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看未来五年 谁是下一代电池王者

新能源汽车的发展是一个系统工程,包括整车的正向研发、“三电”核心技术、轻量化、智能化等很多方面,但是最基础和最重要的应该是电池技术的突破,它是破解电动汽车里程焦虑、成本过高、性能提升等诸多难题的关键要素。因此,电池产业应该走在整个新能源汽车产业创新的最前列。未来的五年内,也就是到2023年左右,动力电芯产品的研发和落地,以及工艺研究方面到底能进展到多大的幅度,值得我们来仔细研究。

一、动力电池电芯技术的革新

从中国新能源汽车推广示范开始,逐渐形成了磷酸铁锂的主体地位,大约从2010年“风靡”到2015年,三元锂则是后来居上。2015年的新能源汽车市场中,三元锂和磷酸铁锂电池的配套占比还是“三七开”,2016年“四六开”,2017年接近打平,2018上半年三元锂已经开始反超。

动力电池从磷酸铁锂往三元锂路线的转移并不是一蹴而就,如下图所示,在国内快速转化之前,国外电池企业已经在电芯化学体系上做了一些变革。之所以给我们“忽如一夜春风来”的感觉,主要还是我们在磷酸铁锂的路线上坚持了比较长的时间。当2016年以后普遍转向三元锂电芯开发,一下子跟上了日韩的技术路径。

『国外典型企业的电芯化学体系路径演进』

目前国内三元材料动力电池体系均为镍钴锰酸锂(NCM)。镍具有提高材料能量密度的作用, 根据三种过渡金属离子占比不同,分为低镍的NCM424、NCM333、NCM523和高镍的NCM622、NCM811等材料。其产业化进程主要是从低镍的NCM333、523等向高镍的622、811 方向发展。

对于整车而言,动力电池有四大关键问题需要重点突破:

●电芯价格:随着新能源汽车补贴不断退坡,未来的电池价格需要继续往下降。分阶段来说,在2021年初,电芯价格需要往下探到0.7元/Wh,约100美金/kWh;到2023年进一步降低到6毛/Wh,约80美金/kWh。

●电芯寿命:现有NCM523体系的寿命大概是8到10年左右,重度使用的话耗损更快,预期是把寿命延长到10年。

●电芯安全:提高电芯的安全性,改良的做法是逐步优化电解液配方、隔膜等关键因素,需要更源头化的安全机制。

●电芯能量密度:补贴政策每年都会给电池能量密度刻画新的基准线,国家也定下了《汽车产业中长期发展规划》,到2020年实现电池单体能量密度300Wh/kg。

我们重点探讨一下电池比能量对电动汽车发展的影响。目前主要的纯电动汽车平台规划可以分为以下几个档次。电池装载量普遍会从40kWh开始,想要获取更长续航里程光增加电池是不够的,电池本身的体积和重量都大,堆积得越多,反而会导致能耗增加续航减少。

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