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    新能源電動汽車電池種類介紹

    更新時間:2019-08-02 15:43:16
    相對于傳統的汽車行業來說,電動汽車是以電能為資源動力,把傳統的汽車能源所用的動力進行了徹底的改變。傳統汽車大多數用的都是化石燃料,但電動汽車主要能源是電能,這也是隨著社會的發展進行的重大變革。電動汽車的核心是發展電動汽車的電池,電動電車的電池是現代行業的主要關鍵打破點。

    電動汽車的發展離不開電池的革新,大廠商也在不斷地革新著電動汽車的電池質量和電容量的問題。目前市面上主流的新能源電動汽車電池種類大致歸為鉛酸電池、鎳氫電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池(鎳鈷錳酸鋰電池)等幾大門類。

    汽車動力電池種類

    鉛酸電池:成本低、低溫性好、性價比高;能量密度低、壽命短、體積大、安全性差。由于能量密度和使用壽命很低,作為動力的電動車無法擁有良好的車速和較高的續航里程,一般用于低速車。

    鎳氫電池:成本低、技術成熟、壽命長、耐用;能量密度低、體積大、電壓低、有電池記憶效應。由于其超強耐用性,被豐田混動車型普銳斯長期采用。與鋰電池相比,電池單體電壓僅為1.2v,為鋰電池的1/3,因此需求電壓一定的情況下,鎳氫電池體積比鋰電池大不少。雖然性能優于鉛酸電池,但是含有重金屬,遺棄后對環境造成污染。

    鋰離子電池:是目前最技術最先進的電池之一。這種電池能量密度高,能存的電就多;循環壽命長,能充放電的次數就多,用的年頭也長?,F在用在電動汽車上的鋰電池,主要是兩種:磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。簡單來說,“磷酸鐵鋰”、“三元鋰”都是動力電池的正極材料,對電池能量密度有著決定性作用,所以在電池命名規則上,多以正極材料來命名,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的由來皆是如此。

    磷酸鐵鋰電池

    磷酸鐵鋰電池熱穩定佳、安全、成本低、壽命長;能量密度低、怕低溫。熱穩定性是動力鋰電池中最好的。電池溫度處于500-600℃時,其內部化學成分才開始分解,并且穿刺、短路、高溫都不會燃燒或者爆炸,因此比松下的鈷酸鋰電池的安全性更高,使用壽命也較長。

    但能量密度低,導致電池重量更重,體積也更大,車輛續航里程一般。而其最大的痛點在于低溫充電問題,當溫度低于-5℃時,充電效率低,不適合北方在冬天充電的需求。

    三元鋰電池

    三元鋰電池能量密度高、循環壽命長、不懼低溫;高溫下穩定不足。能量密度可達最高,但高溫性相對較差,對于續航里程有要求的純電動汽車,其是主流方向,且適合北方天氣,低溫時電池更加穩定。特斯拉發布的Model 3,即采用松下的21700型三元圓柱形電池。

    缺點就是三元材料的脫氧溫度是200℃,并且無法通過針刺實驗,表明三元電池在內部短路、電池外殼損壞的情況下,容易引發燃燒、爆炸等安全事故。

    三元鋰電池到底是哪三元?三元鋰電池的“三元”指的是包含鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)或鋁(Al)三種金屬元素的聚合物,在三元鋰電池中做正極。三者缺一不可,在電池內部發揮巨大的作用。

    鎳:主要作用是提升電池的體積能量密度,是提升續航里程的主要突破口,但含量過多會導致鎳離子占據鋰離子位置(鎳氫混排),導致容量下降。

    新能源電動汽車電池種類介紹

    鈷:抑制陽離子的混排,用以提升穩定性和延長電池的壽命,此外,也決定了電池的充放電速度和效率(倍率性能),但過高的鈷含量會導致實際容量降低。

    鋁或錳:鈷是十分昂貴的稀有金屬成本高昂,錳或鋁的作用在于降低正極材料成本,同時提升電池的安全性和穩定性。

    為了提高三元鋰電池的容量,就需要提高正極中鎳的比例。所以你看,鎳的比例在不斷提高 ,從早期的NCM111,到近兩年的NCM523、NCM611,再到今年紛紛上馬的NCM811,電池能量密度越來越大,鎳用得也是越來越生猛。

    鎳用得多,鈷和錳的比例必然會減少。電池的壽命和穩定性是不是會受影響?理論上會,但現在三元鋰電池主角無疑就是“高鎳”的三元鋰電池。這一方面是政策原因,續航里程長、電池能量密度高的電動汽車,能拿到的財政補貼就多;另一方面是各汽車廠商要搶風頭,搞續航里程競賽,好像誰家的車續航長,誰家的技術就先進。

    隨著補貼政策的“退坡”和退出,三元鋰電池的“高鎳”沖動可能會冷靜一下。而隨著磷酸鐵鋰技術的進步,與三元鋰互爭雄長也在意料之中。比亞迪8月份透露,將于明年5-6月份推出的全新一代鐵鋰電池,體積比能量密度將提升50%,壽命長達8年120萬公里,成本還可以節約30%。有分析說,磷酸鐵鋰的能量密度有望與622三元鋰電池媲美,誠如此,再有安全性好、壽命長、成本低的加持,磷酸鐵鋰電池未嘗不會再回舞臺中央。

    磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,不能簡單說哪種好,只能說各擅勝場。磷酸鐵鋰電池勝在壽命長、安全性好、成本低,但能量密度和低溫性能稍遜;三元鋰電池勝在能量密度大,存電多,但安全性和壽命稍遜。

    再過幾年,就要看固態鋰離子電池了。固態鋰電池,電解質由液體變成了固體,電容量大、充電速度快,又沒有電解液泄漏起火的風險,可謂理想的動力電池。全球已經有幾家公司推出了固態電池的原型電池,也許三五年之內,這種電池就會異軍突起。

    動力電池哪家強?

    電動汽車的熱潮將帶動動力電池行業全面爆發,眼下無論是國內市場還是海外市場,一場動力電池企業的拉鋸戰正在上演。

    韓國調研機構SNE Research于5月7日發布的最新報告顯示,2020年第一季度,全球電動汽車動力電池的市場份額的頭名易主。是因為新冠肺炎疫情在國內蔓延,企業大部分時間處于停工停產狀態,復工水平處于低位。反觀國外市場的LG化學、松下電池、三星SDI等企業基本處于飽和運轉狀態。

    連續三年排名行業第一的寧德時代不敵日韓電池,以17.4%的市占率位列第三,中國另一巨頭比亞迪則只有4.9%的市場份額,排名降至第六。而LG化學的市占率同比增長一倍以上,達到27.1%,排名第一。松下以25.7%的市占率繼續位居第二。

    今年第一季度,LG化學全球動力電池裝機量達5.5GWh,這個數字在去年同期僅達到2.5GWh。韓國三大電動汽車電池制造商LG化學、三星SDI和SKI的合并市場占有率在2020年第一季度也躍升到37.5%,而在2019年同期,這一數字僅為16.4%。

    LG化學

    LG化學是韓國LG集團下的企業,汽車電池是它的主要業務之一。LG化學本身是一家化學品公司,除生產電池之外,還擁有大量化工產品和化學品產品線。正式因為LG化學累積了大量制作化學制品和化學材料的工程和制造經驗,使得LG化學在開發和生產鋰電池的過程中,具有產業鏈協同的優勢。

    作為韓國的一家汽車電池企業,LG化學最早與現代起亞合作,主要生產三元鋰電池。除了現代和起亞這兩大韓系車品牌之外,日產、雷諾、通用等車企均采用了LG化學的電池。

    此外,動力電池應用分會數據顯示,僅特斯拉(上海)工廠,一季度就為LG化學貢獻了875.09MWh的裝機量,一舉超越寧德時代,摘得一季度全球動力電池裝機量桂冠。這幾年,LG化學也開始進入國內市場,并且在南京成立了汽車電池生產基地,LG 化學在2009年與長安汽車開展有關電動汽車電池技術的合作。

    松下電器

    松下電器在電池領域的發展可以追溯到1923年,那時松下電器開發投放由電池供電的炮彈型吊燈,自此在電池領域展開了全新的篇章。經過85年的發展,2008年12月,松下耗費64億美元并購了實力強大的三洋電機進入動力電池領域,成為全球最大的鋰電池供應商。

    2009年,憑借領先的電池技術,松下與特斯拉首次展開合作,成為特斯拉獨家供應商,從此迅速崛起。2010年,HEV Suminoe工廠開始鋰離子電池量產。2014年與特斯拉合資建造Gigafactory超級工廠,2015年建設大連工廠,2018年投產。

    作為特斯拉獨家的鋰電池供應商,松下電器隨著特斯拉電動車的發展也跟著快速發展起來,曾經在全球車用鋰電池市場占有率排第一,最近一兩年才被寧德時代超越。也因此松下電器將加大在中國新能源市場的動力電池布局,將在新工廠新增兩條生產線,增加80%的產能,以應對競爭激烈的國內市場。

    寧德時代

    自2017年登頂全球動力電池出貨量“老大”地位,寧德時代已經連續三年位居全球動力電池出貨量冠軍寶座。今年一季度這個冠軍被LG化學奪去,或許只是個小插曲。對此,寧德時代表示,公司的生產運營因為疫情的原因在短期內受到一定影響,“4月份已經重回全球市占率第一”。

    目前,寧德時代動力電池產能都在國內,因而一季度疫情在國內蔓延,對其動力電池生產及裝機都產生了較大沖擊。從其產能布局來看,目前寧德時代已有動力電池產能53GWh,產能利用率高達89.2%,而在建產能也有22.2GWh。

    事實上,目前寧德時代在國內市場為上汽、吉利、北汽、廣汽等品牌車企以及蔚來、威馬、小鵬、理想等造車新勢力配套動力電池產品;國際客戶方面,寧德時代也已與寶馬、豐田、戴姆勒、現代、捷豹路虎、大眾和沃爾沃等國際主流車企品牌均建立了深度合作。

    此外,從今年7月份開始,寧德時代還將為特斯拉(上海)工廠生產的低續航版本配套動力電池,這又將成為其裝機量增長的“新一極”。在海外汽車市場漸入低迷,國內市場開始穩步復蘇的情況下,寧德時代在第二季度重回全球動力電池裝機量榜首將是大概率事件。在客戶合作方面,無論是國內還是海外,目前寧德時代的整車客戶都要多于LG化學、松下電池等企業,而隨著其全球布局陸續量產,其全球“一哥”地位想被撼動并不容易。

    比亞迪

    在2017年以前,比亞迪也曾連續多年穩坐全球動力電池“頭把交椅”,但自從2017年被寧德時代超越后,比亞迪動力電池全球出貨量排名一年不如一年。2018年比亞迪全球動力電池出貨量還排在第三,僅次于寧德時代和松下,2019年便降至第四,排在LG化學之后了。而最新的一季度數據顯示,比亞迪又被三星SDI、遠景AESC超越了,降到了第六。

    對于比亞迪來說,既造電池又造車,而且電池目前主要還是自己用,其面臨疫情的沖擊要比其他電池生產企業多一重。當前,比亞迪動力電池裝機量非常依賴自家車企的產銷。想要實現裝機量的增長,以及排名重回前列,擺在比亞迪面前的路只有電池加速外供。

    3月中旬,比亞迪隆重對外公布了其“弗迪”品牌戰略,其中電池業務將獨立為弗迪電池有限公司(簡稱“弗迪電池”),負責新能源汽車核心零部件的對外銷售工作,這意味著,比亞迪旗下產品將面向全行業供貨。3月下旬比亞迪公布的電池技術重大創新——“刀片電池”便是弗迪電池首款重磅產品。比亞迪希望通過電池業務獨立,以及過硬的電池技術實力去爭搶全球電池市場“蛋糕”。

    除了北汽新能源、金康汽車、長安福特等與比亞迪達成合作之外,日前又傳出了捷豹路虎正在與比亞迪就動力電池供應和生產進行談判,未來比亞迪可能為此在歐洲地區設立電池工廠。

    未來競爭格局

    目前全球電動汽車(EV,PHEV,HEV)的電池使用量方面,基本上已經被中,日,韓,三個國家給壟斷了。

    對于未來競爭格局,動力電池行業未來在集中度提升的同時,很可能出現寧德時代和LG化學的雙寡頭格局,LG化學有望憑借對材料體系的理解和產品的高品質卡位高端市場,寧德時代將憑借成本方面的優勢卡位中低端市場,同時在技術端逐步積累后,有望擴大高端市場份額。

    LG化學今年終于如愿進入特斯拉的供應鏈。據外媒報道,特斯拉2月份在中國工廠所生產的Model 3全部采用LG化學供應的動力電池。特斯拉在上海實現國產之后,LG化學在南京建的動力電池基地具有不小的地理位置優勢,而特斯拉的“老朋友”松下在中國并沒有圓柱形電池的生產線。

    此前馬斯克此前在投資者會議中曾明確表示,在電池包的選擇上仍將堅持圓柱形電池,原因是更換電池屬性會讓整車結構產生較大變化。而LG化學一直沒放棄對于圓柱形電池的研發。

    而一向長期專注于方型電池技術的寧德時代,在入選特斯拉供應商后,特斯拉還需要一定的時間對電池包、電池管理系統等進行再設計,合作進展很難像LG化學一樣快。

    在全球新冠肺炎疫情沖擊下,LG化學、松下、三星SDI以及SKI的生產或因物流、原料不足受限,或因下游客戶強勁需求不在,海外電池生產企業的出貨量和裝機量預計在二季度將會出現明顯回落。對于LG化學來說,盡管其依然可以仰仗特斯拉(上海)工廠繼續走量,但是短暫失去歐洲市場的強力帶動,其裝機量較一季度預計會差很多。

    從國內市場來看,新能源汽車財政補貼延遲兩年退坡,今年補貼平緩退坡10%。同時各級政府還在陸續推出其他刺激新能源汽車消費的政策,寧德時代無疑將會是其中最大受益者。

    國內動力電池企業的主要戰場仍為中國本土市場,國內新能源汽車市場的走勢,直接影響其全球銷量表現。除了積極布局海外市場,眼下,國內動力電池企業也試圖通過技術升級、產品迭代,來提升競爭優勢、擴大市場份額。

    眾所周知,新能源汽車是未來的大勢所趨,任何一家車企想要長遠發展,都必須掌握自己的新能源汽車技術。但新能源汽車跟傳統的燃油車有著很大的不同,新能源汽車發展的關鍵是電池技術,誰掌握了汽車電池技術,誰就在新能源汽車的時代占據了主動優勢。
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