正文

动力电池路线选择上,磷酸铁锂和三元的竞争已经维持了相当长一段时间,2020年新增装机量基本上呈现三原电池和磷酸铁锂电池双雄竞争的局面,锰酸锂和钛酸锂电池已经处于淘汰边缘,其中三元电池装机量约占比 66%;磷酸铁锂电池装机量约占比33%。

继去年比亚迪高调放出以后刀片电池以后,今年动力电池技术更新的消息层出不穷:

1月份爆出蔚来新电池采用固态电池技术,广汽推出石墨烯基电池;

3月份广汽公布弹匣电池,蜂巢提出无钴电池即将量产,大众提出高锰电池;

5月宁德时代宣布研究钠离子电池等等,可见动力电池技术革新迫在眉睫。

而从今年最新动力电池装机数据来看,5月国内市场动力电池装机量共计9.8GWh,同比上升178.2%,环比增加16.2%。

其中,三元电池装车5.2GWh,占比53%;磷酸铁锂电池装车4.5GWh,占比46%。

可见磷酸铁锂占比有不小的上升,但双雄并立的局面仍在持续。由于总体性能和需求不同,高中低端电动车分别会使用不同的动力电池,总的来说三元电池对原材料的要求要高过磷酸铁锂电池,其性能也更能满足消费者的要求,是目前中高端车的首选。

华尔街见闻·见智研究所认为,电池行业未来有望打破三元、磷酸铁锂双雄并立局面,出现材料体系根本变化。而最有可能颠覆现有电池格局技术的,将会是性能极佳的固态电池、不再受制于锂资源的钠离子电池、无钴高镍化的多元电池(NCMA)。其中固态电池和多元电池毫无疑问主要应用方向都将是在中高端新能源汽车的动力电池上,未来将逐渐压缩目前磷酸铁锂和三元电池的份额。

1、固态电池

(1)性能远超液态锂电,或将对锂电产业链产生影响

固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池,其技术路径是“液态-半固态-准固态-全固态”,全固态电池将不在需要隔膜和电解液,这将会对整个锂电四大材料产业链产生不小的影响,当然目前主流研究进度还处在半固态电池,依然需要使用隔膜和液态电解液。

真正的固态电池由于使用固态电解质完全替代电解液和隔膜,同时负极采用金属锂。在性能、安全性、能量密度、循环寿命都优于液态电池,可以说目前新能源汽车的几个主要难题——续航不够、安全性不强、寿命短。简而言之,该电池的体积能量密度是目前最受欢迎的model 3锂电池的4倍,且能正常使用12年之久。

(2)商业化尚需5-10年时间

目前赣锋锂业、宁德时代、珈伟新能、当升科技等国内公司都在进行固态电池的研发,并有了一定的研究成果,但由于成本高,固态电解质克服电导率低和界面阻抗大这两大问题尚未完全解决,距离完全商业化尚需5-10年时间。

2、钠离子电池

(1)不再受限于高价原材料,锂电的补充方案

相比起固态电池的知名度,钠离子电池虽然2009年就在日本和英国有过尝试,但直到今年锂材料持续涨价,5月宁德时代决定开发钠离子电池后才被市场开始关注。

锂电池原材料涨价已经维持了近10个月时间了,其中氢氧化锂近期报价已经突破9.2万元/吨,碳酸锂也稳定在8.8万元/吨,距离年初5万元/吨左右的价格都有近80%的涨幅。考虑到新能源汽车销量继续放量,5月新能源汽车渗透率已经突破10%,乘联会更是将今年新能源汽车销量提升到240万辆,后续锂价或还将在高价位附近维持一段时间。

而钠离子电池原材料更多是储量丰富、成本较低的纳,相比起我国并不丰富的锂资源,原材料碳酸钠价格才2千元/吨,另外集流体可以用铝箔,成本比铜箔低,所以钠离子电池理论上成本能降到0.2-0.3元/wh(锂电成本0.5-0.7元/wh),同时钠电池所需的钠原料在自然界中储量丰富,且提炼成本低,是业界认为未来锂电池的一个主要补充方案,在例如储能场景下替代现有锂电池。

(2)钠离子电池对动力电池产业链影响不大

由于钠离子电池与锂电池的差异主要在正极材料(钠过渡金属氧化物、钠过渡金属磷酸盐、钠过渡金属硫酸盐、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物),电解液则从六氟磷酸锂变成六氟磷酸纳(氟化锂换成氟化钠),负极使用硬碳,隔膜毫无影响,制备工艺和设备都差别不大,叠加宁德时代锂电龙头的大力发展和推广,使得钠离子电池不像固态电池需要5-10年的准备,或将在较短的时间内(3-5年)就能实现产业化上线。

(3)主要用在对能量密度需求不高的领域

最后考虑到钠离子电池本身能量密度和循环寿命均不如锂电,现在只能做到单体120wh/kg,

比磷酸铁锂电池尚且低上不少,肯定也无法和三元电池相比较,所以在高端电动汽车市场上难以替换锂离子电池,只能用在对能量密度需求不高的领域,后期更多应该适用于电动二轮车、低速四轮车、家用储能产品等。目前宁德时代、星空纳电、中科海纳等国内公司都在积极推动钠离子电池的发展。

从政策层面来看,钠电池也将成为储能领域的潜在备选对象。根据4月国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中目标显示,2025年装机规模达到30GW以上,到2030年实现新型储能全面市场化发展,这意味着累计装机规模有望实现2020~2035年10倍的增长,尤其在北京储能电站爆炸事故后电池安全的标准再度提升,6月22日国家能源局发布《新型储能项目管理规范(暂行)(征求意见稿)》,提出原则上不得新建大型动力电池梯次利用储能项目,未来储能增长的重担或将交到钠离子电池上。

3、多元电池

(1)性能远超三元电池

先简单科普一下,目前市面上主流的三元电池大致分为两条技术路线,分别是 NCA 镍钴铝电池和 NCM 镍钴锰电池,NCM在材料生产、成本和电池制造上更有优势,但是在能量密度和循环寿命方面NCA明显更强。其中NCM电池的适用范围较为广泛,而NCA电池主要就特斯拉使用。

而这次的主角多元电池NCMA,即使是和目前最前卫的NCA 89和NCM 90超高镍三元比较,NCMA在容量衰减、抑制微裂纹等6个维度也有着不小的优势,可以说是集2种三元电池的优势于一身。多元电池如此优异,国内企业当然也是在大力发展,当升科技的NCMA四元正极材料已送样国际主流电池生产商,且客户反馈性能优于竞争对手;蜂巢能源也是第一个将无钴电池装车的动力电池企业,其无钴材料获40+项专利。

(2)最早7月NCMA就会装车

今年6月初据Electrek报道,特斯拉有望成为第一家使用LG能源解决方案的新型NCMA电池的汽车制造商,这种电池片的镍成分占90%,而钴元素已经低至 5%,取而代之的还有新增 1% 的铝元素,这将使得电池能量密度提升。

特斯拉计划7月在上海Gigafactory生产的特斯拉Model Y型汽车上安装NCMA电池,将会使得Model 3/Y长续航版76.8 kWh电池提升至82kwh,同时有望推动电池成本低至100美金/ kWh以下。

(3)高镍无钴化趋势确定,多元电池大有可为

高镍无钴化趋势是显而易见的,今年5月中旬宁德时代董事长曾毓群在业绩说明会上称三元811电池目前已经占该公司动力电池总出货量的20%以上。按宁德时代2020年动力电池系统销量44.45GWh来计算,20%的811电池出货量已经达到8.9GWh,这一数据超过了全球绝大部分电池厂商所有的电池出货量。除此之外LG新能源、SKI、三星SDI和松下等日韩电池巨头也在加快其高镍无钴电池开发量产进程。

在4月19日开幕的上海车展上,据不完全统计,在近80余款新能源车型中,其中43款车型已经搭载或将要搭载高镍电池。潜在爆款新车包括大众ID4、宝马IX3、极氪001、智己L7、北汽阿尔法S等,都将搭载高镍电池。在三元电池已经到达8系,9系的情况下,未来势必会转向多元电池,未来多元电池的市场空间和增速可以参考目前高镍三元的情况。

每一次技术的突破和创新都意味着上一代技术的逐渐落幕和新一代产品的上线,就像三元和磷酸铁锂电池渐渐取缔钴酸锂电池、铅酸电池等,华尔街见闻·见智研究所相信未来性能极佳的固态电池、不再受制于高价少量锂资源的钠离子电池以及无钴高镍化的多元电池(NCMA)将成为下一代电池的主流。

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