大无钴时代的机遇与挑战
发布时间:2024-05-17 | 发布者： 东东工作室 | 浏览次数： 次导读
8月28日，蜂巢能源董事长兼CEO杨红新先生在第四届世界新能源汽车大会动力电池技术创新研讨会演讲中预测，未来锂电产品分布中，“大无钴系”电池市场占比将超过70%。其中磷酸铁锂占比将超过60%，甚至还要更高。“大无钴系”主要包括蜂巢能源研发推出的层状无钴材料电池以及传统的磷酸铁锂、磷酸锰铁锂等电池体系。根据2022年上半年中国动力电池装车量数据分析，磷酸铁锂电池和三元锂电池分别占比58.5%和41.4%，将储能、两三轮车、5G基站等数据纳入统计后，“大无钴系”已经占到65%左右的市场份额，那么大无钴时代的机会与挑战将会是什么呢？容我一一道来，供大家参考分析。
行业动态概述
现阶段我国境内已发现多处锂矿，尽管受限于国土资源的审批手续流程，开采进度较慢，但足以满足未来全球3亿多台汽车全面电动化需求。相较而言，三元锂电池所需的钴、镍资源，较为紧缺。钴资源主要集中在刚果(金)、印尼和澳大利亚，国内已探明的钴矿资源仅有13万吨，占比不到2%；镍资源相对好一些，但也只有约400万吨，这意味着，想要发展三元锂电池，其关键原材料钴、镍都将高度依赖进口，在目前国际局势下，很危险。
包括磷酸铁锂、锰酸锂等在内的“大无钴系”电池与结构上的创新，大幅缩减了与三元锂电池能量密度的差距，并在上游材料价格暴涨时成本优势凸显，未来在整个动力电池市场占比有望超过70%，其中磷酸铁锂占比超过60%，甚至还要更高。当前磷酸铁锂电池已经覆盖500~700公里续航的主流市场，并在商用储能市场对三元锂电池实施完全替代。
1.宁德时代将在今年第四季度向特斯拉供应M3P电池，该电池包将达到72kWh，搭载在Model Y车型上，该版本Model Y将于明年初上市。从宁德时代公布的调研纪要来看，M3P并不是单纯的磷酸锰铁锂电池，而是在磷酸锰铁锂材料中掺杂铝、锌、镁等金属元素生成的磷酸盐做成正极，用以改善磷酸锰铁锂电池充放电的容量及循环稳定性，能量密度较磷酸铁锂电池提升约15%，也可以归于大无钴系。
2.蜂巢能源目前已经推出全球首款可量产的无钴电池，已经在欧拉樱桃猫、闪电猫等车型上规模化量产装车，并将于2023年推出第二代层状无钴电池，预计成本与磷酸铁锂电池接近，续航可达到800Km。
3.广汽埃安在研电动汽车项目，动力电池已经全部铁锂化，部分量产电动车型也在做磷酸铁锂电池替换三元锂电的改型。Aion Y目前已经完成95%的磷酸铁锂电池的替换；Aion S目前29%是磷酸铁锂电池，Aion V 目前33%是磷酸铁锂电池，今后都会持续提升磷酸铁锂电池的比例。
4.多年来，比亚迪在动力电池领域一直坚守磷酸铁锂路线，但在前几年争取国际大厂订单时，也不得不研发三元锂电池，其中福特野马纯电SUV——Mustang Mach-E就装了比亚迪的三元锂电池。而在今年一汽丰田发布的纯电动汽车bZ4X上，笔者惊喜地其发现安装了比亚迪安徽无为工厂的磷酸铁锂电池。比亚迪，这家以电池起家的车企，最终通过改变磷酸铁锂动力电池的物体形态，让这条看似“传统”的技术路线获得重生，实现长续航、高稳定性、高安全性，装备全系车型。
5.7月20日，A股两大正极材料厂商容百科技(688005.SH)、当升科技(300073.SZ)，分别在各自的战略发布会上宣布将要进军磷酸锰铁锂材料领域。其中811三元正极材料最大供应商容百科技收购天津斯科兰德进军磷酸锰铁锂材料领域更引人注目，其规划2025年形成磷酸锰铁锂材料30万吨产能。
6.为缓解镍等原材料的供应紧张，降低储能产品成本，去年，特斯拉已将其每单元最大电池容量为3MWh的Megapack储能产品改用磷酸铁锂电池。值得期待的是，有特斯拉的示范效应，磷酸铁锂电池可能大部分替换三元锂电池，成为海外储能主流电池技术路线，而国内早就如此了。
本章小结：通过对几家主要锂电池及锂电材料企业动态分析，包括磷酸铁锂、锰酸锂等在内的“大无钴系”电池市场份额在迅速增大，在中国大概率将超过80%以上，在全球范围里可能超过70%。
上游：新的需求促进创新更加活跃
1.近两年伴随车企对于电动汽车降低成本、提高安全稳定性的要求越来越高，磷酸铁锂电池在装车量上取得阶段性优势。但包括磷酸铁锂、锰酸锂等在内的“大无钴系”电池，在能量密度上较之三元锂电池有天生劣势，因此能够改善磷酸铁锂电池的能量密度、低温、快充、循环等性能各种添加剂、导电剂等需求将在未来猛增。以导电剂为例，1GWh的三元锂电大致需要200吨，而磷酸铁锂电池就需要300吨以上，增加50%以上。
2.同样由于“大无钴系”电池能量密度上天生不如三元锂电池，为了降低电池包整体重量，高效成组，电池结构创新方兴未艾，国内有宁德时代推出的CTP、CTC，有比亚迪推出的“刀片”电池，中创新航推出的“弹匣”电池，蜂巢能源推出的L600短刀电池等等，国外有美国特斯拉推出的4680大圆柱电池等。这些结构创新会带来轻型材料、高性能胶等需求增加。
3.这些电池材料创新和结构创新，必将产生新的需求，促进行业创新与投资行为活跃。比如7月29-30日，笔者就以评委身份参加了由蜂巢能源发起、并联合蜂巢资本、36氪以“创新成就你我”为主题的“先蜂产业合作伙伴全球招募”活动评选。活动旨在招募锂电新材料、新工艺、新技术，以及极限制造的优秀团队，并为符合条件的创新技术项目提供扶植基金，与蜂巢能源直接签约成为其全球产业战略合作伙伴。本次活动吸引了127个技术领先企业及高校团队参加，历时三个月，通过项目征集、35强评选、35进8路演、签约四个阶段，最终决出了8支入围团队，目前都在尽调阶段。
本章小结：大无钴时代带来材料、结构的变化，带来新的增长点，也带来新的投资机会。
下游：汽车、储能、5G基站三点开花，外形向方型、短刀集中
1.政策与市场双驱动，促进新能源汽车需求旺盛。在“ 双碳”目标背景下，中国经济社会发展的绿色转型驶入快车道，新能源产业蒸蒸日上。作为影响实现“双碳”目标的关键动力之一，中国新能源汽车市场发展欣欣向荣，行业驶入市场驱动新阶段。2022年上半年，国内新能源汽车销量累计达260万辆，同比大幅增长1.2倍，渗透率攀升至21.6%，预期未来几年仍将以较快速度上升，2025年渗透率有望达到40-45%左右。
2.新能源发电并网，电化学储能方兴未艾。随着全球能源结构调整的推进，作为解决光伏、风电等新能源发电电源调峰、削峰填谷的重要抓手以及推动可再生能源发电在能源系统中占比不断提升的重要路径，“新能源+储能”方兴未艾，正在成为能源行业变革的重要趋势。受原材料价格高企和供应不足以及其他因素(如安全问题和对更持久、更坚固的储能系统的技术要求不断变化)的推动，国外储能行业正在逐渐采用磷酸铁锂等替代长久以来使用的三元锂电池，而国内更是在6月29日发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》。《意见稿》中特别明确，新建中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池。2022年上半年中国并网、投运的储能项目一共66个，其中有51个电化学储能项目，总装机容量391.697MW/919.353MWh，较去年上半年同比增长261.3%。
3.5G基站与户外运动兴起，需求持续向好。“新基建”结合了新一轮科技革命与产业变革特征，面向国家战略需要并为经济社会未来发展提供支撑，其中5G通信行业受益于其中半数领域，正值风口。2022年上半年，我国新建5G基站42.9万个，总数达到185.4万个，占移动基站总数的17.9%，占比较上年末提高3.6%。
4.4680大圆柱电池存在技术难点，很难快速普及。4680大圆柱的工艺创新带来了电池生产过程中的众多难点：1)分切环节：切叠法是特斯拉采用的全极耳制作工艺，极耳在分切时需要斜切成片并叠起，使得表面起伏度较大，易造成极耳因接触程度不一致而导致内阻一致性差。2)注液环节：由于两端被极耳封闭，难以连续注液生产。3)揉平环节：揉平法是国内使用较多的一种全极耳方案，通过超声波或机械将极耳揉成端面。极耳在揉平过程中容易产生金属碎屑，导致电芯自放电过大，甚至发生内短路，另外揉平后端面较为致密，电解液难以进入电芯内部。4)激光焊环节：从传统两个极耳的点焊到全极耳面焊，焊接工序和焊接量都变多，激光强度和焦距不容易控制，易焊穿烧到电芯内部或者没有焊全。5)特斯拉4680配套的干式涂布技术难以突破，制造工艺复杂，现阶段无法大规模量产。目前各企业4680电池难点主要集中于焊接环节，直接影响了4680电池良品率，特斯拉加州工厂4680试制线的良品率不到80%。此外，由于4680大圆柱结构非标、各厂商方案有所差异(存在专利壁垒)，给想进入该市场的电池厂带来较高壁垒。
回想2020年的特斯拉电池日，可谓是万众瞩目。马斯克拿出了4680大圆柱， PPT上醒目的数字无一不在提醒观众这个新电池非常厉害，具备革命性的意义，赢来了众多掌声。但一眨眼两年过去了，搭载4680电池的车型在性能上并没有给人惊喜，大家似乎逐渐忘了这个电池的存在，而特斯拉则为大规模量产难题绞尽脑汁，难免让人唏嘘。
5.外形向方型、短刀集中。在电芯品质提升与追求高效制造的过程中，方型电池的卷绕压实工艺在宁德时代迅猛发展带动下越来越成熟，而方型铝壳电芯的结构创新则产生了比亚迪刀片电池和蜂巢短刀电池，多个刀片通过阵列的方式排布在一起通过CTP设计在保证了电池包的强度前提下，省去了横梁、纵梁以及螺栓等附件，让刀片电池侧面可以承担支撑作用。这一系列设计可以让刀片电池跳过模组环节，直接组成电池包，从而提升空间利用率。这样的结构可以大幅提高电池体积利用率，在有限的汽车空间内装下更多的电池，从而使磷酸铁锂电池在续航里程上匹敌三元锂电池。
本章小结：目前新能源汽车行业景气依旧，电化学储能快速增长有望贡献磷酸铁锂电池第二大需求增量，5G基站与户外运动兴起带来新的锂电需求。大无钴时代的电池封装形式将以方型、短刀为主，软包为辅。
最后
目前行业内企业都在通过材料创新与系统集成的方法，把所有关键技术集成到一起，在“大无钴系”电池领域形成一个高成组效率的方案，为新能源汽车、储能、5G基站、户外活动等新兴消费领域提供更好的动力与电源解决方案。
在动力电池排位赛接近尾声之时，储能、5G基站与户外运动的兴起，促进了大无钴时代的快速到来，给行业从业者与投资人既带来了新的挑战，也孕育着新的希望与机会，值得广大从业者为之拼搏，为之奋斗！
(本文作者系吉林大学青岛汽车研究院副院长、《电车商业研究》创始人顾国洪)
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