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【深度】大势所趋 三元电池暗藏十倍增长空间

导读: 在遭遇2016年年初“暂停补贴”的当头一棒之后,三元电池将随着新能源汽车补贴政策的出台迎来爆发性增长。

  在遭遇2016年年初“暂停补贴”的当头一棒之后,三元电池将随着新能源汽车补贴政策的出台迎来爆发性增长。

  政策之手翻云覆雨

  在2016年1月14日工信部发布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中,基于安全性的考虑,采用三元电池的电动客车未能进入目录,从而无法享受政府补贴及免购置税的政策优惠。

  电动客车是三元锂电池与磷酸铁锂电池之间争夺的重要阵地。新能源汽车电池为王,作为占新能源汽车成本40%的动力电池,其产品性能、可靠性、续航里程、寿命等决定了新能源汽车的成败。三元锂电池与磷酸铁锂电池各有优劣,前者产品性能、续航里程优势突出,而后者在安全可靠性和长循环性上优势突出。

  2015年,电动客车的电池搭载量为9.63GWh(千兆瓦时),占所有新能源汽车的比重达到61%。失去了电动客车阵地的三元电池,在与磷酸铁锂电池之争中暂落下风。

  而随着清查骗补、政策堵漏以及准入门槛提高,新能源汽车补贴政策即将出炉。据悉,作为骗补重灾区的新能源客车板块,将首当其冲被削减补贴额度,新能源乘用车、燃料电池车的补贴则相对稳定,对新能源专用车、新能源货车的扶持迹象明显。

  政策转向之下,新能源汽车市场结构即将生变——在新能源客车的市场比例下降的同时,新能源乘用车、新能源专用车、新能源货车的比例将乘势提升。由于后三者主要搭载三元电池,预计三元电池的需求将大幅增长。

  事实上,三元电池的政策转向在6月份已经发生。6月20日,工信部发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录(第四批)名单,在入选的31家单体企业和1家系统企业中,主营业务为三元电池的企业达21家,占比高达68%,较之前三批目录名单明显增多。

  更重要的是,三元电池是解决“里程焦虑”这一困扰新能源汽车发展主要瓶颈的技术发展路线。由于磷酸铁锂电池能量密度低、低温性能较差,导致新能源汽车续航能力差,而续驶里程是消费者的首要参考因素,故厂商需要更高能量密度的电池,这正是三元电池优于磷酸铁锂电池之处。作为汽车行业的颠覆者,特斯拉使用的就是NCA高性能三元材料锂电池,引领了行业发展趋势。

  同时,国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中也提及,EKG(单体电池能量密度)至2020年动力电池模块的能量密度达到300Wh/kg(对应的单体电池能量密度至少达到330Wh/kg以上),这使得越来越多的动力电池企业和整车企业将目光转向三元锂电池。

  在技术发展和政策扶持双重风口之下,三元电池面临爆发式增长的窗口,市场渗透率提升空间巨大。从短期而言,三元电池有望翻番,机构预测,2016年三元电池需求量有望从2015年的4.4GWh翻番至9.5GWh;从长期而言,三元电池存在10倍增长空间,2020年三元电池需求量可达55.4GWh(含客车)或50.5GWh(不含客车),对比2015年增长11.6倍或10.5倍。

  某研究院的预计则更为乐观,其预计2016年动力电池需求量32GWh,三元电池的需求量将达到12.5GWh,同比增幅超过200%,乐观估计,2020年三元电池需求量有望达到90GWh,对比2015年增长超过20倍。

  2016年“两会”期间,工信部部长苗圩强调,新能源汽车有两大瓶颈,其中之一便是产品端,要集中攻克以动力电池为代表的产品性能、可靠性、续航里程、寿命等难题。这几大难题中,三元锂电池与磷酸铁锂电池各有优劣,前者产品性能、续航里程优势突出,而后者在可靠性和长循环性上优势突出。

  事实上,“里程焦虑”正是困扰新能源汽车发展的主要瓶颈,充电设施的不完善以及充电速度慢等问题使得人们对于新能源汽车的“里程焦虑”十分突出。

  据统计,对家庭第一辆车来讲,续航里程要达到320公里才能满足日常的使用需求。在当前的锂电池性能条件下,达到这个续航里程的电动车的成本会非常高,是难以大规模推广的。

  为了兼顾性价比的问题,当前主流的新能源汽车续航里程都在200公里上下,随着推广的逐步深入,不断满足大部分消费者的需求,续航里程的不断提高就成为新能源汽车发展的必然要求。

  提高续航里程无外乎加装更多电池和提高单位电池能量密度两种路径,显然提高单位电池的能量密度是更加可持续性的道路,这其中正极材料是决定锂电池能量密度最为主要的因素。

  按照正极材料的不同,锂离子电池可分为钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)、三元材料四种电池路线,而三元电池的全称应该是三元材料锂电池,正式名称应为镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)。

  从技术发展来看,第一代正极材料为钴酸锂,由于含有钴元素,成本高不适合用做动力电池,因此主要用于消费电子,而且其能量密度开发已接近极限。

  包括LMO、NCA和NCM以及LFP等在内的为第二代正极材料,均可作为动力电池正极材料,从发展趋势上看,NCM材料和LFP材料的能量密度较高,前者则更胜一筹。

  其中,NCM三元材料中的镍、钴、锰三种材料的比例并不是固定,而是可以进行调节的。NCM三种元素中,镍元素是活性元素,镍元素的占比越高,电池的能量密度越大,而稳定性相对会下降,对电池工艺提出更多的要求。

  动力电池的评价需要综合考虑安全、成本、寿命、功率性能、低温性能、倍率性能等多个因素,三元材料的动力电池由于兼具镍、钴、锰(或铝)三种元素的特性,具有比容量高、循环性能好、成本低等优点,在四大正极材料体系中综合性能表现最好。

  首先,能量密度高,振实密度高。三元电池能量密度超过200Wh/kg,而磷酸铁锂电池的能量密度仅有130-150Wh/g,三元电池的能量密度相对其他体系有较大优势,而且还有进一步提高的空间。不过,三元材料电池在继承高能量密度优势的同时,也预示着它更容易发生爆炸。

  而振实密度高保证了三元电池的体积能量密度上有更好的表现,相对于磷酸铁锂提高了接近1倍,可大幅节约乘用车宝贵的空间。

  其次,成本较低。三元电池的成本、售价与磷酸铁锂电池基本相当。

  再次,减少了钴的使用量。钴资源的储量较少,未来可能成为锂电池的资源瓶颈,相对于钴酸锂电池,三元电池的钴元素用量减少了很多,高镍三元电池的钴用量更加减少。

  就像苹果手机重新定义了手机,特斯拉汽车也重新定义了汽车,开启电动智能汽车时代。

  特斯拉以其优良的产品性能和创意设计成就新能源汽车行业龙头地位,带动了新能源汽车高速发展的热潮,与此同时,特斯拉所用电池引领着动力电池的发展方向。

  在特斯拉之前,电动车以磷酸铁锂为主,直到采用三元材料NCA作为电池正极材料的Model S横空出世,三元电池技术才渐渐被认可。

  特斯拉Model S续航里程能够达到486公里,电池容量达到85KWh,采用了8142个3.4Ah的松下18650型NCA三元电池,最新款Model 3继续采用NCA三元路线,进一步明确了三元电池的方向性趋势。

  虽然特斯拉目前还没有正式公布装配Model 3车型的新型电池组,但其投资关系部副总裁Jeff Evanson此前表示,Model 3的基础版本将搭载小于60KWh的电池组,单次充电行驶里程将超过215英里(大约346公里),而且还会有其他更高的配置可供选择。

  特斯拉首席技术官JB Straubel日前则透露,Model 3电池的能量密度比Model S提升了30%。

  更高的能量密度意味着更低的成本,而这正是未来电池技术的两大发展方向。“事实上,当你在提高电池能量密度的同时也降低了电池成本。一般来说,我们所定义的成本指的是电池中的原材料。因此,如果想要降低成本,最好的方法就是减少原材料,增加能量密度。”JB Straubel称。

  在特斯拉的引领下,当前国际主流主机厂已经基本全面倒向三元电池路线。除特斯拉坚持使用的NCA外,日韩厂商主要应用了NCM材质。目前,三元电池占全球锂离子电池市场的80%以上,在需要较高的输出与安全性的电动汽车车用电池市场上,占有率超过81%。

  反观中国国内市场,2015年,国内动力电池出货量达15.7GWh,其中磷酸铁锂电池仍占主导,占据市场近69%的份额,三元电池出货量占比仅为27%。

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