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特斯拉要用无钴电池,究竟意味着什么?

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特斯拉要用无钴电池,究竟意味着什么?

特斯拉在无钴电池领域带给我们的启迪是,特斯拉能够摆脱Tier1的依赖、培养出自身独立的供应链体系并拥有高度的议价权。

文|申文冠

无钴电池这个词最近一次高强度出现在人们视野里的时候还是二月中旬特斯拉的官宣,当时创业板正处在年后一轮炽烈的冲锋中,“无钴”,并非电池所含材料完全无钴,而是一种将稀有金属钴在动力电池所含比例尽可能降低的电池方案。

无钴电池的概念一出,哪怕特斯拉电池实际上对钴产业的短期影响甚微,市场仍然给出了钴概念品种暴跌、其他概念电池设计品种(超级电容、磷酸铁锂等等)的异动反应。正好上周末我们又赶上了比亚迪刀片电池的发布会,本文就来捋一捋,对于国内外新能源汽车龙头特斯拉和比亚迪,无钴电池意味着什么。  

为什么需要无钴电池的方案?

传统三元电池体积优势明显。在主流三元电池和磷酸铁锂电池的比较中我们可以明显看到,三元电池的主要优势在于能量密度,因为阻碍新能源汽车发展的主要因素之一就是续航问题。三元能量密度约250Wh/kg左右,而磷酸电池单电芯能量密度最高仅有190Wh/kg。能量密度指标可以通过电池包装技术(简称PACK技术)来弥补,但将体积因素考虑进去差距就非常明显,采用体积密度测算,特斯拉Model 3采用的21700三元锂电池单体单芯振实密度能达到773Wh/L,一般的三元锂电池单体单芯能做到500Wh/L左右,而磷酸铁锂电池单体单芯平均在210Wh/L左右,反映到实践中就是采用磷酸铁锂电池的商用车车内空间非常局促,这也是之前磷酸铁锂电池大部分应用于公交等大型乘用车上的原因。三元电池其他优势还表现在一致性、低温表现等方面。在这种情况下,头部企业为什么还要考虑无钴电池的发展呢?

首先,是成本问题。钴作为稀有金属,其价格波动非常大,尽管目前处在历史低位,但仍不排除在消费电子和新能源汽车市场扩张过程中价格上涨的可能性。同样效用的磷酸铁锂电池电池在原材料成本上比三元电池降低15%-20%。成本问题还体现在使用寿命上——三元锂电池充放电寿命在1500-2000次之间,而磷酸铁锂电池能达到4000次左右的循环寿命。对于其他方案而言,干电极锂电池技术的应用能对比现有的湿电极技术相比成本降低20%以上。   

其次是安全问题。三元锂电池存在无法解决的热失控问题,三元锂电池中一般为200~300度,而磷酸铁锂电池为350~500度;在安全方面,超级电容方案以安全著称。对于行业龙头企业而言,产品的环境友好性也在其企业社会责任(简称CSR)考虑范围内。钴作为稀有金属,含钴电池不经回收对环境的危害性大,毒性强,因此无钴和无溶剂、固态等都是下一代电池材料的发展方向,无钴电池在环境友好方面具有优势。在能量密度方面,目前三元电池具有比较大的优势,但无钴电池中未来也有存在超越的可能,那就是固态电池,而特斯拉目前研发将干电极应用于锂电池电芯,其目的之一就是为10年后过渡到固态电池提供技术储备。 

比亚迪的突破口在哪里?   

比亚迪对于磷酸铁锂电池在汽车上的运用始于2006年。由于磷酸铁锂电池的能量密度问题,比亚迪系列新能源汽车和同类产品相比,存在充电时间较长,加速较慢等劣势,同时需要用空间来换取同等续航,因此车体内部空间明显狭隘。在这种情况下,比亚迪选择了从电池的结构和包装入手,成果就是3月29日正式发布的“刀片电池”。

刀片电池是一种采用CTP技术,使电芯直接集成为电池包(Cell to PACK)从而省去中间模组环节的电池组装方案。和正常传统电池由电芯(Cell)组装成为模组(Module),再把模组安装到电池包(Pack)里的“电芯(Cell)——模组(Module)——电池包(Pack)”三级装配模式相比,刀片电池的空间利用率从传统40%增加到60%,由此来减少磷酸铁锂电池能量密度方面的天生劣势。

同时,发布会将刀片电池的关键优势放在了“安全”二字上。除了刀片电池本身所带有的磷酸铁锂材料四种先天优势:1、放热启动温度高 2、放热慢 3、产热少 4、不释氧以外,比亚迪展示了对三元电池、传统磷酸铁锂电池和刀片电池的针刺测试、挤压测试、炉温测试和过充测试。刺测试主要测试三类电池的短路影响,和三元电池爆炸、传统磷酸铁锂电池冒烟等结果相比,刀片电池不冒烟、不着火,针刺之后表面温度低于60摄氏度,由此基本解决汽车的热失控“自燃”问题。极端挤压测试里,电池仅冒烟,不起火。炉温测试中加温到300摄氏度,电池不着火;过充测试中,过充260%电池不着火。

总体而言,比亚迪从电池架构包装入手来给磷酸铁锂电池扬长避短,同时应用在预计今年6月份发布的新系列比亚迪汉EV上,其续航里程能达到605公里,百公里加速减少到3.9秒。

比亚迪的刀片电池技术让我们惊喜,但是特斯拉的无钴电池方案还没有彻底公布,特斯拉手里是否存在远超电池方案的新王牌,尚未可知。同时,我们更应该看到特斯拉系列产品对于市场需求端的刺激和全球电动化领域的引领作用。

特斯拉在无钴电池领域带给我们的启迪是,特斯拉能够摆脱Tier1(一级供应商)的依赖、培养出自身独立的供应链体系并拥有高度的议价权,核心逻辑在于其在汽车电子架构方面的革新和域控制器的整合达到汽车软件和硬件的分离和供应体系的扁平化,不是传统技术方案的拼凑,而是倒逼所有供应商服务于自己的技术革新。

苹果入华,催生了华为、OV等一系列国产手机的茁壮成长,正如对标苹果产业链对国内智能手机产业的影响,特斯拉对中国新能源产业链的影响决不能短视地停留在其产品对上游供应商的效应,真正在国产新能源汽车发展浪潮中脱颖而出绝不是单一依靠国外龙头企业订单恃宠而骄的企业,而是在特斯拉倒逼供应链过程中实现业务补完整合实现多元化,

目前特斯拉系列已经对传统汽车行业的攻势凌厉,市场占有率节节攀升,政策上欧盟2021年执行全球最严碳排放法规也倒逼主流汽车制造商提出新能源汽车战略规划,我国新能源汽车领域的利好也层出不穷,虽然短时间油价暴跌,新能源汽车发展的光明前景仍然可期。在无钴电池这个新的赛道上,宁德时代和比亚迪这样的本土龙头企业能否构筑起国产替代护城河,追赶特斯拉的技术革新,让我们拭目以待。

本文为转载内容,授权事宜请联系原著作权人。

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特斯拉要用无钴电池,究竟意味着什么?

特斯拉在无钴电池领域带给我们的启迪是,特斯拉能够摆脱Tier1的依赖、培养出自身独立的供应链体系并拥有高度的议价权。

文|申文冠

无钴电池这个词最近一次高强度出现在人们视野里的时候还是二月中旬特斯拉的官宣,当时创业板正处在年后一轮炽烈的冲锋中,“无钴”,并非电池所含材料完全无钴,而是一种将稀有金属钴在动力电池所含比例尽可能降低的电池方案。

无钴电池的概念一出,哪怕特斯拉电池实际上对钴产业的短期影响甚微,市场仍然给出了钴概念品种暴跌、其他概念电池设计品种(超级电容、磷酸铁锂等等)的异动反应。正好上周末我们又赶上了比亚迪刀片电池的发布会,本文就来捋一捋,对于国内外新能源汽车龙头特斯拉和比亚迪,无钴电池意味着什么。  

为什么需要无钴电池的方案?

传统三元电池体积优势明显。在主流三元电池和磷酸铁锂电池的比较中我们可以明显看到,三元电池的主要优势在于能量密度,因为阻碍新能源汽车发展的主要因素之一就是续航问题。三元能量密度约250Wh/kg左右,而磷酸电池单电芯能量密度最高仅有190Wh/kg。能量密度指标可以通过电池包装技术(简称PACK技术)来弥补,但将体积因素考虑进去差距就非常明显,采用体积密度测算,特斯拉Model 3采用的21700三元锂电池单体单芯振实密度能达到773Wh/L,一般的三元锂电池单体单芯能做到500Wh/L左右,而磷酸铁锂电池单体单芯平均在210Wh/L左右,反映到实践中就是采用磷酸铁锂电池的商用车车内空间非常局促,这也是之前磷酸铁锂电池大部分应用于公交等大型乘用车上的原因。三元电池其他优势还表现在一致性、低温表现等方面。在这种情况下,头部企业为什么还要考虑无钴电池的发展呢?

首先,是成本问题。钴作为稀有金属,其价格波动非常大,尽管目前处在历史低位,但仍不排除在消费电子和新能源汽车市场扩张过程中价格上涨的可能性。同样效用的磷酸铁锂电池电池在原材料成本上比三元电池降低15%-20%。成本问题还体现在使用寿命上——三元锂电池充放电寿命在1500-2000次之间,而磷酸铁锂电池能达到4000次左右的循环寿命。对于其他方案而言,干电极锂电池技术的应用能对比现有的湿电极技术相比成本降低20%以上。   

其次是安全问题。三元锂电池存在无法解决的热失控问题,三元锂电池中一般为200~300度,而磷酸铁锂电池为350~500度;在安全方面,超级电容方案以安全著称。对于行业龙头企业而言,产品的环境友好性也在其企业社会责任(简称CSR)考虑范围内。钴作为稀有金属,含钴电池不经回收对环境的危害性大,毒性强,因此无钴和无溶剂、固态等都是下一代电池材料的发展方向,无钴电池在环境友好方面具有优势。在能量密度方面,目前三元电池具有比较大的优势,但无钴电池中未来也有存在超越的可能,那就是固态电池,而特斯拉目前研发将干电极应用于锂电池电芯,其目的之一就是为10年后过渡到固态电池提供技术储备。 

比亚迪的突破口在哪里?   

比亚迪对于磷酸铁锂电池在汽车上的运用始于2006年。由于磷酸铁锂电池的能量密度问题,比亚迪系列新能源汽车和同类产品相比,存在充电时间较长,加速较慢等劣势,同时需要用空间来换取同等续航,因此车体内部空间明显狭隘。在这种情况下,比亚迪选择了从电池的结构和包装入手,成果就是3月29日正式发布的“刀片电池”。

刀片电池是一种采用CTP技术,使电芯直接集成为电池包(Cell to PACK)从而省去中间模组环节的电池组装方案。和正常传统电池由电芯(Cell)组装成为模组(Module),再把模组安装到电池包(Pack)里的“电芯(Cell)——模组(Module)——电池包(Pack)”三级装配模式相比,刀片电池的空间利用率从传统40%增加到60%,由此来减少磷酸铁锂电池能量密度方面的天生劣势。

同时,发布会将刀片电池的关键优势放在了“安全”二字上。除了刀片电池本身所带有的磷酸铁锂材料四种先天优势:1、放热启动温度高 2、放热慢 3、产热少 4、不释氧以外,比亚迪展示了对三元电池、传统磷酸铁锂电池和刀片电池的针刺测试、挤压测试、炉温测试和过充测试。刺测试主要测试三类电池的短路影响,和三元电池爆炸、传统磷酸铁锂电池冒烟等结果相比,刀片电池不冒烟、不着火,针刺之后表面温度低于60摄氏度,由此基本解决汽车的热失控“自燃”问题。极端挤压测试里,电池仅冒烟,不起火。炉温测试中加温到300摄氏度,电池不着火;过充测试中,过充260%电池不着火。

总体而言,比亚迪从电池架构包装入手来给磷酸铁锂电池扬长避短,同时应用在预计今年6月份发布的新系列比亚迪汉EV上,其续航里程能达到605公里,百公里加速减少到3.9秒。

比亚迪的刀片电池技术让我们惊喜,但是特斯拉的无钴电池方案还没有彻底公布,特斯拉手里是否存在远超电池方案的新王牌,尚未可知。同时,我们更应该看到特斯拉系列产品对于市场需求端的刺激和全球电动化领域的引领作用。

特斯拉在无钴电池领域带给我们的启迪是,特斯拉能够摆脱Tier1(一级供应商)的依赖、培养出自身独立的供应链体系并拥有高度的议价权,核心逻辑在于其在汽车电子架构方面的革新和域控制器的整合达到汽车软件和硬件的分离和供应体系的扁平化,不是传统技术方案的拼凑,而是倒逼所有供应商服务于自己的技术革新。

苹果入华,催生了华为、OV等一系列国产手机的茁壮成长,正如对标苹果产业链对国内智能手机产业的影响,特斯拉对中国新能源产业链的影响决不能短视地停留在其产品对上游供应商的效应,真正在国产新能源汽车发展浪潮中脱颖而出绝不是单一依靠国外龙头企业订单恃宠而骄的企业,而是在特斯拉倒逼供应链过程中实现业务补完整合实现多元化,

目前特斯拉系列已经对传统汽车行业的攻势凌厉,市场占有率节节攀升,政策上欧盟2021年执行全球最严碳排放法规也倒逼主流汽车制造商提出新能源汽车战略规划,我国新能源汽车领域的利好也层出不穷,虽然短时间油价暴跌,新能源汽车发展的光明前景仍然可期。在无钴电池这个新的赛道上,宁德时代和比亚迪这样的本土龙头企业能否构筑起国产替代护城河,追赶特斯拉的技术革新,让我们拭目以待。

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