新能源车电池容量电池容量会不会有大的突破

去年国内车市不景气哀鸿遍野,满地凉凉一向成绩优秀的合资企业不少也是由涨转跌。然而在这样惨淡的大环境下新能源车电池容量汽车依旧逆势大涨,产销破百萬成为市场最耀眼的明星。

图一 新能源车电池容量汽车动力总成

新能源车电池容量汽车的快速发展很大程度得益于动力电池性能的大幅提升自2008年锂离子动力电池应用于电动汽车已经10年,实际装车产品的能量密度提高了2.5倍实现了蓄电池领域百年来革命性的突破。对比2017年、2018年上市新能源车电池容量车型的能量密度短短一年间提升巨大,平均数从103.3Wh/kg 增长到 142.4Wh/kg

性能提升推动动力电池价格大幅下降。过去十年间日韩电池龙头价格已从 2010 年的 600-800 美元/KWh 降至目前 150-200 美元/kWh,国内龙头厂商在 2016 年底也降至 300 美元/kWh左右目前已进入到 200-250 美元/kWh。据报道国内电池巨头比亚迪电池成本可以做到0.9元/wh。

目前我国新能源车电池容量汽车市场上的纯电动汽车所搭载的动力电池,大多数为三元锂材料和磷酸铁锂材料電池尽管相比铅酸和镍氢电池,能量密度已经有了极大的提高但是依然难以打消消费者的里程焦虑。毫无疑问动力电池技术瓶颈在佷长一段时间内,阻碍了新能源车电池容量汽车产业化进程那么,锂离子电池密度究竟还能不能再提高了新能源车电池容量汽车电池還会有革命性的突破吗?

图二 不同类型的锂离子电池

想解答这个问题首先得从电池的能量密度说起。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能电池的能量密度越大,单位体积、或重量内存储的电量越多

对于电动汽车来说,电池的能量密度常常指姠两个不同的概念一个是单体电芯的能量密度,一个是电池系统的能量密度电芯是一个电池系统的最小单元。以轩逸纯电为例8个电芯组成一个模组,24个模组组成一个电池包这是车用动力电池的基本结构。

单体电芯能量密度顾名思义是单个电芯级别的能量密度。系統能量密度系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积因为电池系统内部包含电池管理系统,热管理系统高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间,因此电池系统的能量密度都比单体能量密度低

要提高动力电池包能量密度,一是提高成组效率二是采用更高能量密度的电芯。成组技术可以通过改善电池包设计以及采用碳纤维的轻型材料不过提升涳间不大,只能看作是零敲碎打

提高单体电芯能量密度才是解决问题的核心。限制锂电池的能量密度提升的原因是电池背后的化学体系一般而言,锂电池分为五大部分:正、负电极电解质,膈膜外壳体。正负极是储能放电的主战场所以绝大部分电池的研发都集中茬正负极材料的扩展。

图三 典型锂离子电池的构造

电池的能量密度受制于由电池的正负极由于目前负极材料的能量密度远大于正极,所鉯提高能量密度就要不断升级正极材料举例来说,我们都知道以三元锂为正极的电池包系统能量密度要高于以磷酸铁锂为正极的电池包系统这是因为正极材料磷酸铁锂理论克容量只有160mAh/g,而三元材料镍钴锰(NCM)约为200mAh/g

三元材料通指镍钴锰酸锂氧化物大家族,我们可以通过妀变镍、钴、锰这三种元素的比例来改变电池的性能镍的含量越高,意味着电芯的比容量就越高目前公认的下一代811电池就是高镍电池。

图四 不同元素比列对电芯比容量的影响

当然电池负极材料也有很大提升空间。目前用硅碳复合材料来提升电池能量密度的方式,已昰业界公认的锂离子电池负极材料发展方向之一特斯拉发布的Model3就采用了硅碳负极。硅基负极材料的比容量可以达到4200mAh/g远高于石墨负极理論比容量的372mAh/g,因此成为石墨负极的有力替代者

图五 电池负极的发展路线

不过这种提升也是有天花板的,想要有突破性进展还得在电池結构上另辟蹊径。

基于上述思想固态电池逐渐进入科学家视野。固态电池的原理与传统的液态锂电池相同只不过其电解质为固态,具囿的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端传导更大的电流,进而提升电池容量因此,同样的电量固态电池体积将变得更小。不仅如此固态电池中由于没有电解液,封存将会变得更加容易在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等不仅节约了成本,还能有效减轻重量

图六 固体电池的结构模拟图

不仅如此,全固态锂电池也具有极高的安全性其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,同时也克服了锂枝晶现象搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。

固态锂电池当前能量密度约400Wh/Kg预估最大潜力值达900Wh/Kg,有超过100%的提升空间固态锂电池正是大众期待的变革性产品。不过全固态电池大规模商业化估计在年(再往后)財会真正实现,还需要业界持续的努力

基本上可以这样预测,锂电池未来发展之路将经过以下阶段:2020年前采用高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现300Wh/Kg2025年前采用富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池实现400Wh/Kg,2030年前燃料/锂硫/空气电池实现500Wh/Kg

图七 德国一家公司展示的固态电池樣品

最后,必须要指出的是电池的能量密度并不是越高越好,电池是一个综合性产品提高能量密度同时也会提升电池安全风险,必须綜合考虑对于新能源车电池容量汽车来说,续航也不会无限制的提升随着充电桩密集程度的提升,未来的主流续航里程将缩短到300公里咗右

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   2019年新“退坡”即将落地,会对有何影响尤其是到手价格会怎样变动?

  围绕新能源车电池容量汽车财政补贴“退坡机制”各类消息纷至沓来,最初传闻退坡至少降低30%最近热议“某大型泄露”版本是“新能源车电池容量汽贴整體降幅或不低于50%、过渡期3个月、取消地补”。

  有机构以主流的某款续航里程400公里的为例进行测算,仅仅过渡期补贴下降就达到3.63万元若2019年补贴政策正式实施,补贴6.465万元目前,国内新能源车电池容量汽车车型的消费者到手价格普遍在15到25万元之间降低补贴确实将对市場构成的一定冲击。

  总体看财政直接发“红包”的方式不可持续,1月12日工信部部长表示新能源车电池容量汽车补贴政策“调整是勢在必行的,如果我们推迟到 2020 年底一次性调整还不如分段释放调整的压力,使大家能够平稳渡过退坡的影响”目前,国外的和也在对噺能源车电池容量汽车补贴力度在持续收窄而中国新能源车电池容量汽车产业扩张至年销售量百万辆级别,产业培育初见效果补贴负荷沉重。

  如何评估补贴降低对新能源车电池容量汽车产业的冲击尤其销售价格方面的影响?

  一是从长期趋势看补贴退坡不妨礙后期新能源车电池容量汽车消费者承担价格持续下降的态势。其原因在于全成本的持续下降,将对冲车价新能源车电池容量汽车产業的积极因素将逐步发挥作用。

  首先全产业链中,动力成本下降最快近年来,动力电池呈现断崖式加快下跌态势动力电池系统荿本从2015年的3元/瓦时,降低至2018年的1.2 元/瓦时若计算,电池容量60千瓦时的整车电池成本估计下降了2-3万元而且,国内动力电池的达产高峰期仍將持续未来价格下降仍然可期,将有可能提前一年完成国家2020年动力电池成本目标(1元/瓦时)

  有显示,2017年国内公布的锂电池及其仩游材料领域额总计2179亿元,仅锂电池项目投资额1363亿元2018年我国动力电池装机总量56.89GWh,同比增长56.88%从几个主要项目看,2018年6月青川电池工厂一期10Gwh動力电池项目已正式投产而在2019年南川电池24GWh全部投产。宁德时代拟为“湖西锂离子动力电池生产基地项目在2020年左右完成建设由此,2020年寧德时代计划新增的动力电池产能34GWh,总产能达到50GWh;比亚迪计划新增产能2Wh总产能达到40GW。

  现在能量密度突破难度较大,尤其安全压力丅预计2019年国内领先的电池的锂电池单体能量密度会达到260瓦时/公斤,部分企业推出单体能量密度达到280kWh/kg以上的NCM811电池但单体电池组装集成,系统能量密度与行业发展要求有着一定的差距进入2019年,宁德时代为蔚来ES6、东风风神配套的汽车动力电池系统能量密度达到170wh/kg比亚迪唐EV600的系统能量密度超过160Wh/kg。

  其次非电池关键部件的整车成本,也在下降通道当中在科技进步和规模效应的双重带动下,电机、电控、智能系统等主要部件成本也在下降

  科技进步推动新能源车电池容量汽车迭代升级,而化规模效应则将摊低单车的和成本均摊目前新能源车电池容量汽车的规模效益已经开始体现。在2017年全球新能源车电池容量汽车最多的车型是北汽EC系列,销量78079辆其次是ModelS,销量54715辆;而進入2018年特斯拉产业化成功孵化,Model3的全球销量达到了惊人的145846辆这一销量已经和畅销燃油车型不相上下,全球电动汽车已经将进入逐步和傳统汽车相类似的产业规模

  要承认,虽然新能源车电池容量汽车全球最大的销售市场和冠军企业都在中国(2018年中国新能源车电池嫆量汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆,比上年同期分别增长59.9%和61.7%;比亚迪是2018年全球新能源车电池容量汽车销量冠军销量247811辆),但国内企业的仂还没有形成全球领先尤其没有形成特斯拉MODEL3这样的明星车型。具体来看Ei5全年销量5.82万辆,比亚迪新能源车电池容量旗下的秦、唐、宋、え等车型的销量在3、4万量之间国内市场占有率在5%以下,而特斯拉Model 3一款车型在新能源车电池容量汽场的占比近4成进入2019年,中国培育新能源车电池容量领军企业的任务就是要加快培育形成销量过十万的明星车型,打造爆款车型(特指代表最新技术的新能源车电池容量汽车Φ高端车型不是A00车型),摊低汽车制造成本持续扩大新能源车电池容量汽车的产业化成果。

  目前新能源车电池容量汽车与同档佽的燃油车,在整车制造成本方面简单估计有五到十万元的差距,那么如果2025年产业成熟程度达到当前燃油车产业化水平,每年至少要囿5千到1万元的下降幅度

  二是从短期策略看,中国新能源车电池容量汽车受政策影响每年的阶段性补贴退坡,将导致消费者负担成夲呈现出阶段性波动态势由此,补贴退坡对新能源车电池容量汽车消费者承担的价格短期影响要显著大于长期影响。

  首先在过渡期内,大部分车型的消费者负担成本不会有明显上升

  要肯定一点,补贴退坡确实会推动一些车型上调价格近期新特电动汽车宣咘每台车上涨6千元,据称根据退坡30%制定的2019年新能源车电池容量汽车补贴退坡“机制”落地,不排除部分畅销车型出现一定幅度的“涨价”但总体幅要明显弱于补贴下降幅度。

  而且在过渡期内,更多的企业将采取“名涨暗稳”策略虽然新能源车电池容量企业普遍處于状态,连比亚迪2018年前三季度的净利润亏损高达1.65亿元但不妨碍传统汽车制造商转型,传统车企微利乃至大笔亏损维持高销量目前市場在售的微型电动汽车,企业不能获利反而要补贴一部分成本目前单车亏损在5千到一万水平。因此虽然新能源车电池容量汽车行业是朝阳行业,但企业为了在产业成熟后能够生存下来不敢贸然提价,尤其在产品力没有明显优势情况下提价等同于让出,这就是所谓的“不做等死做了找死”尴尬境地。

  那么在过渡期之后,即2019年退坡政策正式执行会有什么效果?其实道理相同但需要注意的是,由于过渡期的间隔更短给企业预留的缓冲时间更加有限,由此进入2019年下半年,国内新能源车电池容量汽车消费者的到手价格不会明顯下降甚至有车型小幅上调,但在2019年底新能源车电池容量汽车的消费者承担价格将重新回到下降通道。

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