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新电池企业入市的时机到了吗?

2019-10-28 浏览次数:1,930 次 NE时代

市场变化更像是一把双刃剑,对其他企业可能是毒药,但对有实力的电池厂来说却是良机。

对新电池企业而言,现在是进入动力电池市场,单打独斗的合适时机吗?

蜂巢能源对该问题的回答:是的。

前身长城汽车动力电池事业部,从去年开始作为蜂巢能源发出声音。一方面,蜂巢能源替代长城汽车作为其魏派P8插混的PACK总成提供商;另一方面,今年它举办产品发布会和投资者大会,介绍旗下的四元电池、无钴电池以及下一个五年发展计划。

蜂巢能源为何在新能源汽车市场趋于冷静,规模增势减缓之际独立为电池供应商?它为什么将研究重点放在四元电池和无钴电池上?从去年8月立项到现在已经过去一年多的时间,四元电池项目进展如何?带着这些疑问,NE时代记者采访了蜂巢能源总经理杨红新。

新的进入时机?

从大环境上看,今年的新能源汽车市场一改往年的火热,沉寂下来。前9个月新能源乘用车同比下滑30%。这一跌幅引起一片对新能源汽车市场的看衰。与此同时,宁德时代、比亚迪、中航锂电等几乎将动力电池市场瓜分殆尽。无论是需求端,还是供给侧,仿佛都没有给予一家独立电池供应商存活、壮大的合适时机。

但在蜂巢看来,市场变化更像是一把双刃剑,对其他企业可能是毒药,但对有实力的电池厂来说却是良机。

杨红新用“水到渠成”来形容蜂巢选择的独立时机。他从新能源市场变化、技术路线、设备成本及技术、原材料质量等多方面来解释这四个字。

2017、2018年补贴大量存在,它造就的新能源汽车市场虽增速迅猛,却脆弱而敏感。但很快,到2020年补贴退出,这一市场转变由政策驱动型转成市场驱动型。尤其是,特斯拉国产,合资车企将投放国产电动汽车,他们将拉动整个电动汽车市场的快速增长。蜂巢预计,高速增长期会在2021年左右到来。

虽然补贴政策倍受质疑,但不可否认,政策刺激新能源汽车市场发展的同时也使技术路线更加明确,设备、基础设施、原材料供应链等体系更加成熟。

经过多年的运行,国内新能源汽车动力电池的技术路线之争得以稍稍平息。钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂渐渐消失于动力电池市场;磷酸铁锂地位由盛及衰,却渐有回暖的趋势;三元锂电池成为常青树,得到各家车企的认可。现在三元锂电池和磷酸铁锂电池成为主流,成为电池厂或者车企的待选对象。

而且,OEM将在2020年开始陆续推出真正的纯电动汽车平台,对电池的性能、形态、规格都有着相对明确的需求。此时,放在电池厂面前的是,大规模服务于整车的标准化电池需求。

“国内新能源汽车市场被拉动着成为全球首位市场时,也将原材料厂和设备技术锻炼了出来。”杨红新直接点出多年新能源汽车发展的好处。并且,锂电池的主要应用场景,在由消费类电子向电动汽车的过程中,行业也越来越清晰的认识到,从原材料,工艺设备,技术,到检测标准都面临变革。

“此时进入后,我们可以没有任何历史负担,采用最先进的设备,选用最适合车用锂电池要求的工艺。”锂电设备每年的成本能下降10%到20%,而且技术在进步。例如蜂巢使用的高速叠片机,最开始行业内单工位叠片速度是1.2 s/pcs,接着是0.8 s/pcs,而蜂巢采用的是0.6 s/pcs的叠片机。同时完成了0.45 s/pcs 的第二代线性叠片设备的原型机的开发,预计追平卷绕工艺的 0.25 s/pcs 的第三代叠片将于 2023 年完成开发。

原材料厂近年来在产品质量、价格竞争力方面与日韩的差距也在缩小。“锂电供应链的建设基本上已经达到一个很好的时机。”

三元电池具有较高的能量密度,但是其安全性问题,一直困扰着行业,为了解决能量密度与安全性协同发展的问题,蜂巢能源在新材料体系方面也做了许多探索,例如,“我们一直在开发的四元电池。”

为何是四元电池?

当前,三元锂电池成为长续航的中高端电动汽车的不二选择。而如何克服它在安全性上的不足,是接下来很长一段时间内电池厂思考的重点。电池厂普遍从正负极材料、隔膜和电解液入手,寻找更为安全的材料。

四元电池的正极材料,是在传统镍钴锰正极材料的基础上再掺入第四元素铝。这是蜂巢寻找到的比三元更稳定的正极材料。

为了满足消费者对500KM续航的需求,大量的研究集中在高容量的正极材料。高镍电池在这个过程中因高能量密度得到认可。

三元锂电池分为NCM镍钴锰电池和NCA镍钴铝电池。同样是三种元素,不同在于锰和铝。镍的作用是提高材料的体积能量密度,钴可以提高材料的循环和倍率性能。锰和铝的作用相同,在于提高电池结构的化学稳定性。其中含锰三元体系热稳定性更佳。目前除了特斯拉外,多数车企采用的均为NCM锂电池。

NCM从 442、523、622到现在的811系三元电池,研发中的90系电池,镍含量越来越多,高镍电池成为一种趋势。但锰元素含量减少,难以稳定更多的镍。高镍电池显现出热稳定性差和循环性能不佳的痛点。

“我们是为了解决三元锂电池的痛点才选择四元电池。”杨红新表示。

蜂巢在7月份的发布会中是如此介绍第四元素的,“通过掺入第四元素,蜂巢使得晶粒之间的边界强度增强,减少了有害相变转变的微隙,让材料结构和反应变得更加稳定。”

NE时代记者从一篇发表于ACS Energy Letters的《四元分层高镍NCMA阴极锂离子电池》论文中了解到,将外来金属离子掺杂到原始NCM电池正极材料中,可以提高结构稳定性。在各种掺杂金属中,铝由于其稳定作用而被广泛使用。

杨红新解释称,三元锂电池热失控的温度一般在210度,而四元电池可以做到近240度。这就意味着,四元电池可以延迟热失控的发生。同时它可以减少产气量,放缓对极片循环性的影响,避免正负极的接触,防止短路。

除了四元电池,蜂巢也在研究无钴电池。钴,作为三元锂电池中全球匮乏的材料,价格高昂。如果能将钴的含量减少,降至零,正极材料成本可以降低10% – 15%,电芯BOM成本降低 5%。

无论是四元电池,还是无钴电池,均是蜂巢平衡能量密度、安全性和成本的尝试。“我们认为未来的竞争就是集中在含不含钴,在热稳定性和寿命。NCMA在8系里的安全性和稳定性,也就是寿命、热稳定性都是非常好的材料。”

进展如何?

从2018年9月立项到如今,已经过去了一年的时间。蜂巢的材料开发和电芯产业化进展到哪种程度了呢?相信,外界对蜂巢的新项目的进展非常感兴趣。或者对于新材料的开发和产业化进展,一直是动力电池企业和车企的关注重点。

7月份时,蜂巢宣布,于2018年9月立项的四元材料电芯,预计将在今年年底前完成材料开发,并在2020年第四季度实现四元电芯的SOP。

杨红新对该问题的回答很坦诚,“材料已经到中试阶段,做到300KG级。电芯层面,我们正在做150Ah大电芯,现在处于A样阶段。”

“开发方面应该没有问题,问题主要在产线。我们需要同步推动四元材料体系的建设。四元前驱体可以使用三元的产线,但它仍稍有不同。我们需要推动整个供应链的建设,方可批量生产。而且电芯的开发时间一般是12个月,正好是现在到明年第四季度。这个周期是足够的。”

当然,杨红新承认,四元电池是一种全新的材料。它需要大量的测试验证成熟之后才可推入市场。现在它正处于研制和试生产的过程,以后验证过程中会出现哪些问题,他无法预知。但“从现在测试的情况来看,结果还不错。”

四元电池的性能还有待时间和市场的检验。正如论文所指出的,铝掺杂明显改善了高镍NCM正极的循环稳定性,但同时存在引入过多时的容量损失。

即使量产后,摆在四元电池面前还有成本一关。失去补贴后的电动汽车需要凭能力来降成本,车企不仅会在意动力电池的性能,而且会更加关注成本。

“四元电池的生产成本可能稍微高一些,但原材料成本会低一些,综合下来它与三元锂电池的成本是打平的。长期来看,当它的量放大后,成本将会低于三元5%。”

总之,无论是叠片工艺还是其他的更先进的工艺,无论是四元材料还是其他的正在探索中的新材料,都有可能成为动力电池向前发展的关键推动因素。下一个又会是什么呢?

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