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如何看待无钴电池的竞争?

作者:朱玉龙 来源:汽车电子设计 发布时间:2020-05-19 浏览:
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2019年全球电动车销量约为220万辆,同比增长10%,市场份额从2.1%提高到2.5%,渗透率不断提高。从全球的各个市场来看,欧洲2019年电动车销量56.3万辆,同比增长47%,增速创历史新高;由于欧洲各国的政策驱动,和欧盟碳排放新规的驱动,欧洲的新能源汽车的市场是逐步往前发展的。对于中国来说,全球新能源汽车的政策方针是靠国内海量的资源支撑起来,也继续明确了《新能源汽车产业规划2021-2035》年的诉求。在汽车市场的变革下,全球政府都在推动新能源汽车的推广和使用,到2035年全球新能源汽车的市场渗透率将达到50%左右。

图1 全球新能源汽车市场占比的预测

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电池的发展方向

这里首先谈一下无钴的诉求是哪里的,当Elon Musk谈到下一代从NCA进化成无钴的时候大家都是一头雾水。当大众和宝马在电池材料端亲自去探讨,这个事情是涉及新能源汽车在欧洲和美国的形象问题,也是发展到一定阶段需要客户的事情。钴是一种比锂还要少的金属资源,电池是最大的下游领域,在全球及中国钴消费量占比分别为 44%和77%。当欧洲国家开始指定燃油车禁售时间点的时候,同时也在不断强调有关电池资源方面的考虑,如果一项材料你把控不住,那这种材料的价格就会失控。全球钴金属储量分布非常不均衡,资源主要集中在刚果(金)、 澳大利亚、古巴三个国家,这三个地方就占了一大半。欧洲、中国和美国这三个目前的电动汽车最主要的市场,都没有多少钴矿。

图2 钴资源的集中性和其他区域开采的难度

因此无钴作为一种终极的目标,也正是表达了汽车企业需求端对于摆脱资源约束的迫切性。作为动力电池正极材料中的重要元素之一,钴不但可以稳定材料的层状结构,而且可以提高材料的循环和倍率性能。全球电池供应商和车企都在想各种办法减少钴在三元电池中的含量。如下图所示,我们之前比较清楚的是有路线NCA 少钴、NCM三元和NCMA四元,配合着负极改进,不断提高容量和能量密度,然后从电化学体系上达到更高的能量密度、成本,期待到下一代的固态电池能在5-10年量产。 备注:在这个方向上面,国内因为有磷酸铁锂的这种技术支撑,提供在不追求体积能量密度下的不占用钴材料的替代办法,这种依靠工艺改进的处理,能够在局部应用场景,如2B端的出行领域有很大的可能性,但是对于长期发展而言,天花板是很明显的。

图3 动力电池的发展路径,一致的意见是以高镍为主

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蜂巢发布会上讲的是什么?

这次蜂巢能源的发布会,是很有意思的,一共提了几点:

首先是材料,这种NMX的无钴材料,蜂巢采用了两种化学键能更大的元素,替代钴,掺杂到材料中,通过强化学键稳定氧八面体结构。然后采取单晶技术和纳米网络化包覆来达到稳定结构和减少正极材料与电解液的副反应长寿命的设计。后面这两项其实和目前Tesla走的方向是相似的。而这种材料在产品组合里面,是和高镍的材料同时使用的,从我个人的观点来看,更像是一种可选的路径,你可以在如下所示的VDA两倍厚的126Ah电芯、MEB规格下156Ah和143Ah两颗电芯上面做了应用。也就是在蜂巢做的化学体系里面,产品从中镍的开始,包含了NCMA、NMX和NCM高镍三种不同的化学体系。

表1 蜂巢能源的产品组合

在发布会上,有价值的值得重点关注的两个产品包括: 定义的第一款可选的是2021年6月做的MEB 1.5倍厚的电芯,电芯容量为115Ah,比高镍的117Ah容量少一些,但是采用高电压体系,保持能量一致,能量密度达到了高镍得水平,是面向100+万公里的使用。 备注:我对目前的电池的使用,存在一些看法,这里的折算,是需要考虑单车的续航*循环次数+日历寿命的衰减,特斯拉的100万英里的说法,也拉高了目前电池企业的门槛,不达到这个水平不好意思叫长寿命电芯。

图4 基于MEB模组上的电芯

第二款是L6薄片无钴长电芯,这个电芯的尺寸是575长度,厚度是21.5mm,有点像是使用软包590的电芯把几个电芯合起来封装在一起。这个蜂巢能源是和长城汽车,NEDC的续航已经目标面向了880公里,预计在2021年下半年推向市场。备注:这个尺寸规格是跑不掉的,里面也可以使用高镍的材料来做的。

图5 基于长尺寸方壳电芯的设计

5月18日的发布节点很有意思,在特斯拉的Battery Day前,把电芯产品发布出来,是在去年蜂巢电池发布说我有无钴电池之后,并且我已经做出来了。从我个人的角度来看,这次蜂巢能源是在去年被欧洲车企定点之后进一步扩大自身的前进道路。蜂巢能源是脱胎于长城汽车动力电池事业部,在落地江苏常州(分三期建设),规划产能18GWh,而且进一步要往欧洲走。欧洲电池工厂计划投资20亿欧元,预计产能将达24GWh,一期项目2020年启动,2022年底投产;二期项目2025年投产。这次发布会,面向不仅仅国内的客户,主要还是在欧洲车企这边的声量。目前四家中国动力电池企业准备在欧洲投资,前期都是把中国的产能先出口然后再建厂的路线。

图6 在欧洲进击的中国动力电池企业们

小结:无钴电池和高镍电池目前都是动力电池企业可选择的路径,前者的技术路径由蜂巢开创的一个品类,在既定的电芯规格上这么并行的推进一下,声浪大了不小。我们接下来需要和特斯拉的Battery Day予以比较。

关键字:无钴电池

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