近年來,全球電動汽車發展趨勢已蔚然成風,不僅中國制定了以純電驅動為主的發展戰略,德國也全面扶持電動汽車發展。特斯拉已是鼎鼎有名的電動汽車生產商,在特斯拉的成功感召下,國內涌現出一股造車新勢力。

縱觀全球知名的汽車企業,把電動汽車作為發展重點的不在少數,就連混動技術占有絕對優勢的豐田汽車也加大了電動汽車的研發力度。經過多年不懈努力,全球電動汽車產業已風起云涌。

在電動汽車產銷大幅度增長的帶動下,動力電池迎來強勁的需求。在動力電池的全球競爭中,中日韓三國處于相對領先地位。盡管電池誕生已有上百年歷史,只是近年來動力電池才得到飛速發展,被人們稱為新生事物。動力電池還有很多不確定性因素,導致中日韓三國電池企業發展策略和技術路線有區別。大家都在朝著自己的既定目標奮勇前進,競爭趨于激烈。

高比能量是共識

我國制定的動力電池目標與日韓企業的目標大致相當,都追求高比能量電池。能量密度越高,續駛里程越長,大家的認識一致。

我國制定的《節能與新能源汽車技術路線圖》繪制了動力電池技術發展藍圖,2020年,純電動汽車動力電池單體比能量達到350Wh/kg,2025年達到400Wh/kg,2030年則要達到500Wh/kg。

我國動力電池領先企業寧德時代的三元電池單體能量密度達240Wh/kg,2019年推出單體能量密度達到280kWh/kg以上的NCM811電池,并計劃在2020年之前將電芯能量密度提升到300Wh/kg。

目前三星SDI第3代動力電池的能量密度為550Wh/L,已經實現量產。據三星SDI的規劃,預計在2019年實現量產的第3.5代動力電池能量密度可以達到630Wh/L。同時,三星SDI還在加速第4代電池和第5代電池的研發,能量密度分別可以達到700Wh/L(相當于270—280Wh/kg)和800Wh/L(相當于300Wh/kg),預計分別在2021——2022年和2023年以后量產。

2018年,LG化學實現NCM811電池小批量生產,2020年LG化學將推出第三代動力電池,單體電芯能量密度目標為270——280Wh/kg,比目前量產的能量密度高出50%。

目前松下生產的NCA材料18650電池單體能量密度最高達到250Wh/kg,特斯拉Model3使用的21700圓柱形電池單體能量密度達340Wh/kg,是目前市場中能量密度最高的電池。

各家企業在提高能量密度的路上,不約而同地把目光瞄向三元體系,NCM或者NCA成為提升能量密度的法寶,從523發展到622,如今811已量產,高鎳化成為大家的共識。在動力電池論壇上,有專家說,有的國外企業打算不用鈷元素進一步提升能量密度。

總體來看,盡管大家對高比能量的認識一致,在高比能量的競賽中暫時分出了高低,松下憑借21700電池的高能量密度領先于其他企業,三星SDI落后于其他對手,處于墊底地位。

策略各有千秋

動力電池不是一種規格或者型式,方形、圓柱、軟包分別被不同的企業采用。這種區別來自于企業的策略不同,沒有一種型式的電池完勝對手,各有千秋。

LG化學和SKI以軟包電池為主。軟包電池有較好的安全性,軟包電池發生安全問題時,一般會鼓氣裂開,不會爆炸。軟包電池的重量輕,比等容量鋁殼鋰電池輕10%-20%。軟包電池的內阻小、循環性能好、設計比較靈活,可根據客戶的需求定制,開發新的電芯型號。軟包電池也有自身的缺點,一致性較差,成本較高,容易發生漏液,技術門檻高。

三星SDI和CATL的主打產品是方形電池。方形硬殼電池能夠生產大容量單體電池,硬外殼對電芯的保護作用優于軟包電池,電芯安全性相對圓柱型電池也有了較大改善。方形電池的成組效率達到88%,高于軟包、圓柱電池的成組效率。方形電池的型號較多,工藝難以統一,這是難以克服的缺點。

與其他企業大多數采用NCM三元體系不同,松下電池采用NCA體系,并且主要生產圓柱電池。圓柱形電池的生產工藝成熟,良品率高,18650、21700等統一規格型號,整體顯現出成本優勢。NCA正極材料在充放電過程中容易產氣,安全性較差,需要配備非常好的熱管理系統,另外,模組以及PACK集成難度大,能量密度利用率較低。

電芯只是基本單元,需要成組才能發揮效能。各種不同類型的電池成組效率有較大的區別。LG化學與SKI主打的軟包電池單體能量密度比方形電芯高,但是在成組效率方面較低,目前能量密度轉化率約為80%。

三星SDI與CATL主推的方形電芯成組效率最高,電芯至模組的能量密度轉換效率可高達90%。松下為特斯拉供應電池,不同的車型采用不同的電池,成組效率也不同。

特斯拉Model3有兩種規格模組,能量密度轉化效率高達84%。ModelX(90kWh版本)能量集成效率為60.41%;Model3能量集成效率為64.2%。總體來看,方形電池的成組效率最高,圓柱電池最低。

循環壽命是動力電池的一項重要指標。目前,LG化學的循環壽命能達到2000次循環,三星SDI的動力電池循環壽命可以達到1500次,松下的18650電芯循環壽命約500-1000次。CATL的523體系動力電池電芯循環壽命可以達到1800次,與韓國企業的壽命指標比較接近。總體來看,中韓電池的循環壽命處在一個層級上,松下電池的循環壽命顯著偏低。

爭搶整車配套

動力電池的競爭趨于激烈莫過于爭奪配套用戶。目前,全球領先的電池企業基本上把配套版圖劃分完畢。

松下動力電池的核心客戶是特斯拉,憑借著特斯拉銷量不斷攀升,松下電池的產銷量也不斷增長。松下的客戶名單中還有大眾、通用、日產等,在全球用戶版圖劃分中,松下有日本客戶6家,歐洲客戶4家,美國客戶2家。松下在美國和中國大連都建立了電池生產工廠,就近為用戶提供配套服務。

LG化學曾與現代起亞達成戰略合作關系,其核心客戶包括通用、雷諾、現代起亞、沃爾沃、CT&T等,主要配套車型有雪佛蘭Bolt、Volt、雷諾Zoe。LG化學的生產工廠分別設在韓國吳倉,中國南京,美國密歇根和波蘭。

設在韓國的工廠滿足韓國企業需要并負責調控全球市場訂單,在中國設廠瞄準了中國龐大的電池需求,在美國設廠主要供應美國車企通用、福特等,波蘭是LG化學在歐洲的首個大型動力電池生產基地。

三星SDI的合作伙伴比較多,成為30多種電動車型的核心電池供應商。三星SDI與BMW結成戰略合作伙伴,核心客戶還包括大眾、馬恒達、LucidMotors等。三星SDI在韓國、中國、美國、匈牙利及奧地利等地都布局了汽車動力電池的工廠,分別瞄向經濟最發達,或者最有活力的地區。

在爭奪配套企業的比賽中,寧德時代攢下了一長串名單。在去年的廣州車展上,23個汽車品牌的40多款車搭載寧德時代電池。近年來,寧德時代加快了市場開拓的步伐,與上汽、東風、一汽等簽訂了戰略合作協議,國內排名前列的汽車企業基本上都與寧德時代合作。寧德時代的核心客戶不限于國內,寶馬和大眾也向寧德時代伸出了橄欖枝。

盈利能力有高有低

跑馬圈地之后,動力電池企業最終要盈利,盈利能力反映出企業的生產管理水平,對未來的發展有一定的影響。

2月4日,松下發布2019財年三季報(日本財年從每年4月1日開始至次年3月31日),前三季度受益于動力電池業務快速增長,松下實現營收6.08萬億日元,同比增長2.9%,二次電池所在的能源業務部營收為5223億日元,同比增長26.4%。松下預計能源業務整個財年營收將達到7150億日元,同比增長27.1%。能源業務營業利潤有望達到201億日元,同比增長81.1%,營業利潤率約為2.8%。

2018年,LG化學實現營收28.18億韓元,同比增長9.67%,主要增量來自能源業務、化學與基礎材料業務。除能源業務利潤大幅度增長外,其他主營業務盈利水平有不同降,其中貢獻公司利潤95%的化學與基礎材料業務營業利潤減少24.1%,營業利潤同比下滑4.3個百分點。

2018年LG化學實現凈利潤1.52億韓元,同比減少24.88%。電池業務所屬的能源解決方案分項實現營收6.52萬億韓元,同比增長42.95%,在總營收中達到23.1%。預計2019年LG化學能源解決方案業務營收將達到10萬億韓元,占比提升至31%。

能源解決方案業務是LG化學財報的亮點,2018年該項業務營業利潤達到2090億韓元,同比增長6.2倍。

三星SDI的業務主要包括鋰電池和材料業務。2018年三星SDI實現營收9.15億韓元,同比增長44.31%,其中鋰電池業務全年營收6.95萬億韓元,同比增長60.66%。

未來技術動向有區別

動力電池的競爭越來越激烈,各家企業為了保持自己的優勢,朝著既定目標紛紛加大了研發力度,在未來的技術發展中,各家企業的策略也不相同。

LG化學未來將從622向70%的鎳,10%的鈷和20%的錳發展,既研發712電池。未來的發展目標是通過向NCM添加氧化鋁,使鎳含量接近90%,鈷含量低于10%,即NCMA電池。LG化學712型正在積極開發,會在兩到三年內進行大規模生產。LG化學研發生產的NCM811正極材料更適用于圓柱電池,會大量生產用于電動公交車。

三星SDI未來會采用NCA材料,鋰離子在充放電過程中,容易在NCA表面形成一些殘留,影響使用壽命。三星SDI通過在NCA表面做一層金屬涂布,減少殘留,提高它的使用壽命。

松下已開發出鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等鋰電池,并已量產為企業配套。為了解決鎳氧化物帶來的熱穩定性低和安全方面的問題,松下在正極材料表面進行了納米涂層處理,特別注重通過“松下固溶液PanasonicSolidSolution”(PSS)等技術提高安全性,該技術在新的正極中采用“耐熱層”(HRL)技術。

目前,SKI軟包電池正極材料主要為NCM622,在2019年可能發展為NCM811混合體系,2020年發展為100%的NCM811體系,2021年以后預計Ni的含量將達90%。負極材料目前采用石墨,預計2021年后采用硅碳負極。

目前,寧德時代的正極材料主要為NCM523,在2019年底有望量產NCM811體系電池,正極材料除了往高鎳方向發展,寧德時代還致力于高電壓平臺的正極材料研發,并有望在2020年后量產,量產后將改善電芯的能量密度。

在去年中國汽車動力電池產業創新聯盟動力電池分會成立大會上,寧德時代副總裁、首席科學家吳凱介紹了寧德時代的發展思路。大約在2020年,寧德時代會采用硅碳負極材料以提升負極的理論能量密度,從而提高電芯的能量密度。電解液通過優化配方并添加新型添加劑,使其耐高壓性能、熱穩定性能更好,隔膜主要采用涂覆濕法隔膜。

整車企業殺入動力電池領域

多年來,整車企業除比亞迪生產電池外,全球著名的汽車企業都依靠中日韓的電池企業配套供貨,這種局面將被打破。

2017年10月11日,歐盟在布魯塞爾舉行一次會議,商討從歐盟層面來解決電池生產的問題,創建企業聯盟將是該會議的重要內容之一。此前,歐盟能源機構發言人安娜-凱撒伊特柯南(Anna-KaisaItkonen)曾表示,歐盟委員會將歐洲的電池生產看作是一個戰略目標,大公司必須在電池投資上迅速作出決定。歐洲企業必須在供應鏈上展開合作,同時提高大眾消費者對電動汽車的認識與接受度。

歐盟的倡議得到了德國政府的支持,德國汽車企業也積極響應。大眾將在德國薩爾茨吉特(Salzgitter)建造新電池廠,投資100億歐元(約合人民幣784.4億元),從投資規模和配套的車輛數量來看,大眾新電池廠產能或許是特斯拉超級電池工廠的2倍。奔馳打算在Kamenz地區由旗下全資子公司ACCUMOTIVE投資約5億歐元(約合人民幣39.22億元)建設新電池工廠。

寶馬也建立了電池工廠,寶馬在華首家高壓電池工廠項目位于華晨寶馬沈陽發動機工廠內。根據此前公布的消息,這一高壓電池中心正式投產后,將為全新一代寶馬530LeiPerformance提供高壓電池配件,可生產3.3萬套/年的高壓電池組。

作為電動汽車的先行者,特斯拉原本由松下供應電池,如今,特斯拉也興建了Gigafactory。Gigafactory是特斯拉第一座超級電池工廠,2014年6月開建,2018年投產后產能將達35GWh,這座工廠準確名稱是Gigafactory1,預示著特斯拉未來還將建造第2座超級電池工廠。有資料顯示,特斯拉在必要時將把電池產能擴大到150GWh。

動力電池作為新能源汽車的核心部件之一,各家企業都在積極投入資金研發,原有的電池企業與新進入者交織在一起,市場競爭趨于激烈,國內電池企業的洗牌在所難免。