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电池知识

中国锂电为何能做到世界第一?进步神速的原因是什么?

来源:宝鄂实业    2019-04-17 14:01    点击量:

       动力类锂离子电池需要更多考虑可靠性和一致性,毕竟要长时间(至少5~10年)、恶劣环境(冬天低温、夏天暴晒、雨雪)、大量电池串并联配组使用。考虑可靠性和一致性,假设一辆汽车使用1000只动力电池,理想上,汽车厂家希望一个车型10万辆车的规模下不要出问题,也就是理想上要求动力电池出问题(安全、存储、循环等)的几率要在一亿分之一以下(当然对于最高端消费类电池而言,苹果也对供应商要求到了这个级别)。考虑到可靠性,动力类电池一般设计冗余更多,使用更厚的隔膜、箔材和外壳,因此能量密度也就大概是消费类电池的一半吧。

 

  消费类锂离子电池无需长时间可靠性(循环也无需做得太好,因为反正一两年就会换),一般不需要配组单独使用,所以对一致性没有太大要求,但是由于消费类的手机、pad空间有限并且非常珍贵,因此消费类锂离子电池对于尺寸要求严格、容量、能量密度等要求很高。

 

  对于安全而言,动力电池有更多的外部保护电路、散热布局等,当然也面临更恶劣的条件(更高的外部电压、更大的电流、更复杂的外部环境),消费类电池的保护更少,要在更高能量密度的基础上靠电池的材料和设计抗住各种危及安全的情况。

 

  我个人认为,高端的消费类电池使用了最先进的技术和材料,而动力电池更多是需要先进的工艺控制、一致性控制和质量管理。

 

  1.容量不一样,动力的一般大手机及其他电子产品的容量小,

 

  2.循环寿命动力的也会高点

 

  3.在温度控制点来说动力会有电池组的的一个保护温度。

 

  动力锂电池和容量型锂电池有什么区别?

 

  锂电池的种类是很多的,像动力型锂电池和容量型锂电池都是,那么到底这两种锂电池之间有什么区别呢?可能很多人都不是很清楚

 

  动力锂电池和容量锂电池有什么区别

 

  1、电压大小不同

 

  在电池行业上,电压增大了,其对应的输出电压也会增大,从而使得动力型锂电池组能够满足一些大功率的设备上;而并联方式直接影响的结果就是使得整个电池组的电流增大,而容量是受输出端的电流影响的,所以并联的直接作用就是使得锂电池组的容量增大,以这种方式连接的电池组的容量往往会比较大,也就是所谓的容量型锂电池组。

 

  2、应用的产品不同

 

  一些大型设备上需要的电压值较高,因为小功率的电池组带不起运转,所以就要选用动力型锂电池组。例如我们平时所用的电动自行车,它所要求的电压值往往都是48V,相对我们生活中的一些情况,48V已经算是不小了。所以就必须使用动力型锂电池组来确保电动自行车的运转。而我们平时去一些大型超市或者商场,一些标志灯以及备用电源,因为这些设备的功耗并不是很大,所以一般都采用容量型锂电池组,这两者之间在产品的应用上是不同的。

 

  3、内阻不同

 

  动力型锂电池的内阻要比容量型锂电池的小,以18650为例,3倍率放电的好的厂家一般都带PDC,内阻40左右;5倍率放电的一般都不带PDC内阻20左右。

中国锂电为何能做到世界第一?

 

  从最初的强敌环伺到突出重围,中国动力电池产业短短几年时间实现了播种、萌芽、成长、崛起的跳跃式发展。

 

  进步神速的原因,很多人可能会将其简单归功于政策的扶持。Really?

 

  1、政策扶持并非崛起的决定性要素

 

  诚然,自2009年中央财政补贴开始至今,每年多达数百亿元、累计几千亿的专项扶持资金,对国内新能源汽车产业发展起到了举重轻重的“哺育”作用。而《汽车动力蓄电池行业规范条件》及四批企业目录又从某种形式上实现了“精准哺育”,有力的扶持了自主品牌整车及零部件企业从无到有、从弱到强。

 

  

 

  但笔者并不完全认同“自主动力电池崛起全靠政策”这一观点,稍微熟悉中国汽车产业发展历程的人士就应该知道,由于历史原因,我国传统汽车起步晚、基础薄,在数十年的发展过程中,政策也同样给予了多种形式的帮扶。

 

  比如,1994年《汽车产业发展政策》就设立了“外资股比不得超过50%”的保护性条款,历年国家对自主传统汽车技术开发更是给予了多年、巨额的奖补资金,按照相同逻辑,我国是否早就应该出现能与德国博世、日本电装掰手腕的传统汽车巨头呢?

 

  答案是否定的!时至今日,仍有不少自主品牌仍然被迫采用老旧的三菱发动机,即便是独立开发动力总成的车企,核心部件诸如增压器、电喷系统等仍然被外资牢牢的掐着脖子。

 

  更令人尴尬的是,这么多年来,从未有过一款自主发动机进入过全球沃德十佳发动机名单,这对于我国汽车产销量已经连续九年蝉联全球第一的光辉头衔而言,甚是羞于启齿。

 

 

 

  2、宝剑锋从磨砺出,打铁还需自身硬

 

  如上所言,政策只是给自主动力电池发展营造了优良的外部环境,但再肥沃的土壤,遇上坏芽的种子也难以培育出参天大树;再高大的熔炉,碰上了偷懒的打铁师傅,也没法锻造出锋利的宝剑。用“自身过硬”这句话来解释崛起的核心原因,才恰如其分。

 

  时间回到2006年,彼时我国自主动力电池刚刚起步,新能源汽车在大多数人眼里还是“噱头”,很少有人意识到其将成为国家指定的“七大战略性新兴产业之一”,大多数人对于动力电池未来的市场规模、机遇、挑战乃至重要性等更是毫无概念。

 

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  经过一段时间摸索后,随着新能源汽车的悄然起步,国内产业界才逐渐认识到动力电池的重要性,但此时的日韩电池企业借助于消费型电池的先发优势,已经形成了对自主品牌的技术、规模、成本、渠道等全方面的压制。

 

  毫无疑问,在当时的情形下,采购外资产品“省时省力产品还有保证”,对绝大多数自主整车企业而言,从企业经营角度出发是“最佳选择”;选择刚刚起步的自主动力电池或者自建电池厂,沿用当时的部分声音是“不成熟、不可靠、难以保证、出问题谁负责、投入太大、没经验”等一大堆的诘问。

 

  庆幸的是,绝大数自主企业并没有采用在当时开来是“最佳选择”的路,否则列入“七大战略性新兴产业”的中国新能源(6.37+1.92%,诊股)汽车,将再次重蹈传统汽车的覆辙,不夸张的说,再次经历三十年的“空心化”发展、再次被人“掐脖子”将是极大概率事件。

 

  于是,在一穷二白的基础上,比亚迪、力神、国轩高科等企业开始奋发图强,咬紧牙关研发动力电池技术,突破一个又一个制约条件限制,经历不计其数的测试、验证、优化、定型、改进,一点一点缩小与国外动力电池巨头的水平差距。这其中的艰辛,少为世人所知。

 

  功夫不负有心人,自主品牌的动力电池产品开始陆续配套国内整车企业,包括乘用车、客车、专用车等市场,从技术路线上讲,镍氢电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池已经在十二五结束时基本接近甚至同步国际先进水平,三元锂电池也开始加快研发和产业化进程。

 

  动力电池是原材料和整车之间的纽带,在比亚迪、力神、国轩高科等一批电池系统/单体制造商的带动下,我国自主品牌在原材料领域也实现了从无到有、从弱到强的茁壮成长,并参与到与日韩强者之间的近身搏斗。

 

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  比如作为动力电池四大组件之一的电解液,其主要原材料——六氟磷酸锂在2010年前需要大量进口,而六氟磷酸锂当时占据了成本低额50%左右,每吨售价约40万元,毛利率高达75%,市场基本被森田化学、关东电化以及中央硝子所这3所日本企业所垄断。但经过自主攻关,多个自主企业打破了日本的技术垄断,其中多氟多(16.90+1.87%,诊股)甚至做到了全球产量和质量第一。失去优势的日本企业,其产品市场价格也迅速降至20万元/吨以下。

 

  此外,杉杉、贝特瑞分别夺取了全球最大的锂电池正极、负极材料生产商头衔,国泰华荣、星源材质(32.02+3.29%,诊股)等也在电解液、隔膜领域大展拳脚。

 

  整车、电池系统、单体、原材料的齐头并进和初奏凯歌,让人容易陷入对已有成绩的迷恋。然而我们仍然需要看到,问题仍然存在,隐患依旧潜藏,前路依旧迷茫。

 

  比如,截至2015年底国内出货量前十五的客车企业有6家与三星SDI和LG达成了初步供货协议,仍然占据中国客车市场的1/3;在国内企业只能将18650电芯容量做到2200mAh时,松下已经提升到3100mAh;在2008年我国仅有10家动力锂电池企业的情况下,行业却如雨后春笋版冒出了200余家水平参差不齐的动力电池企业,而平均出货量却不到0.7GWh,小而散的局面令人忧心。

 

  市场呼唤真正敢与外资巨头掰手腕的强者!真正能在规模体量、技术水平等方面全方位与外资巨头一决高下的先锋。

 

  3、站在时代风口的宁德时代

 

  不同于比亚迪拥有自身产业链优势、也不同于一众国资背景的大牌企业,宁德时代是真正靠自身硬实力打铁、白手起家,目前已做到全国第一的位置,以它为分析样本更具代表性。

 

  短短六年,出货量反超比亚迪追赶日韩巨头。这个在2011年才在福建宁德成立的后起之秀,仅仅用了六年时间,就不仅在体量上完成了对比亚迪的反超,而且追赶上了日韩电池巨头。统计数据显示,2017年全球动力电池出货量排名中,宁德时代排名第一,代表中国首次夺得全球第一的桂冠。

 

  除了规模体量,宁德时代在产品技术方面也逐渐接近、同步外资巨头,而这才是真正崛起的标志。以动力电池最关键的指标——能量密度为例,其配套的磷酸铁锂电池系统能量密度已经达到了137.27Wh/kg,基本处于行业顶尖水平;而配套的三元锂电池系统能量密度也达到了151.4Wh/kg,与三星SDI、LG等量产产品相比毫不逊色。在2017年1-12批推荐目录中,宁德时代配套的电池系统能量密度超过140Wh/kg的车型数量高达52款,遥遥领先于其它品牌。

 

  不仅在量产指标上一较高下,下一代高性能电池角力过程也不落下风。目前三星SDI、松下等动力电池能量密度(实验室产品状态)在250Wh/kg左右,而凭借轻量化、电芯原材料机理改善、BMS优化等多种技术手段的协同,宁德时代也取得了同样的研发成绩。而为了赢得2025年的市场竞争,宁德时代已经开展了下一代高性能电池技术开发,研发以高镍三元材料为正极、硅碳复合物为负极的锂离子动力电池,可将比能量大幅提高至300Wh/kg以上,成本也将显著降低。

 

 

 

  (资料来自于CATL的论坛演讲材料)

 

  在日韩巨头引以为傲的制造和品控方面,宁德时代正快速悄然接近。参观过宁德时代生产车间的都会被其高度自动化、智能化、数字化生产场景所震撼:中控系统有条不紊的向所有子设备自动输出工作指令,机器人(20.11+3.61%,诊股)上下翻飞的拆盘码盘、AGV自动导引运输车快速穿梭搬运各种物料。标准、规范、有序的生产流程,使得宁德时代的品控大幅提升。

 

  凭借技术领先、品质上乘的产品,宁德时代不断赢得国际、国内客户信任。截止目前,宁德时代已经为国内绝大多数车企提供动力电池产品,对象覆盖乘用车、客车、专用车等多个领域,自主新能源车企中,绝大多数都已与宁德时代建立了配套关系。除此之外,宁德时代在2014年成功配套宝马,更属自主首次,足以载入史册。

 

  经过笔者梳理认为,宁德时代的成功主要源自以下几方面的因素:毫无疑问,在动力电池领域,真正能堪“大国重器”责任的硬汉,已非宁德时代莫属。但短短六年时间,这个硬汉又是如何接过并扛起这面自主大旗的呢?

 

  一是不畏艰险的必胜决心。大多数人都会认为,宁德时代拿下宝马的订单风光无限,但其背后的艰辛却少有人知。比如,宝马在合作之初就扔给宁德时代一本厚达700多页的电池系统规格书,详尽的提出了各项指标约束条件。

 

  别说理解,光阅读这本大块头就需要花费极大的精力,但宁德时代人没有被困难击退,从头到尾一个一个细节对照开发,最终完成了宝马提出的所有供应条件,从而一战成名,这背后浮现的是所有员工强大的攻坚能力和战无不胜的决心。

 

  二是崇尚研发的经营信念。光有信念是不行的,残酷的市场竞争要求产品竞争力才是第一位,而产品竞争力又源自研发,这就必须提及宁德时代惊人的研发重视程度。仅2017年上半年,宁德时代就投入6.7亿元用于研发,全年预计投入14亿元,虽然在绝对值上与三星的28亿元、松下的20亿元还有差距,但已经超过韩国SKI的10亿元,而且研发投入占比接近11%,远超同行3-6%的普遍水准。

 

  在研发经费支持下,宁德时代已经建立了一支3628名的庞大研发队伍,其中博士131名,申请专利超过2000项。同时,宁德时代还与国内中科院、清华、中汽研,以及德国的MEET国家实验室、RxFFConsulting、LLC等建立了紧密的合作创新关系,持续开发新技术、新产品。

 

  三是精准布局取得的成本优势。决胜动力电池两大要素,一为性能、二是成本。宁德时代为不断取得成本与性能的最佳平衡点,很早就开始进行精准的产业链布局,比如上游联手嘉能可占据钴资源、通过璞泰来(39.68停牌,诊股)代加工降低隔膜成本,下游绑定邦普(回收、三元前驱体),从而实现成本控制。同时,宁德时代还与上汽、长安、东风等建立了资本合作关系,绑定客户从而降低自投入成本。

 

  四是从市场需求精准出发的产品开发导向。还是举例宁德时代,瞄准出租车、网约车市场对快充电池的需求,开发设计了10-15分钟的快充电池;针对储能、梯次利用等特殊领域对耐用性的需求,开发了超长寿命、超长循环次数的电池;针对高原地带低气压会导致电气件绝缘性能降低的极端案例,开发了专门的气压平衡阀保障线路绝缘特性。诸多案例也助力宁德时代进一步赢得了客户的称赞。

 

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  五是坚定安全这条底线不动摇。性能再好的产品,安全不过关一切成绩都是0,对此CATL创始人曾毓群有着几近偏执的要求,他希望把宁德时代的产品做到世界第一安全的水准。因此,宁德时代对于过充、外部短路、绝缘租抗、直接检出、间接接触,还有阻燃材料、电芯安全、危险物等的考虑极为周全,换来的结果是:自2008年以来,搭载了宁德时代动力电池产品的车型,从未出现一起起火等安全事故。

 

  

 

  六是矢志成为全球NO.1的伟大决心。不可否认的是,宁德时代当前还只是一个不断奋进的后起之秀,还谈不上全球动力电池的霸主,但这丝毫不能掩饰其在发展过程中持续呈现的雄心壮志。比如,他们已经出资收购了芬兰ValmetAutomotiveOy公司22%的股份、还在巴黎、德国等各地设有办事处,与宝马汽车赛队进行全球赛事合作,在底特律地区的职位招聘,并与几家美国汽车制造商会面,讨论合作关系。

 

  援引伦敦电池行业顾问公司BenchmarkMineralIntelligence的总经理SimonMoores的评论:“他们的意图非常明确,不仅仅是中国最大的电池生产商,还将是世界上最大的电池生产商。”

 

  志存海内者,方堪国之重器是也!

 

  三、面向2025,中国锂电前景展望

 

  1、竞争加剧,战火升级

 

  据韩国SNEresearch预测,2025年全球动力电池市场需求将达到1243GWh,产值将达到979亿美元,这势必吸引更多资本、技术、玩家的加入将加剧全球动力电池市场竞争。

 

  

 

  就目前的形势看,战火已从配套客户的争夺烧到了上游原材料领域,世界各地的锂矿、镍矿、钴矿资源炙手可热,很多汽车品牌也加入了争夺大战,抢先布局的动力电池企业将享有主动权。

 

  客观看,中国动力电池市场份额世界第一并不能掩盖整体创新能力仍落后日韩这一事实,特别是在先进技术研发、产品一致性、制造工艺、设备等领域还需要追赶,政策稍有松动,三星、LG、松下随时都能强势重来;同时在这一轮竞争被拉开的欧美企业普遍押宝全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池等新技术,值得警惕,展望2025,我们或能看到“中日韩欧美”五强争霸的格局。

 

  2、由数量第一迈向质量第一

 

  动力电池最核心的决胜点还在于能量密度,这是中国动力电池未来几年发展的主旋律。

 

  政府当前的思路是在技术研发层面拔尖公关,2020年前通过高镍正级,硅碳负极实现300瓦时/公斤目标(系统200-210瓦时/公斤),据百人会上欧阳明高院士透露,宁德时代新能源、天津力神、合肥国轩已取得实质性突破,特别宁德时代的产品不但循环次数能达1000次左右,而且率先通过了国家安全性标准,这与目前代表松下最高水平的21700电芯处于同一水平。

 

  面向2025年,中国在基于高容量富锂锰基正极,单体电池能量密度达400瓦时/公斤的也取得突破;并且宁德时代、中航锂电、宁波材料所等单位还在积极布局全固态锂电池,2019年后或将投入量产,未来可期。

 

  在产业层面,工信部出台了《汽车动力电池行业规范条件》,通过“8GWh”年产能约束,加速行业兼并重组,集中资源培育出几个具备核心竞争力的企业与松下、三星、LG刚正面,未来几年,行业将朝规范有序的方向发展,同时规模化提升也有助于摊销成本。

 

  3、防御式竞争转向侵略性竞争

 

  当前中国动力电池主要的配套对象是自主品牌,外资汽车品牌普遍计划在2020年左右大力发展新能源汽车,中国动力电池的下一个目标是打入全球汽车品牌的供应链,由防御式竞争转向侵略性竞争,在国际舞台上与日韩动力电池一扳手腕,我们可喜地看到,宁德时代已经把这个目标变成了现实。

 

 

 

  纵观中国动力电池产业全局,上游有丰富的锂矿资源,正极、负极、电解液等关键原材料,制造装备也能完全国产化;再看下游,中国拥有世界最大的新能源汽车市场,当前自主品牌几乎垄断了市场份额;政府层面又营造了良好的政策及补贴环境,未来三年将是中国动力电池企业的黄金蓄力期。

 

  虽然中国动力电池产业内部还存在集中度低、产能过剩、供需关系不平衡等问题,并且补贴逐年退坡、上游原材料价格上涨还将不断削弱国产动力锂电池赖以致胜的性价比,但从发展的眼光看,我们有理由相信,在现有的产业基础上,未来几年将有更多的“宁德时代们”具备国际竞争力。

 

  汽车强国的标准是拥有世界一流的整车厂和零部件企业,中国动力锂电池的强势崛起彻底扭转了燃油汽车产业零部件空心化现状,将助力中国由汽车大国向汽车强国前进一大步,这是没有硝烟的“大国重器”。