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魏建军放出“无钴电池”冲击波

2020-05-20   

中国电源产业网

导语:动力电池产业再起腥风血雨。继王传福推出刀片磷酸铁锂电池之后,魏建军不甘寂寞,正式放出“无钴电池”的冲击波。毫无疑问,这是一条新的技术路线。
一旦“无钴电池”获得成功,原先三元体系的供应链,将再度遭到重创,包括上游的材料、中游的正极以及制程,都将会再度迎来一场极其激烈的革命和冲击。

      动力电池产业再起腥风血雨。 
      继王传福推出刀片磷酸铁锂电池之后,魏建军不甘寂寞,正式放出“无钴电池”的冲击波。
      毫无疑问,这是一条新的技术路线。 
      一旦“无钴电池”获得成功,原先三元体系的供应链,将再度遭到重创,包括上游的材料、中游的正极以及制程,都将会再度迎来一场极其激烈的革命和冲击。
      与此同时,动力电池上游极端激烈的竞争,必将给整个智能电动车产业带来福音,给消费者带来福音。

      任何一个美好事物的诞生,都将经历血与火的淬炼。

      新品类:
      2020年5月18日,魏建军旗下的动力电池制造商——蜂巢能源科技,举行了一次新品发布会。 
      在这场发布会中,该公司发布了全球第一款无钴动力电池。 
      这一款电池产品,核心的特点是在正极材料中彻底去掉了稀有金属钴,使得原来的三元镍钴锰酸锂,变成了二元的镍锰酸锂。 
      如果说“四元”仅仅是三元材料的一个变种的话,无钴意味着是一个全新的品类,这是一种新的正极材料。
      仅此一项,就意味着上游材料的钴产业将会遭到颠覆,中游的正极材料产业链,也将需要改弦更张。
      在性能上,蜂巢能源总经理杨红新介绍,搭载无钴电池的车型,NEDC续航里程可以达到880公里,相对而言,现阶段磷酸铁锂的续航里程峰值大概是600公里。

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      安全性,是蜂巢能源无钴电池的另外一个杀招。
      和比亚迪发布刀片电池时的策略一样,蜂巢祭出了“热箱试验”,这是又一个普通消费者需要了解的重要的衡量动力电池安全性的试验。
      主要的操作方式是将不同的动力电池装进一个内部温度为140℃、150℃的热箱,然后看看该款电池能够扛多长时间?需要指出的是,国标和欧标的热箱测试温度为130℃。
      普通三元高镍动力电池,在140℃的热箱中,30分钟之后起火。
      蜂巢无钴电池,在150℃的热箱中,30分钟之后,电池完好无损。三元高镍体系的热稳定性弱点,被一再拖出来吊打。

 
      在循环寿命上,杨红新透露,该款无钴电池可以达到2500-3000次,意味着车辆全生命周期的使用总里程可以达到120万公里。
      在市场定位上,杨红新认为,在乘用车市场,磷酸铁锂会吃掉500km-600km续航的细分市场,而无钴电池在600km-800km续航的细分市场更具竞争力。
      相对于三元高镍,无钴电池尽管在续航里程上和倍率特性上略微吃亏,但在安全和公众形象上有着不可替代的优势。 
      安全毋庸讳言。在公众形象上,尤其是欧洲的一些高端品牌制造商,因为“手抓矿”和童工的原因,对钴产品多有排斥,以宝马为例,他们会直接采购来源可靠的钴矿给到动力电池制造商,以维持自身的品牌形象。 
      这意味着无钴电池在对续航、安全、公众形象要求更高的高端电动车品牌这个细分市场,比三元高镍产品更有竞争力。 
      当然了,三元高镍,在续航和加速性能上,依然有着自己的优势。 
      无钴的横空出世,对于三元高镍体系而言,是继刀片电池之后的又一次重大打击。 
      韩国工程院院士、韩国汉阳大学教授、国际无钴专家宣国良认为,无钴电池的发布,将对带动电动汽车市场的爆发性增长起到巨大的作用。 
      德国汽车行业顶级专家、杜伊斯堡-埃森大学汽车研究中心主任及终身教授费迪南德-杜登霍夫认为,无钴电池的研究与设计,将是电动汽车市场达到峰值的关键因素。 
      蜂巢能源的无钴电池,将会是世界上第一款量产的无钴动力电池,如果不出意外的话,在姗姗来迟的“动力电池日”上,特斯拉也将会发布无钴电池产品。 

      这是一个正在卷起的浪潮。


      新势力 :
      如果说王传福是重振了铁锂技术体系的话,魏建军的蜂巢发布的无钴电池则是一个全新的品类。 
      相对而言,打造动力电池新品类这样的活,更适合像蜂巢这样的锂电新势力来完成。 
      比如,像宁德时代这样的三元体系的巨鳄,由于在上游供应链和制造环节有太多的牵绊,推进这样的产品战略,会有更多的顾虑。 
      首先,这样的成熟企业,如果要转向无钴体系,将会引发上游高镍三元供应链巨大的恐慌和反弹,尤其是材料端的钴矿供应商。
      宁德时代的早期投资人中,就有一个钴矿巨头。 
      其次,无钴电池由于其材料特性,不仅涉及正极材料和上游钴矿资源的体系更迭,在制造端还需要叠片工艺的配合。 
      包括CATL在内的三元高镍体系,主要以卷绕工艺为主,短期内难以彻底地转向叠片工艺。 
      作为一家全新的动力电池制造商,蜂巢能源没有任何这样的负担。 
      为了提升效率,他们做得更加彻底,直接自建正极研发团队以及正极生产和制造的产能。 
      这么做的好处是,将正极材料、电化学平台和电芯研发全部整合在一个公司内部,大幅度提升了研发的效率。 
      同时,减少供应链层级之后,因不用考虑上游供应商的利益捆绑和锁定问题,在产品战略上拥有更大的灵活性和主动性。 
      蜂巢能源,作为一家动力电池新势力,没有任何制造设备和资产上的负担,这也是其能够力推无钴电池新品类的核心原因。 
      钴,是三元锂电中的“骨骼”,此外还能提升倍率特性。在被去掉之后,如何解决电池的热稳定性和降低内阻就成为了最大的挑战。 
      解决上述问题,叠片工艺不可或缺。  

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      在解决无钴电池热稳定性的问题上,蜂巢能源的方案是,镍含量从80%降低到75%,能够解决一部分问题;此外,锰含量从10%提升到25%,也能够提升热稳定性。 
      但为了解决续航的问题,必须提高电压平台。 
      蜂巢的方案是在材料形貌上选择从多晶转向单晶材料。相对而言,单晶材料因为有更强的颗粒强度和更稳定的结构,在高电压状态下,比多晶材料能更好地解决产气问题,从而可以提升电压平台,以弥补因镍含量降低带来的能量密度损失。 
      单晶材料,也是蜂巢无钴电池高循环寿命的重要原因。 
      另外,镍75正极在合成单晶材料时,在良率和效率上远远高于镍80。
      使用叠片设计的电芯,可以有效提高方形电芯内部的体积空间利用率,层状结构可以使极片的平整度更好、应力更均匀、膨胀变形更小。
      该设计可以使无钴电芯在能量密度方面再提升5%、循环寿命上再提升10%。 
无钴电池的另外一个挑战其实是内阻,也就是导电性,因为钴元素能够提升导电性能。

      叠片工艺在内阻上天然比卷绕工艺低。

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      因为卷绕电芯的正负极只有单一一对极耳,而叠片工艺相当于多个小极片并联,降低了内阻。
      对于CATL们而言,未来在向无钴电池方向转型时,除了要更迭供应链之外,要想在性能上保持竞争力,必须要将目前的卷绕工艺全面更新为叠片工艺。
      这除了要增加大量的设备改造投资之外,恐怕至少还需要6个月的改造和产能爬坡时间。 
      当然了,一种选择是,可以在新增产能上先往叠片+无钴方向转型,但自己内部的无钴和三元高镍之间的互搏,也是一个不得不面对的、痛苦的问题。 
      然而,这样的转变在接下来恐怕不得不去做出。
      魏建军的打法很明确,对于新进入者而言,如果在固有赛道中竞争,则全部都是劣势,如果在新品类上换道竞争,则全部是优势。
      在这样的背景之下,蜂巢和他推出的无钴电池,相当于引发了一场动力电池产业的换道之争,且让老牌竞争对手感到难受。 
      蜂巢能源,作为一家动力电池新势力的优势包括: 
      没有既有的设备负担,可以选用最先进的设备和工艺,为打造车规级的动力电池奠定基础; 
      没有固有的人员负担,可以组建全新的团队、打造全新的流程和企业文化,推进创新; 
      没有既有供应链的绑定,但拥有更好的纵向一体化,在打造创新产品时自由度更大; 
      此外,车规级的动力电池制造,对精密度、一致性的要求相当于轻量级的芯片制造,在质量控制的要求上,6西格玛是基础要求。 
      鉴于此,对制造的自动化率和智能化制造要求极为严苛;在对制造环境的控制上,对粉尘、水分、温度的控制,远超手术室的无菌环境。 
      这使得新一代的动力电池制造,需要一个全新高精密智能制造体系,需要新的人才体系、组织文化、自动化设备和AI能力的应用。
      这都是新势力的优势。 
      蜂巢能源的操盘者杨红新,原先是长城汽车研究院材料方面的专家和研发高管,是动力电池产业少见的80后掌门人。 
      相对于那些60后的竞争对手,杨红新带领的蜂巢能源在应用科技、创新和打造新文化上有着优势。 
      这使得蜂巢能源,在开始的时候,就可以全面打出叠片工艺、车规级制程、智能化制造和无钴电池这样的“组合拳”。
      也给看起来有些暮气沉沉的动力电池产业,带来了新的气象。 
      作为现代化的高精密和智能化制造产业,动力电池产业在本质上,应该是性感的和朝气蓬勃的。
      全球汽车产业的智能电动化才刚刚开始,动力电池的竞争不仅仅是设备和技术的竞争,也是文化、管理和创新的竞争。 
      2020年4月29日,在整个动力电池产业鸿鸿遍野的时刻,管理资产规模超过1000亿元的国投招商,宣布巨额投资蜂巢能源,成为这家动力电池新势力的战略投资人,帮助其冲击这个充满想象力的市场。 

      在全球汽车产业的智能电动化滚滚向前之际,动力电池产业的格局,正在发生巨大的变化。 


     大变局 :
      我们依然坚信三元高镍体系,以及后续的全固态锂电池是动力电池的发展方向。 
      此时此刻,却是三元体系最危险的时刻。 
      刀片磷酸铁锂的复兴,将会切走600km续航以内的大多数市场,这使得三元高镍体系不得不退守600km续航以上的细分市场。
      从国产特斯拉Model 3动力电池的选择上,就可以看出这样的趋势:即国产Model 3基础续航升级版,将会使用磷酸铁锂动力电池;而长续航版,继续使用LG化学的圆柱三元811动力电池。 
      但是,无钴电池的横空出世,将再次打掉三元体系600km-800km续航里程的细分市场,这就意味着,留给三元高镍的空间已经非常小了。 
      从性能上讲,磷酸铁锂、无钴电池和三元高镍,在安全性和续航里程两个维度,磷酸铁锂安全性最高,续航里程最低;三元高镍的安全性最低,续航续航里程最高;无钴电池的所有性能,都介于两者之间。 

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      其实还有两个重要的指标,一个是循环寿命、一个是加速性能,也符合上述规律,磷酸铁锂的循环寿命最长,加速性能最弱;三元高镍的加速性能最强,而循环寿命最弱;无钴电池的上述性能介于两者之间。 
      在这个阶段,由于磷酸铁锂初步解决了人们对续航里程的底线要求,所以重新回到了竞争舞台,并占据优势。
      对于三元高镍而言,需要解决一个问题,和科学家及社会学家一起回答一个问题,即人类动力电池的安全底线是什么?并证明三元高镍的性能是能够符合要求的,一旦这个问题被解决之后,三元高镍在续航、加速性能方面的优势,将会再度得以发挥。
      但至少是在当下,三元高镍体系开始步入“至暗时刻”。
      可以预见的是,特斯拉的长续航版本,接下来也将会选择无钴路线。 
      作为电动车市场风向标的特斯拉,基础续航版本选择了磷酸铁锂,长续航版更迭为无钴电池,则基本上可以代表了未来动力电池的市场格局。
      2020年Q1,尽管从动力电池出货量来看,三元高镍技术路线的LG化学、松下和CATL依然占据了全球动力电池出货量的前三名。
      然而,这也许会是在全固态锂电池实现之前,三元技术路线最高光的时刻了。
      从此之后,这条技术路线体系的上下游,将会开始一段长长的下行趋势。
      好不容易爬上全球动力电池出货量冠军的LG化学,将会首当其冲。当铁锂版的国产特斯拉Model 3上市之后,LG化学在中国的出货量将会遭受重创。
      2020年5月15日,工信部第333批新车申报目录显示,比亚迪刀片磷酸铁锂电池的数量开始增加,这将会成为一个不断扩大的趋势。
      在2021年,以蜂巢能源和特斯拉为代表的无钴电池将会开始发力,LG化学、宁德时代们如果不能转到无钴体系上来,恐怕将会在竞争中处于被动局面,并且将会不断地丢失阵地。
      这些锂电巨头们,已经形成了庞大的三元产能,转型谈何容易?
      截止2019年底,宁德时代拥有58GWh的动力电池产能,超过40GWh是三元。
      LG化学,在2020年将至少拥有51GWh的产能,全部是三元高镍方向。
      松下在美国内华达州Gigafactory的35GWh产能,也是三元高镍。
      这些产能,在现阶段处于比较尴尬的境地。
      看起来,四元电池是他们现阶段突围的主要方向,即在三元镍钴锰正极中添加铝,以改善动力电池的热稳定性,但依然需要解决循环寿命的巨大挑战。
      随着自动驾驶时代的到来,无钴和磷酸铁锂在高循环寿命上的优势,也开始变得日渐突出。
      相对而言,三元高镍的生命周期行驶里程大概为40万公里,而上述两种动力电池都可以做到160万公里的生命周期行驶里程。
      另外一个比较尴尬的是,那些大型汽车巨头们,如大众、通用们的动力电池产能,到底采取哪一种技术路线?
      目前的消息是,他们依然在向四元电池的路线上一路狂奔。
      无钴电池的发布,对钴矿巨头显然是一个重创。
      2019年11月,垄断全球1/3钴矿贸易的矿业巨头嘉能可宣布关闭了全球最大的钴矿生产基地,刚果金的Mutanda铜钴矿。
      2018年4月,全球电解钴价格最高达到了69万元/吨的高位,以中国每年消耗5万吨钴来计算,动力电池中一年钴的成本将达到345亿元。
      随后一路下跌至30万元每吨左右。 
      无钴电池的出现,将会给嘉能可、洛阳钼业、华友钴业等钴矿巨头的盈利带来巨大的冲击。洛阳钼业的大股东曾是宁德时代的早期投资人。
      由于全球钴矿极度集中,且主要控制在上述几家矿业巨头手中,使得这些巨头们在上游具有极强的话语权和议价能力。
      三十年河东,三十年河西,这真是一个疯狂的时代。
      与此同时,正极材料产业也将经受巨大的考验。
      当然,相对而言,正极的产线方面变化不大,主要还是材料体系的变化,需要在研发端做出抉择:是否要向无钴方向转型。
      这样的转型,也许会导致竞争格局发生重构。
对于整个动力电池产业,在接下来的几年之内,将会发生颠覆性的变化,无钴和铁锂,将会持续吃掉三元高镍的市场份额。

      然后,等着下一波全固态锂电池的出现。


      尾 声:
      对于整个动力电池产业而言,将进入到一个竞争极端激烈的时刻。
      对于整个电动车产业和消费者而言,这无疑是一个巨大的利好,这会使得电动车产品越来越安全,续航里程越来越高,价格越来越便宜。
      这也是为何,前述的一些动力电池和汽车产业专家说的,无钴电池的出现,对电动车产业的爆发性增长,会起到重要的作用。

      蜂巢无钴电池将会在2021年6月量产。



编辑:中国电源产业网

来源:余建约/原创作者

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