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动力电池盛宴:标准化的“狂欢”

连线新能源 | 以信息推动清洁能源发展 2022/01/25 15:06

“与手机电池相比,我们电动汽车电池急需标准化。”日前,某全球汽车巨头战略部高级经理告诉xEV动力电池圈。事实上,面对电动化浪潮,无论是传统车企,如大众、PSA、戴姆勒、Stellantis、广汽,造车新势力,如蔚来、特斯拉、小鹏汽车等多家国内外车企正身处电池标准化不足带来的压力之中。

“芯片荒”和“电池荒”未解,汽车行业又迎头赶上“标准化”。与“芯片荒”和“电池荒”因供需错配导致不同,电池标准化不足与一直以来呼声颇高的电池回收后市场、电池成本,而归根结底与2021年以来新能源汽车销量快速增长有关。

中汽协发布数据,2021年1~12月,国内新能源汽车销量超350万辆,同比增长157.5%。 而根据中国汽车动力电池产业创新联盟发布数据,2021年1~12月,我国动力电池累计销量达186.0GWh,同比增长182.3%。电池销量增速超汽车销量增速。

2021年,我国动力电池装车量累计154.5GWh,同比累计上升142.8%。1~12月累计装车量前三名分别是宁德时代80.51GWh、比亚迪25.06GWh、中创新航9.05GWh,市场份额分别为52.1%、16.2%、5.9%。“行业增长了1倍,爆发得太厉害了,也算是幸福的烦恼。”证券分析师林四南指出,“行业没有预料到电动汽车2021年销量超过300万辆,备货不足,动力电池标准化要加速。”

在“碳达峰、碳中和”背景下,一系列政策组合拳似乎推升新能源汽车销量增长对动力电池的需求,动力电池回收又再次被推送“风口浪尖”。据《人民日报》消息,随着我国新能源汽车产销两旺,第一批新能源动力电池进入规模化退役期。据预计, 2025年我国退役动力电池将接近80万吨 。大规模动力电池逐步退役,如何更好回收利用,同时加大监管力度,避免造成新的资源浪费和环境污染,引发广泛关注。

比起涨价、买不到材料,更让电池企业恐慌的是不能够标准,电池包都长得不一样,不敢拆,没有这方面的授权,也危险,都得定制化,成本很难下来。知名电池回收CMO刘荣(化名)向xEV动力电池圈表示,“动力电池关键原材料涨价是市场行为,短期内没有应对方法,涨价也没有办法,是供应有缺口,这个需要警惕。”另有接近头部企业人士告诉xEV动力电池圈,“小的电池厂,未来难生存,他们只能定制化,但最终还是要靠标准化才能够降低成本,提升产线负载,尤其是在材料买不到的情况下,更是需要这样,标准化将杀死一批企业。”

而根据相关行业机构预测,到2025年,全球交通领域的电动化及电力领域储能对锂电池的总需求量将超过2TWh。面对如此巨大的市场空间,产能扩张成为中国动力电池头部企业的一致选择。同时,资本市场也极其看好锂电池前景。据统计,2021年A股市场涨幅TOP20名的公司中,有7家公司与锂电池产业有关,而其中也不乏有些小估值、大潜力的电池回收企业。

2021年以来,宁德时代、比亚迪、中创新航、国轩高科等动力电池头部企业数次宣布扩产,几家电池企业计划投入资金超3000亿元,预计建设产能1TWh, 约为现有装车量的10倍。以宁德时代为例,2021年,扩产领域上至锂矿资源、四大电池材料、零部件、设备,下至整车、储能等,宁德时代可谓是“无孔不入”。这些材料集成为电池后,回收的市场一定是一个庞大的市场,还得看市场和政策的风向。

下游整车厂无米下锅,上游电池厂身心也备受煎熬。电池回收迫在眉睫,因此电池标准化事关重大。

宁德时代发布换电品牌EVOGO

1月18日,宁德时代董事长曾毓群拿着一块巧克力,为宁德时代“巧克力换电块”代言。与此同时,宁德时代“首发”换电品牌EVOGO,并宣布其将由宁德时代子公司时代电服进行运营。

宁德时代表示,组合换电整体解决方案由“换电块、快换站、APP”共同构成,其将在10个城市首批启动换电服务,并官宣一汽奔腾为换电品牌的首个合作车企。

不过也有业内人士质疑,特斯拉放弃了换电模式,而宁德时代的换电模式又能否成功?但是综合各方面的观点看,宁德时代所做的解决方案,还是较好的解决了车电匹配的问题,还是能够超越奥动的卡扣式换电,并且通过车企的合作,可以和蔚来汽车一样,能打通各个汽车企业的设计,成为一个标准的第三方方案。

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IMAGE SOURCE:CATL

宁德时代EVOGO主要特点是:1.单块电池的设计26.5kWh,目标是可以提供200公里左右的续航。2.自由组合的配组模式。3.整个换电系统可以提供不同的方案,1块(26.5kWh)、2块(53kWh)和3块的方案(79.5kWh)。

综合各方面的观点来看,宁德时代这个解决方案(预置支架、电池护托,并且把高压线和“冷却管路”都预先安装固定。),也能够满足800V低成本方案,通过高压连接,这样可以减轻高压快换连接器的设计难度,可拓展性和电气化柔性比市面上的方案强。但是目前的市场体量看,比较适合在运营、公共交通领域。事实上宁德时代在大巴系统上采用的比较多,未来串联式的解决方案将应用于乘用车。

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由于整体的电池块比较小,所以后续整体的堆叠就相对比较容易。有意思的地方在于,配套快换站具有占地小、流通快、容量大等特点。一个标准站仅需三个停车位,单个电块换电约1分钟,站内可存储48个换电块 。

应该说,对终端产品的管理,谁生产谁负责的逻辑。这种标准化,确实有利于管理。但是,正如汽车电子朱玉龙的观点,“这种探索其实是很有启发特性的,但是需要解决一个并发问题,想起来容易落到实处就难了。”

总的来说,标准化是成本的狂欢,是产业链主导权的争夺。这场戏正在加速,降维打击才刚刚开始。宁德时代此次发布换电解决方案,可以说加速了这一变化趋势。

电池标准化“三十六计”

对于供应商来说,从材料、设备、工艺等全方位切入,确实标准化很难。另外,所有的消费类电池,也就是手机的做法都可以作为电动化的参考。也就是说标准化套路是一样,终端产品标准化。比如,每个电池包都需要有主正、主负和预充系统,然后配上独立的电流感知;每个BMS都需要做近100路电芯采集。应该说,电池包标准化,看似有“三十六计”,但万变不离其宗,电池系统或者电池包是一个切入口,而pack的形态会倒逼电芯的尽量标准化。而所有的精髓在于,降低成本,扩大竞争力,打趴别人。

从前面大众unified cell,还是更早的VDA-MEB-PPE,还是法系、韩系、自主品牌,都希望并且在不断寻求与新能源车产业链各环节达成协议,为电动汽车采购材料和零部件,特别是电池,以保证供应链稳健,尤其强调电池标准化。

特斯拉首席执行官马斯克在2021年的股东大会上直言,由于电池短缺,Cybertruck、SEMI以及Roadster三款车型将在2022年继续“跳票”。而特斯拉传出来购买CTP、刀片电池,并且自己还留了一手4680电池,都是电池需求的外化表现。

事实上,推电芯到模组,到pack的标准化,宁德时代也不算是第一个。回顾过往,电芯集成商或车企为了满足市场需求,都试图以结构创新的极限空间来换取基础材料创新的时间,并寄希望提升动力电池性能,且都做过类似的努力。其中,以宁德时代和比亚迪最具代表性,车企主要是特斯拉和大众。

2019年9月,宁德时代推出了全新的CTP高集成动力电池开发平台,即电芯直接集成到电池包。由于省去了电池模组组装环节,较传统动力电池包,CTP电池包体积利用率提高了15%~20%,电池包零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,将大幅降低动力电池的制造成本。

2020年3月,比亚迪正式推出“刀片电池”,能量密度上比传统铁电池提升了50%,成本下降30%,空间利用率提升了50%。

而从2020年9月特斯拉“Battery Day”和2021年3月大众汽车“Power Day”发布的电池技术来看,何其相似。

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IMAGE Source:Agent

看起来都是一个通用的逻辑:在有限的空间内,长度是一个比较好突破的点。 通过优化电芯尺寸,灵活简便,可实现高度、长度、宽度三大方向延展,体积利用率显著提升。比如比亚迪的刀片电池,尺寸有;960mm、1280mm、2000mm、2005mm*118mm*13.5mm。从355模组,到390模组,再到590模组,然后到大模组、甚至是无模组的CTP、刀片电池,再到Unified Cell、one-stop battery,名称各有千秋,但都是类似的逻辑。

事实上,可以预想电池包模组布置的终极包络形态,但CTP本身的划分和演变也会分为多个阶段,从四个模组到大模组,再到无模组,不会一步到位,直接演变成在专利中所看到的样子。

另外,这些技术都是产业上下游不断博弈和探索的结果,是整车标准化和个性化调和的产物,也是成本与安全性兼顾的有效举措。而汽车的方圆迭代的逻辑,对于动力电池的发展也是有极大的启示的。 动力电池的迭代变化更多是基于市场需求和技术可行性形成的产业应用。

这一轮PACK集成技术的迭代和进化,总体上来看,已经走得差不多了,还有些车企在以上三种技术的框架内,衍生出自己的平台,这一轮电池技术提升的主要是体积利用率,电池包的比能量,电池包层面的成本,百家争鸣,可谓精彩至极!

如果以油箱比作动力电池,可能不太恰当,但是作为动力的核心,汽车油箱也是经历了钢板-塑料-钢板塑料复合-钢板、塑料共存的局面,而直接影响因素是市场需求、加工工艺以及成本。

为了减轻汽车重量,也有建议干脆去掉钢铁,直接用聚氨脂塑料制成现代的油箱,但后来钢板油箱仍然回到了市场上,并且边缘光滑,没有棱角、热胀冷缩性能也非常好。

如果说上上一轮的电池技术进化主要是在电芯层面,材料的进化,电芯比能的提高,电芯成本的降低;上一轮PACK进化中(以电池包长、宽、高三个尺寸纬度的进化,滋生了当前的PACK技术平台),电芯演变的主要是尺寸和形状;那么本轮则主要是在高度的进化演变,并配合材料体系的极限突破。

我们都知道,电芯做大成本会降低,但是无限做大,做到280Ah,尺寸做到极限,机械性能就会降低,因此宁德时代这次从pack上进一步推进标准化,很多人就问是否会放弃大电芯的技术路线;也就是说,即使是采用宁德时代最新CTP技术,按照26.5kWh的设计,电池容量也就是在100Ah左右,这个容量可能回到VDA的电芯规格。虽然重量能量密度超过215Wh/kg,体积能量密度超过485Wh/L。xEV动力电池圈综合各个方面的观点看,和车企的博弈还得靠成本和稳定供应,因此还得持续观察。

毕竟,换电在中国有很多的问题。首先,有可能形成劣币驱逐良币,市场上各家电池都不太一样,底层东西都有差别,即使从A00级车开始推动换电,还是有电池品质的差别。其次,从汽车企业来看,话语权的问题会还是最大的阻力,车企都在搞电池、搞pack,如果宁德时代做成功了,那可以说在电池设计领域,连基本的设计权都没有了,又得让电池企业占上风。如果按照宁德时代这个 “巧克力换电块”的解决方案,其目的尽量通用化,让各品牌车型都能用,打通了电池与车型的适配壁垒,实现换电车型的选择自由,消费者按需租电。当然,以上所有的一切想象,得要看汽车产业链的演变,确实得要持续观察。

下游整车厂无标准的米下锅,上游电池厂也难免焦虑。在宁德时代召开的股东大会上,曾毓群博士直言,“OEM车企的催货让他快受不了了。”电池供应商亿纬锂能在公告中声称,公司现有场地及生产线已满负荷运转,近一年仍将供不应求。有接近比亚迪人士告诉xEV动力电池圈,“我了解的是,比亚迪的订单都排到2022年了,自家的车型都不够用。”

除了电动汽车迅速增长带来的供应“缺口”,当下“电池短缺”存在结构性短缺的特点。目前,全球电池制造行业的结构是低端产能过剩,高端产能不足。整车企业抱怨买不到电池,但并非真正意义上的没有电池可买,而是缺乏车用标准好电池。

需要注意的是,动力电池企业也与OEM车企之间的关系发生了微妙的转换。动力电池企业相比往年有了更多的话语权。每年整车厂都会对电池厂商提出降价3%的要求。但在2021年电池材料价格持续上涨的背景下,为了顺利拿货,整车厂在账期、价格上给电池企业一定的支持,如果价格做不了,电池企业会直接拒绝供货”。

比如,特斯拉与宁德时代再次签订采购协议,相比第一份采购协议2022年6月到期,新签订的协议,采购时间从2022年1月至2025年12月。在此期间,宁德时代向特斯拉供应锂离子动力电池产品。

国轩高科引入大众中国战略投资事宜于2021年12月15日落地。国轩高科通过非公开发行股票从大众中国拿到了73.03亿元资金,用于年产16GWh高比能动力电池产业化项目、年产3万吨高镍三元正极材料项目,而大众中国成为国轩高科最大股东,可以获得稳定的电池供应和对冲原材料价格波动。

从2020年5月官宣引入战略投资,到磨合一年半时间最终落地,不得不承认这背后也有电池短缺的“功劳”。整车厂向上游延伸的同时,电池企业也没闲着,上演着一场场原材料争夺战。

毕竟有积分要求和燃料指标要求,电动化需要大量的电池,电池供应不稳定,确实让很多车企慌了心神。传统汽车车领域,整车厂毫无疑问将发动机、变速器等核心零部件牢牢握在手心,面对未来市场宏大的“电动化”市场,这场争夺战似乎从“电池标准化”开始。大众、宝马、上汽、一汽、长安、特斯拉等多家车企通过控股、参股的形式纷纷加入电池企业的扩产行列中,并且都提出标准化电池的诉求,有的甚至在实施。

电池标准化“狂欢”的逻辑和底气

市场规模和技术过硬是电池标准化的底层逻辑。行业机构预测,到2025年,电池缺口将扩大到约40%。电动化确定性,在市场空间巨大以及优质产能的紧缺的市场环境下,产能扩张成为中国动力电池头部企业的一致选择。

2021年以来,宁德时代、比亚迪、中创新航、亿纬锂能、国轩高科、蜂巢等动力电池头部企业数次宣布扩产,计划投入资金超3000亿元,预计建设产能1TWh,实际上差不多为2021年装车量的十倍。

“2025年挑战600GWh。”当蜂巢能源在2021年12月8日电池日上,宣布2025年产能目标时,不少业内人士直言:“激进”。仅仅不到一年时间,蜂巢能源产能目标从年初的200GWh提升至600GWh,整整翻了3倍。而装机量数据显示,2021年1~12月,蜂巢能源动力电池累计装机量为3.22GWh,市场份额为2.1%,行业排名第6。

价值从上游传导至下游车企,价格从下游车企传导至上游材料,从来都不是一件容易的事,需要市场规模化和政策驱动。在工厂建设、产线爬坡、产业布局、技术迭代上,都面临全新的考验,跟不上就是落后,落后就得挨打。

目前,宁德时代在全球已布局6大生产基地,分别是国内的福建宁德、江苏溧阳、四川宜宾、青海西宁、广东肇庆基地以及国外的德国工厂,还有待建的上海临港新工厂。宁德时代2025年产能将超过650GWh。产能扩张的同时,宁德时代与OEM车企的捆绑越来越深。不久前,宁德时代以底价9507.00万元成功竞得上海临港新片区2幅工业用地,将工厂开到了特斯拉的“身边”。

对于“扩产”,亿纬锂能董事长刘金成直言,“全球电动化目前已经是市场确定、政策确定、技术确定,目标的扩产是一种确定性状态下的扩张,而非不确定下的盲目扩张。”

2021年12月20日,国轩高科发布公告称,其境外全资孙公司美国国轩(Gotion, Inc)与美国某大型汽车制造上市公司签署协议,向其供应LFP电池。

根据知名机构,IHS Markit预测,到2030年,约70%电动汽车将由汽车制造商内部生产,而目前这一比例为35%。长城、吉利、长安、特斯拉、大众等整车厂纷纷向供应链上游延伸。就连官方宣布造车的小米、苹果,都在加速抢占动力电池“山头”。其中,在动力电池领域,小米一口气投资了中创新航、蜂巢能源、珠海冠宇、赣锋锂电以及卫蓝新能源五家公司。而苹果也不遑多让。

整车厂自建电池厂,既是应对电池短缺的措施,也是整车企业自强发展的体现。电池未来将成为战略资源,只有将电池掌握在手中,才能更好地把控成本和性能。汽车分析师刘荣(化名)认为,市场规模化,做标准的电池,还是很难,不如跟供应商买电池,因此电池标准化和规模化还是有一定冲突。手机是小家电,电动车就是大家电。车用锂离子电池行业门槛很高,投资成本高,技术、人才密集,现在出更新迭代速度快阶段。车企自研电池,进度会比较慢,等研究出来,别的企业可能下一代电池都出来了”。

回归当下,尽管很多车企、电池企业在加速推动电池标准化,但必须正视的是,市场多元化需求,要求技术多元化,尽量平台化、标准化都能提升产线负载,降低成本提升利润。但是所有的需求都得建立在产品、产能、性能上。

综合各方面行业专家观点,2025年我国新能源汽车销量大概率可达1000万辆,按照1000万辆来算,届时动力电池装车量难突破TWh,即便是叠加消费与储能,仍难达到2TWh。这意味着,若2025年所有产能落实,产能过剩势必将成为常态。而彼时,电池的标准化又将面临二手电池产品估价,电池回收利用的问题,只见新人笑不见旧人哭。老电池怎么样也不受待见。

因此,动力电池盛宴刚开始,但标准化是否可以狂欢,还得要观察。

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