“動力電池行業(yè)正在開啟下半場”,這是很多業(yè)內(nèi)人士的研判。
在上半場的競爭中,我國已成為全球動力電池產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑者,市場規(guī)模連續(xù)6年全球領(lǐng)先,建成全球產(chǎn)業(yè)鏈最全、規(guī)模最大的動力電池產(chǎn)業(yè)體系,5萬余家企業(yè)“爭先恐后”投入到鋰電池產(chǎn)業(yè)“新”浪潮中。
然而,行業(yè)同時也面臨著裝機量增速放緩、產(chǎn)品迭代加快等挑戰(zhàn)。動力電池行業(yè)從上半場向下半場轉(zhuǎn)換,還需要電池材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新“多管齊下”,從而引領(lǐng)市場需求,完成從“有”到“好”的飛躍。
材料創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新“主戰(zhàn)場”
電池材料直接決定了動力電池的能量密度、安全性和成本,是動力電池創(chuàng)新最核心、最本質(zhì)的部分。目前,我國已形成以三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池為主的發(fā)展路線,國內(nèi)三元電池能量密度超過300Wh/kg,磷酸鐵鋰電池能量密度超過200Wh/kg,達到世界先進水平,尤其是在磷酸鐵鋰領(lǐng)域,我國引領(lǐng)了全球磷酸鐵鋰電池在轎車中的回歸和復(fù)蘇。
來源:中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟
然而,隨著電池技術(shù)不斷革新,傳統(tǒng)材料已滿足不了電池降本增效、提高能量密度等的需要,例如磷酸鐵鋰電池能量密度已接近“天花板”,但其比能量仍然相對偏低,低溫性能也有待提高,亟需尋找可替代的新一代材料。同時,市場愈發(fā)細分,對電池提出差異化的需求,需要更多技術(shù)路線滿足多元化場景需求。
在這方面,目前我國已不再是簡單跟隨國外的技術(shù)體系,而是在創(chuàng)造新的體系,比如在低鈷問題和磷酸錳鐵鋰電池方面,我國正逐步領(lǐng)先世界。未來,液態(tài)鋰電池技術(shù)路線將朝著三個方向發(fā)展:一是高比能量和低成本,正極材料采用高鎳三元、富鋰錳基,負極材料采用高比例硅碳、鋰金屬,比能量目標達500Wh/kg,但電池壽命偏低;二是兼顧比能量、安全、成本和壽命,采用高鎳正極體系,壽命不降比能量增加50%,或者比能量不降壽命增加3倍以上,逼近10000次循環(huán);三是基于鐵鋰的高安全液態(tài)路線,成本最低、壽命最長可到10000次循環(huán)以上。
此外,過去十年,液態(tài)鋰電池的能量密度已經(jīng)提升了2-3倍,目前已經(jīng)接近理論上限。在不更新材料的前提下,液態(tài)鋰電池很難再取得新的突破。而固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜,更安全、能量密度更高、循環(huán)性能更強,已成為業(yè)內(nèi)公認的下一代電池技術(shù)方向。
來源:中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟
相比于液態(tài)及半固態(tài)電池,全固態(tài)電池需要把全部原理改變,存在較多的技術(shù)難點需要解決。與此同時,由于我國在三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池技術(shù)上領(lǐng)先世界,致使日本、美國等選擇直接跳過這一階段,直接投入到固態(tài)電池路線上,希望實現(xiàn)“彎道超車”。
未來十年,將是固態(tài)電池研發(fā)的關(guān)鍵機遇期,預(yù)計其規(guī)?;慨a(chǎn)和應(yīng)用的窗口期或?qū)⒃?025至2030年之間。面對激烈的國際競爭,我們必須給予足夠的重視,搶抓固態(tài)電池技術(shù)風(fēng)口,占踞材料創(chuàng)新制高點。
結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新“橋頭堡”
如果說材料創(chuàng)新是一個需要長期積累、久久為功的過程,那么結(jié)構(gòu)創(chuàng)新則更加直接。近年來,電池及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新呈現(xiàn)百花齊放態(tài)勢,基本上每家電池大廠都有自己拿得出手的產(chǎn)品,例如寧德時代麒麟電池、比亞迪刀片電池、蜂巢短刀電池、中創(chuàng)新航“頂流”圓柱電池等。
整體來看,在單體電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面,主要是通過減少附件重量以提升單體容量和提高比能量;而在電池系統(tǒng)方面,結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的最大的趨勢是由傳統(tǒng)電池包的電芯、模組到電池包的組成方式逐步向去掉模組,再去掉整包的方向進行發(fā)展,從而構(gòu)成CTC(單體與底盤深度集成)、CTV(單體與車輛深度集成),逐步減少附屬的重量和體積,使電池系統(tǒng)比能量不斷提升,同時也帶來底盤結(jié)構(gòu)的變化和底盤技術(shù)創(chuàng)新。
未來,結(jié)構(gòu)創(chuàng)新或?qū)⒊尸F(xiàn)兩大趨勢,一方面,電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面的趨勢體現(xiàn)為功能的集成化、結(jié)構(gòu)的極簡化,制造的集約化,其相互關(guān)聯(lián)、相互影響,實現(xiàn)電池高安全、高比能量以及制造的高效率;另一方面,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢是電池與整車的集成化,需要電池行業(yè)和整車行業(yè)密切配合來進行創(chuàng)新。
商業(yè)模式創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新“加油站”
隨著市場競爭的加劇,動力電池企業(yè)不僅需要技術(shù)創(chuàng)新,還需要在商業(yè)模式上找到新路徑, “立竿見影”地提高市場競爭力和盈利能力。比如近年來崛起的換電模式,可以大幅提升電池利用率,并打通電池的生產(chǎn)、使用、回收等各環(huán)節(jié)。
目前,換電在乘用車方面已經(jīng)有較大規(guī)模的應(yīng)用,但其仍是一個獨立、封閉的補能體系,車企和電池廠商建設(shè)的換電站只適配其自家品牌。要想讓其支持所有品牌、所有車型,不僅需要全國統(tǒng)一標準,還需要建立用戶、車廠、電池廠、政府以及服務(wù)型企業(yè)共贏的商業(yè)模式。
從這個角度來看,商用車換電更加容易。商用車本身就使用獨立底盤,因此做成一個通用性底盤的潛力很大。在此基礎(chǔ)上,再做換電的標準化、規(guī)范化,最后實現(xiàn)換電站網(wǎng)聯(lián)化、智能化和車網(wǎng)互動結(jié)合起來。這一方面能夠解決商用車充電難,運營效率等問題,另一方面更容易實現(xiàn)健康的利益分配機制,同時車電分離還可以降低用戶購買成本以及補能成本。
作者丨張維佳? 編輯丨邱江勇
美編丨馬利亞? 監(jiān)制丨連曉東