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魏建軍放出“無鈷電池”沖擊波

2020-05-20   

中國電源產業網

導語:動力電池產業再起腥風血雨。繼王傳福推出刀片磷酸鐵鋰電池之后,魏建軍不甘寂寞,正式放出“無鈷電池”的沖擊波。毫無疑問,這是一條新的技術路線。
一旦“無鈷電池”獲得成功,原先三元體系的供應鏈,將再度遭到重創,包括上游的材料、中游的正極以及制程,都將會再度迎來一場極其激烈的革命和沖擊。

      動力電池產業再起腥風血雨。 
      繼王傳福推出刀片磷酸鐵鋰電池之后,魏建軍不甘寂寞,正式放出“無鈷電池”的沖擊波。
      毫無疑問,這是一條新的技術路線。 
      一旦“無鈷電池”獲得成功,原先三元體系的供應鏈,將再度遭到重創,包括上游的材料、中游的正極以及制程,都將會再度迎來一場極其激烈的革命和沖擊。
      與此同時,動力電池上游極端激烈的競爭,必將給整個智能電動車產業帶來福音,給消費者帶來福音。

      任何一個美好事物的誕生,都將經歷血與火的淬煉。

      新品類:
      2020年5月18日,魏建軍旗下的動力電池制造商——蜂巢能源科技,舉行了一次新品發布會。 
      在這場發布會中,該公司發布了全球第一款無鈷動力電池。 
      這一款電池產品,核心的特點是在正極材料中徹底去掉了稀有金屬鈷,使得原來的三元鎳鈷錳酸鋰,變成了二元的鎳錳酸鋰。 
      如果說“四元”僅僅是三元材料的一個變種的話,無鈷意味著是一個全新的品類,這是一種新的正極材料。
      僅此一項,就意味著上游材料的鈷產業將會遭到顛覆,中游的正極材料產業鏈,也將需要改弦更張。
      在性能上,蜂巢能源總經理楊紅新介紹,搭載無鈷電池的車型,NEDC續航里程可以達到880公里,相對而言,現階段磷酸鐵鋰的續航里程峰值大概是600公里。

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      安全性,是蜂巢能源無鈷電池的另外一個殺招。
      和比亞迪發布刀片電池時的策略一樣,蜂巢祭出了“熱箱試驗”,這是又一個普通消費者需要了解的重要的衡量動力電池安全性的試驗。
      主要的操作方式是將不同的動力電池裝進一個內部溫度為140℃、150℃的熱箱,然后看看該款電池能夠扛多長時間?需要指出的是,國標和歐標的熱箱測試溫度為130℃。
      普通三元高鎳動力電池,在140℃的熱箱中,30分鐘之后起火。
      蜂巢無鈷電池,在150℃的熱箱中,30分鐘之后,電池完好無損。三元高鎳體系的熱穩定性弱點,被一再拖出來吊打。

 
      在循環壽命上,楊紅新透露,該款無鈷電池可以達到2500-3000次,意味著車輛全生命周期的使用總里程可以達到120萬公里。
      在市場定位上,楊紅新認為,在乘用車市場,磷酸鐵鋰會吃掉500km-600km續航的細分市場,而無鈷電池在600km-800km續航的細分市場更具競爭力。
      相對于三元高鎳,無鈷電池盡管在續航里程上和倍率特性上略微吃虧,但在安全和公眾形象上有著不可替代的優勢。 
      安全毋庸諱言。在公眾形象上,尤其是歐洲的一些高端品牌制造商,因為“手抓礦”和童工的原因,對鈷產品多有排斥,以寶馬為例,他們會直接采購來源可靠的鈷礦給到動力電池制造商,以維持自身的品牌形象。 
      這意味著無鈷電池在對續航、安全、公眾形象要求更高的高端電動車品牌這個細分市場,比三元高鎳產品更有競爭力。 
      當然了,三元高鎳,在續航和加速性能上,依然有著自己的優勢。 
      無鈷的橫空出世,對于三元高鎳體系而言,是繼刀片電池之后的又一次重大打擊。 
      韓國工程院院士、韓國漢陽大學教授、國際無鈷專家宣國良認為,無鈷電池的發布,將對帶動電動汽車市場的爆發性增長起到巨大的作用。 
      德國汽車行業頂級專家、杜伊斯堡-埃森大學汽車研究中心主任及終身教授費迪南德-杜登霍夫認為,無鈷電池的研究與設計,將是電動汽車市場達到峰值的關鍵因素。 
      蜂巢能源的無鈷電池,將會是世界上第一款量產的無鈷動力電池,如果不出意外的話,在姍姍來遲的“動力電池日”上,特斯拉也將會發布無鈷電池產品。 

      這是一個正在卷起的浪潮。


      新勢力 :
      如果說王傳福是重振了鐵鋰技術體系的話,魏建軍的蜂巢發布的無鈷電池則是一個全新的品類。 
      相對而言,打造動力電池新品類這樣的活,更適合像蜂巢這樣的鋰電新勢力來完成。 
      比如,像寧德時代這樣的三元體系的巨鱷,由于在上游供應鏈和制造環節有太多的牽絆,推進這樣的產品戰略,會有更多的顧慮。 
      首先,這樣的成熟企業,如果要轉向無鈷體系,將會引發上游高鎳三元供應鏈巨大的恐慌和反彈,尤其是材料端的鈷礦供應商。
      寧德時代的早期投資人中,就有一個鈷礦巨頭。 
      其次,無鈷電池由于其材料特性,不僅涉及正極材料和上游鈷礦資源的體系更迭,在制造端還需要疊片工藝的配合。 
      包括CATL在內的三元高鎳體系,主要以卷繞工藝為主,短期內難以徹底地轉向疊片工藝。 
      作為一家全新的動力電池制造商,蜂巢能源沒有任何這樣的負擔。 
      為了提升效率,他們做得更加徹底,直接自建正極研發團隊以及正極生產和制造的產能。 
      這么做的好處是,將正極材料、電化學平臺和電芯研發全部整合在一個公司內部,大幅度提升了研發的效率。 
      同時,減少供應鏈層級之后,因不用考慮上游供應商的利益捆綁和鎖定問題,在產品戰略上擁有更大的靈活性和主動性。 
      蜂巢能源,作為一家動力電池新勢力,沒有任何制造設備和資產上的負擔,這也是其能夠力推無鈷電池新品類的核心原因。 
      鈷,是三元鋰電中的“骨骼”,此外還能提升倍率特性。在被去掉之后,如何解決電池的熱穩定性和降低內阻就成為了最大的挑戰。 
      解決上述問題,疊片工藝不可或缺。  

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      在解決無鈷電池熱穩定性的問題上,蜂巢能源的方案是,鎳含量從80%降低到75%,能夠解決一部分問題;此外,錳含量從10%提升到25%,也能夠提升熱穩定性。 
      但為了解決續航的問題,必須提高電壓平臺。 
      蜂巢的方案是在材料形貌上選擇從多晶轉向單晶材料。相對而言,單晶材料因為有更強的顆粒強度和更穩定的結構,在高電壓狀態下,比多晶材料能更好地解決產氣問題,從而可以提升電壓平臺,以彌補因鎳含量降低帶來的能量密度損失。 
      單晶材料,也是蜂巢無鈷電池高循環壽命的重要原因。 
      另外,鎳75正極在合成單晶材料時,在良率和效率上遠遠高于鎳80。
      使用疊片設計的電芯,可以有效提高方形電芯內部的體積空間利用率,層狀結構可以使極片的平整度更好、應力更均勻、膨脹變形更小。
      該設計可以使無鈷電芯在能量密度方面再提升5%、循環壽命上再提升10%。 
無鈷電池的另外一個挑戰其實是內阻,也就是導電性,因為鈷元素能夠提升導電性能。

      疊片工藝在內阻上天然比卷繞工藝低。

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      因為卷繞電芯的正負極只有單一一對極耳,而疊片工藝相當于多個小極片并聯,降低了內阻。
      對于CATL們而言,未來在向無鈷電池方向轉型時,除了要更迭供應鏈之外,要想在性能上保持競爭力,必須要將目前的卷繞工藝全面更新為疊片工藝。
      這除了要增加大量的設備改造投資之外,恐怕至少還需要6個月的改造和產能爬坡時間。 
      當然了,一種選擇是,可以在新增產能上先往疊片+無鈷方向轉型,但自己內部的無鈷和三元高鎳之間的互搏,也是一個不得不面對的、痛苦的問題。 
      然而,這樣的轉變在接下來恐怕不得不去做出。
      魏建軍的打法很明確,對于新進入者而言,如果在固有賽道中競爭,則全部都是劣勢,如果在新品類上換道競爭,則全部是優勢。
      在這樣的背景之下,蜂巢和他推出的無鈷電池,相當于引發了一場動力電池產業的換道之爭,且讓老牌競爭對手感到難受。 
      蜂巢能源,作為一家動力電池新勢力的優勢包括: 
      沒有既有的設備負擔,可以選用最先進的設備和工藝,為打造車規級的動力電池奠定基礎; 
      沒有固有的人員負擔,可以組建全新的團隊、打造全新的流程和企業文化,推進創新; 
      沒有既有供應鏈的綁定,但擁有更好的縱向一體化,在打造創新產品時自由度更大; 
      此外,車規級的動力電池制造,對精密度、一致性的要求相當于輕量級的芯片制造,在質量控制的要求上,6西格瑪是基礎要求。 
      鑒于此,對制造的自動化率和智能化制造要求極為嚴苛;在對制造環境的控制上,對粉塵、水分、溫度的控制,遠超手術室的無菌環境。 
      這使得新一代的動力電池制造,需要一個全新高精密智能制造體系,需要新的人才體系、組織文化、自動化設備和AI能力的應用。
      這都是新勢力的優勢。 
      蜂巢能源的操盤者楊紅新,原先是長城汽車研究院材料方面的專家和研發高管,是動力電池產業少見的80后掌門人。 
      相對于那些60后的競爭對手,楊紅新帶領的蜂巢能源在應用科技、創新和打造新文化上有著優勢。 
      這使得蜂巢能源,在開始的時候,就可以全面打出疊片工藝、車規級制程、智能化制造和無鈷電池這樣的“組合拳”。
      也給看起來有些暮氣沉沉的動力電池產業,帶來了新的氣象。 
      作為現代化的高精密和智能化制造產業,動力電池產業在本質上,應該是性感的和朝氣蓬勃的。
      全球汽車產業的智能電動化才剛剛開始,動力電池的競爭不僅僅是設備和技術的競爭,也是文化、管理和創新的競爭。 
      2020年4月29日,在整個動力電池產業鴻鴻遍野的時刻,管理資產規模超過1000億元的國投招商,宣布巨額投資蜂巢能源,成為這家動力電池新勢力的戰略投資人,幫助其沖擊這個充滿想象力的市場。 

      在全球汽車產業的智能電動化滾滾向前之際,動力電池產業的格局,正在發生巨大的變化。 


     大變局 :
      我們依然堅信三元高鎳體系,以及后續的全固態鋰電池是動力電池的發展方向。 
      此時此刻,卻是三元體系最危險的時刻。 
      刀片磷酸鐵鋰的復興,將會切走600km續航以內的大多數市場,這使得三元高鎳體系不得不退守600km續航以上的細分市場。
      從國產特斯拉Model 3動力電池的選擇上,就可以看出這樣的趨勢:即國產Model 3基礎續航升級版,將會使用磷酸鐵鋰動力電池;而長續航版,繼續使用LG化學的圓柱三元811動力電池。 
      但是,無鈷電池的橫空出世,將再次打掉三元體系600km-800km續航里程的細分市場,這就意味著,留給三元高鎳的空間已經非常小了。 
      從性能上講,磷酸鐵鋰、無鈷電池和三元高鎳,在安全性和續航里程兩個維度,磷酸鐵鋰安全性最高,續航里程最低;三元高鎳的安全性最低,續航續航里程最高;無鈷電池的所有性能,都介于兩者之間。 

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      其實還有兩個重要的指標,一個是循環壽命、一個是加速性能,也符合上述規律,磷酸鐵鋰的循環壽命最長,加速性能最弱;三元高鎳的加速性能最強,而循環壽命最弱;無鈷電池的上述性能介于兩者之間。 
      在這個階段,由于磷酸鐵鋰初步解決了人們對續航里程的底線要求,所以重新回到了競爭舞臺,并占據優勢。
      對于三元高鎳而言,需要解決一個問題,和科學家及社會學家一起回答一個問題,即人類動力電池的安全底線是什么?并證明三元高鎳的性能是能夠符合要求的,一旦這個問題被解決之后,三元高鎳在續航、加速性能方面的優勢,將會再度得以發揮。
      但至少是在當下,三元高鎳體系開始步入“至暗時刻”。
      可以預見的是,特斯拉的長續航版本,接下來也將會選擇無鈷路線。 
      作為電動車市場風向標的特斯拉,基礎續航版本選擇了磷酸鐵鋰,長續航版更迭為無鈷電池,則基本上可以代表了未來動力電池的市場格局。
      2020年Q1,盡管從動力電池出貨量來看,三元高鎳技術路線的LG化學、松下和CATL依然占據了全球動力電池出貨量的前三名。
      然而,這也許會是在全固態鋰電池實現之前,三元技術路線最高光的時刻了。
      從此之后,這條技術路線體系的上下游,將會開始一段長長的下行趨勢。
      好不容易爬上全球動力電池出貨量冠軍的LG化學,將會首當其沖。當鐵鋰版的國產特斯拉Model 3上市之后,LG化學在中國的出貨量將會遭受重創。
      2020年5月15日,工信部第333批新車申報目錄顯示,比亞迪刀片磷酸鐵鋰電池的數量開始增加,這將會成為一個不斷擴大的趨勢。
      在2021年,以蜂巢能源和特斯拉為代表的無鈷電池將會開始發力,LG化學、寧德時代們如果不能轉到無鈷體系上來,恐怕將會在競爭中處于被動局面,并且將會不斷地丟失陣地。
      這些鋰電巨頭們,已經形成了龐大的三元產能,轉型談何容易?
      截止2019年底,寧德時代擁有58GWh的動力電池產能,超過40GWh是三元。
      LG化學,在2020年將至少擁有51GWh的產能,全部是三元高鎳方向。
      松下在美國內華達州Gigafactory的35GWh產能,也是三元高鎳。
      這些產能,在現階段處于比較尷尬的境地。
      看起來,四元電池是他們現階段突圍的主要方向,即在三元鎳鈷錳正極中添加鋁,以改善動力電池的熱穩定性,但依然需要解決循環壽命的巨大挑戰。
      隨著自動駕駛時代的到來,無鈷和磷酸鐵鋰在高循環壽命上的優勢,也開始變得日漸突出。
      相對而言,三元高鎳的生命周期行駛里程大概為40萬公里,而上述兩種動力電池都可以做到160萬公里的生命周期行駛里程。
      另外一個比較尷尬的是,那些大型汽車巨頭們,如大眾、通用們的動力電池產能,到底采取哪一種技術路線?
      目前的消息是,他們依然在向四元電池的路線上一路狂奔。
      無鈷電池的發布,對鈷礦巨頭顯然是一個重創。
      2019年11月,壟斷全球1/3鈷礦貿易的礦業巨頭嘉能可宣布關閉了全球最大的鈷礦生產基地,剛果金的Mutanda銅鈷礦。
      2018年4月,全球電解鈷價格最高達到了69萬元/噸的高位,以中國每年消耗5萬噸鈷來計算,動力電池中一年鈷的成本將達到345億元。
      隨后一路下跌至30萬元每噸左右。 
      無鈷電池的出現,將會給嘉能可、洛陽鉬業、華友鈷業等鈷礦巨頭的盈利帶來巨大的沖擊。洛陽鉬業的大股東曾是寧德時代的早期投資人。
      由于全球鈷礦極度集中,且主要控制在上述幾家礦業巨頭手中,使得這些巨頭們在上游具有極強的話語權和議價能力。
      三十年河東,三十年河西,這真是一個瘋狂的時代。
      與此同時,正極材料產業也將經受巨大的考驗。
      當然,相對而言,正極的產線方面變化不大,主要還是材料體系的變化,需要在研發端做出抉擇:是否要向無鈷方向轉型。
      這樣的轉型,也許會導致競爭格局發生重構。
對于整個動力電池產業,在接下來的幾年之內,將會發生顛覆性的變化,無鈷和鐵鋰,將會持續吃掉三元高鎳的市場份額。

      然后,等著下一波全固態鋰電池的出現。


      尾 聲:
      對于整個動力電池產業而言,將進入到一個競爭極端激烈的時刻。
      對于整個電動車產業和消費者而言,這無疑是一個巨大的利好,這會使得電動車產品越來越安全,續航里程越來越高,價格越來越便宜。
      這也是為何,前述的一些動力電池和汽車產業專家說的,無鈷電池的出現,對電動車產業的爆發性增長,會起到重要的作用。

      蜂巢無鈷電池將會在2021年6月量產。



編輯:中國電源產業網

來源:余建約/原創作者

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