持裝機量行業第一。

未來行業CR5將進一步提升

三、動力電池技術現狀及發展趨勢

1)目前,產品類型以三元電池為主流,產品封裝以方形為主流。

動力電池按目前主流產品類型可分為磷酸鐵鋰電池和三元電池兩類,目前三元電池市場佔有率超60%,三元電池以正極材料含量命名,從一開始的NCM111逐步發展到NCM333、NCM523、NCM622到現在的NCM811、NCA。

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(各產品類型性能數據及評估)

動力電池按產品封裝可分為方形、圓形及軟包。

深度:新能源汽車的心臟——動力電池

深度:新能源汽車的心臟——動力電池

方形電池因成組效率高、生產效率高、成本適中、綜合性能適中等優點成為主流,目前市佔率超80%。

軟包電池在能量密度高、安全性強、內阻小有明顯優勢圓柱電池由於一致性高,更易契合特斯拉BMS(電池管理系統),被廣泛用於特斯拉所有車型。

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2)固態電池、軟包是未來趨勢

動力電池發展趨勢遵循四點:1.能量密度越來越高,2.充電速度越來越快,3.安全性越來越強,4.成本越來越低

所以動力電池產品類型未來研究將逐步向半固態電池→固態電池→全鋰電池發展,未來五年應該可以看到固態電池問世,十年以內應該能完成商業量產。而產品封裝能量密度更打、更安全的軟包也將成為趨勢。

三、動力電池產業鏈現狀及未來發展趨勢

1)上游

動力電池上游為材料端,主要材料包括正極、負極、隔膜及電解液

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正極材料主要以鎳鈷錳、鎳鈷鋁三元電池及磷酸鐵鋰電池為主(電池命名以正極材料命名),由於鈷、錳成本較高,所以高鎳化是未來趨勢,逐步降低鈷、錳含量,降低製造成本。

負極材料主要以人造石墨、天然石墨、硅碳負極三種為主,從成本、使用壽命及內阻上考慮,目前人造石墨為主流,市佔率超70%,但硅碳負極比容量高,將成為未來負極發展趨勢。

隔膜主要分幹法(物理法)和溼法(化學法)兩種,幹法有成本低、工藝簡單、熔點高優點,溼法厚度、拉伸強度、孔隙率、安全性、內阻均優於幹法,所以目前溼法是隔膜主流,市佔率超70%。但溼法隔膜熔點低,穩固性低、易被穿刺等缺點,所以未來以陶瓷塗覆或新型無紡布為發展趨勢。

電解液由溶劑、鋰鹽、添加劑三部分組成,各大廠商的溶劑、鋰鹽成分基本相同,但添加劑成分不一樣,未來五年內電解液將隨著動力電池的高增長繼續放量,但隨著半固態電池、固態電池慢慢商業化,電解液需求將慢慢減少。

2)中游

動力電池中游為封裝,封裝分方形、圓形、軟包及扣式四種,扣式只用於實驗,所以市面上只有方形、圓形及軟包三種,三種優缺點及未來發展趨勢上文已經論述。

3)下游

動力電池下游為Pack端

電池模組都是專屬定製,一款車型對應一款電池模塊

為了設計方便、降低成本,下游Pack端一般由動力電池企業直接與整車企業合資建廠共同開發,如上汽集團與寧德時代合作,松下與特斯拉合作,或者車企單獨建廠,如比亞迪、吉利。

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無模組技術既能降低成本又能減少體積、提上體積能量密度,無模組技術是未來Pack趨勢,目前寧德時代的CTP電池、比亞迪刀片電池都運用到了無模組技術,大幅提升續航能、降低製造成本

免責聲明:文中所有觀點僅代表作者個人意見,對任何一方均不構成投資建議。


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