路透社24日報道稱,特斯拉上海工廠當天已暫停生產。特斯拉中國25日接受采訪時表示:“工人經過一年的辛勤工作,因此在產線維保期間也進行人員休整。”
好消息是,12月26日,特斯拉官推發(fā)布消息稱,過去一周4680電池團隊實現(xiàn)了86.8萬塊電池制造,可滿足1000多輛電動汽車用量。4680電池是特斯拉開發(fā)的新型電池,功率輸出提升了6倍,續(xù)航里程提升了16%,每千瓦時的成本下降了14%。
事實上,越來越多的國內汽車制造商開始尋求在海外市場立足,中國電動汽車出口增長迅速,電池組價格及供應鏈體系已形成競爭優(yōu)勢。
據(jù)Yole Intelligence《2022年汽車、電動客車和電子卡車電池組》報告給出的預估,2021到2027年,電池組的年總需求量(GWh)將增加五倍。不過,要達至這一目標需要邁過幾個砍兒。
市場潛力何在?
到2027年,預計鋰離子電池組(BEV(純電動汽車)、PHEV(插電式混合動力汽車)、電動客車和電動卡車)的年總需求量(GWh)將從2021的270 GWh增長約1295 GWh,增長約5倍,年總市場將從2021的500億美元增長至2027年的1660億美元左右,2021-2027年復合年增長率為22%。不同應用的增長率有所不同,因為其市場驅動因素不同。需求主要由BEV驅動,到2027年,BEV約占GWh總需求的90%。其中,電池占的份額最大,約為68%;第二位是熱管理和安全組件,重頭是BMS(電池管理系統(tǒng))。動力電池熱管理市場分析顯示,2025年中國市場將超400億元,電池熱管理約為200億元。
截至2022年,電池電芯供應主要由來自中國的亞洲企業(yè)主導,如寧德時代和比亞迪,韓國的三星SDI、LG Energy Solution和SK On和日本的松下。
然而,幾乎所有這些領先企業(yè)都在通過建設新的電池制造設施,方便與當?shù)剀嚻蠼佑|,將業(yè)務擴展到歐洲和美國。電池組制造商主要集中在生產電池單元的國家,特別是集成電池/電池組公司,以及擁有EV/HEV(電動汽車/混合動力汽車)制造設施的國家。大多數(shù)電池組供應商都是車企。他們主要從上述領先供應商那里購買電池,并使用其他關鍵組件制造電池組。
車企正越來越多地參與電池設計,在某些情況下,還參與電池制造,如特斯拉和戴姆勒。供應鏈中有許多新的合作伙伴、合資企業(yè)和并購,為的是減少競爭,確保獲得鋰和電池等戰(zhàn)略材料,在保增長的同時進入新的市場。
對鋰離子電池的需求不斷增長導致上述大型電池單元供應商,以及Northvolt、Farasis、SVOLT和ACC等新興電動汽車電池供應商不斷增加電池生產能力。如今,亞洲、歐洲和北美的主要汽車制造地區(qū)正在建設許多大型工廠,許多電動車企正在效仿特斯拉和松下合資(JV)生產鋰電池的模式,例如通用汽車和LG Energy Solution的合資企業(yè)。一些公司甚至在開發(fā)內部的巨型工廠,如大眾汽車。
第一道坎兒:安全驅動的電池管理
按照Yole Intelligence功率電子和電池專業(yè)高級分析師Shalu Agarwal博士的說法:“未來幾年,電池單元和其他電池組組件預計不會有大的技術突破。主要趨勢將涉及現(xiàn)有的技術解決方案,主要創(chuàng)新是由減少電池組重量和體積、提高電池可靠性和降低電池組組裝成本的需求驅動的?!?br />
在鋰離子電池組和組件供應鏈中,功率電子企業(yè)具有持續(xù)增長潛力,包括基于鋰離子電池技術的汽車功率IC、電池、電池模塊、保險絲、傳感器和熱管理解決方案供應商。
BMS是電池安全的關鍵,因為很多自燃、起火、爆炸的電動汽車,或許不是電池質量不行,而是BMS技術不到位。BMS堪稱熱管理的老大。除了電池質量本身外,它是決定電動汽車電池是否安全的關鍵。
如果說電池是骨骼和肌肉,那么BMS就是大腦和神經,管理著電池的健康狀況。BMS主要包括傳感器、控制器、驅動開關、信息通信、存儲模塊等。其核心功能在于,根據(jù)電池工作的不同情況,監(jiān)測、控制和優(yōu)化電池充放電過程,在保證安全的前提下,最大限度地利用電池內存儲的能量。在電池可能發(fā)生故障甚至危險時,一個好的BMS能夠發(fā)出警告,做出相應的防范措施,防患于未然。
為了提高電池壽命和性能并解決更重要的安全問題,所有鋰離子電池都有BMS。如今,模塊化是大型組件最常用的BMS拓撲結構。為了減少電線和電纜的數(shù)量,一些公司正專注于無線BMS。
為了保持電池組的安全溫度,電池組要使用液體和空氣冷卻。然而,現(xiàn)在越來越多的車企在電池組中使用液體冷卻。一些玩家正在研究直接冷卻工藝,如浸沒冷卻技術。這些都需要BMS熱管理策略及時進行處理,實現(xiàn)電池狀態(tài)檢測、電池狀態(tài)分析、電池安全保護、能量控制管理、電池信息管理等基本功能。
這也是電動汽車熱管理及BMS未來前景廣闊的理由所在。
第二道坎兒:“雙碳”驅動的電池回收
鋰離子電池廣泛應用于消費品、EV/HEV、固定式儲能和其他應用。電動汽車市場的快速增長對于解決迫在眉睫的氣候危機和實現(xiàn)減少二氧化碳排放的全球目標至關重要。然而,越來越多的電動汽車給鋰離子電池回收商帶來了嚴重的廢物管理挑戰(zhàn)。隨著電動汽車的普及的爆炸式增長,曾經為環(huán)保汽車提供動力的報廢鋰離子電池也在爆炸式增長。
電動汽車對電池性能要求非常高,一旦電池容量下降到70-80%(8-10年后),就需要更換電池。不過,這些電池仍可進行大量的充電和放電,在不太密集的固定存儲應用中非常有用。目前,大多數(shù)報廢電池直接用于回收。許多車企和儲能公司已啟動了各種試點和商業(yè)計劃,以探索二手電動汽車電池的二次壽命應用(如寶馬和EVgo、現(xiàn)代和W?rtsil?、雷諾和Sienna之間的合作)。
鋰離子電池回收市場主要由蓬勃發(fā)展的電動汽車市場驅動。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù),到2025年,將有約70.5萬噸鋰離子電池報廢,到2040年,將達到每年900萬噸。
鋰離子電池回收商和參與鋰離子電池二次壽命應用的參與者陣容強大,且具有持續(xù)增長的業(yè)務潛力,涉及電芯、電池組循環(huán)利用和相關商業(yè)模式。
為了回收,許多車企(如大眾、特斯拉、豐田、福特等)希望通過與回收公司或內部合作伙伴關系實現(xiàn)循環(huán)回收過程。
適當?shù)膹U物管理將促進鋰離子電池回收的價值,目前,只有一小部分鋰離子電池被回收利用,剩下的很不幸被填埋了。2019年鋰離子電池回收市場總量約為9.38萬噸,到2025年將增長至45.94萬噸,年復合增長率為30%。
廢舊電池回收可以為電池回收商提供構成電池的寶貴材料的機會。報廢鋰離子電池中的原材料總價值約為9.21億美元,到2025年將達到1960億美元,2040年將達到26.381億美元。由于鋰離子電池的回收率僅為百分之幾,因此用于回收的鋰離子電池原材料價值約為3.15億美元,到2025年將達到11.37億美元,到2040年將達到23.812億美元。
鋰離子電池市場呈指數(shù)級增長,對鋰離子電池需求的增加凸顯其制造所需原材料供應鏈(如鈷、鋰等)的潛在地緣政治風險。電池回收可以減少這種風險,因為電池回收可以提供這些材料中的很大一部分。
目前,鋰離子電池回收市場有很多變化,供應鏈內(從原材料開采公司到系統(tǒng)集成商)已形成了許多新的合作伙伴關系,以確保原材料供應。例如,電池制造商和電池回收商LG Chem和Envirostream或系統(tǒng)集成商和回收商奧迪和Umicore的伙伴關系,都是為了確保其自身或其電池/電池組件供應商的原材料供應。
鋰離子電池回收市場的增長吸引了更多參與者,使之成為一個充滿活力的行業(yè)。隨著電動汽車的迅速采用,未來幾十年,對鋰離子電池以及鋰離子電池回收的需求將大幅增長。
目前,大多數(shù)回收公司位于中國(如邦普、華友鈷業(yè)、格林美)和歐洲(如Umicore、Akkuser、Accurec),中國公司處于優(yōu)勢。受益于已經很大的電池市場,又享受國家的各種支持,有很好的機會獲得大量可回收材料。大多數(shù)回收公司正在逐步提高其回收能力,以適應日益增長的報廢電池數(shù)量。
然而,這又取決于增加產能所需的投資。建設一個新的回收工廠或增加現(xiàn)有工廠的產能需要大量投資。高投資、正確的策略和快速提高回收能力是關鍵。因此,今天規(guī)模較小的參與者或新來者可能增加其市場份額,而領導者的市場份額可能減少,一切都取決于做法。
由于車企有義務回收其報廢電池,大多數(shù)車企已在評估不同的回收公司,并為其車輛尋找最佳的電池回收合作伙伴(例如本田和SNAM、奧迪和MG汽車與Umicore)。與回收方法(火法冶金、濕法冶金)、各種工藝步驟和使用的化學品以及回收能力相關的環(huán)境標準是最重要的評估因素。
二次電池在電池回收供應鏈中提供了巨大的價值機會,但存在許多技術、經濟和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn),這些挑戰(zhàn)阻礙了公司為第二代電池建立經濟可行的商業(yè)模式。
供應鏈中有許多新的合作伙伴關系、合資企業(yè)和收購正在進行。這些措施加強了公司的地位,確保了鋰和鈷等戰(zhàn)略材料的獲取,確保了增長,并促進了進入新市場。
第三道坎兒:技術創(chuàng)新
動力電池的創(chuàng)新有很多困難的技術工作,也有一些營銷和溝通問題。技術方面,相對于基于液體/聚合物凝膠電解質的傳統(tǒng)鋰離子電池,固態(tài)電池具有明顯的優(yōu)勢。
今天,開發(fā)任何電池的主要市場驅動因素都是排放控制法規(guī),尤其是汽車行業(yè),這推動了車隊電氣化的趨勢。盡管客戶對電動汽車的興趣越來越大,但人們仍然擔心電動汽車的行駛里程短、充電時間長和安全性。為了解決這些問題,企業(yè)已將重點放在固態(tài)電池上,旨在開發(fā)具有更高能量密度、快速充電能力、更低成本和更高安全性的下一代電池。不過,如今的鋰離子電池沒有明顯的問題,對于包括電動汽車、消費類應用等在內的大多數(shù)應用都足夠好。因此,企業(yè)目前只是投資于固態(tài)電池,作為傳統(tǒng)鋰離子電池的替代品(二次選擇)。
不同的固態(tài)電池開發(fā)商針對不同的應用,如電動汽車、消費、航空航天和開放空間應用。然而,固態(tài)電池的最大興趣在電動汽車應用,因此電動車企也對其感興趣。事實上,電動車企是固態(tài)開發(fā)和商業(yè)化的最重要參與者。固態(tài)電池供應鏈受到電動車企需求的影響,面對每年有大量車輛,每輛車需要大量電池,他們投入了巨額資金,想讓固態(tài)電池以區(qū)別于競爭對手,需要大量電池,并建立成熟的銷售和分銷網絡。
為了開發(fā)固態(tài)電池技術,大眾、現(xiàn)代和寶馬等許多電動車企已經投資或與固態(tài)電池開發(fā)商進行合作,計劃在未來幾年推出固態(tài)電池電動汽車(僅小批量生產)。大眾與固態(tài)電池開發(fā)商QuantumScape建立合作伙伴關系,計劃在2025年推出固態(tài)電池電動汽車。
2025年將是固態(tài)電池商業(yè)化的決定性一年。過去幾年中,固態(tài)電池的研究活動越來越多。然而,固態(tài)電池的發(fā)展仍處于起步階段。許多固態(tài)電池開發(fā)商計劃在2025年前將其電池商業(yè)化,這無疑將是電動汽車的一個重要里程碑。
從許多電動車企的路線圖、技術成就和供應鏈合作可以看出,搭載固態(tài)電池的汽車將于2030年左右開始大規(guī)模生產。2027年,固態(tài)電池需求將低于2.5 GWh,與2027年鋰離子電池總需求相比數(shù)量很小。因此,預計不會有從傳統(tǒng)鋰離子到固態(tài)電池的大容量“轉換”。99%以上的固態(tài)電池需求將用于電動汽車。
現(xiàn)在,業(yè)界對固態(tài)電池好處的看法已經發(fā)生了變化,它被認為是電池和電動車企技術路線圖中的終極里程碑。幾年前,許多公司認為這種電池是“一只圣杯”,可以徹底改變電池和電動汽車行業(yè)。此后,許多電動車企押注于固態(tài)電池初創(chuàng)公司,要么是因為他們對商業(yè)產品的快速發(fā)展持樂觀態(tài)度,要么是為了確保他們在日益激烈的電池競爭中不會被甩在后面。
“固態(tài)電池”這個神奇的詞也為風投基金和公共基金提供了“借口”,從而減少了電動車企自身所需的投資額。將固態(tài)技術應用于大規(guī)模生產是一項艱巨的任務,可能需要比之前預期更多的時間。
顯而易見,合作關系比以往任何時候都更重要,可以將所有必要的固態(tài)電池技術知識匯集在一起:技術、設備、高產量/高產量生產和終端系統(tǒng)。在陶瓷材料和陶瓷基器件方面擁有專業(yè)知識的合作伙伴,以及在鋰金屬陽極和電極/電解質界面方面的經驗,可能會大大縮短將固態(tài)電池推向市場所需的時間。
回到現(xiàn)實
固態(tài)電池目前被認為只是傳統(tǒng)鋰離子電池逐步改進的一個附加步驟,事實上,大多數(shù)電池和電動車企正將精力重新集中在短期技術里程碑上,如富鎳陰極(NCM811)、硅石墨陽極和無鈷陰極。
將電池集成到車輛中最常見的方法是模塊化方法。制造電池組的另一種方法是Cell To PACK(電池-電池包),也叫無模組技術,其中電池單元直接集成到電池組中,無需中間模塊。如今,許多電池制造商,如比亞迪、寧德時代和LG Energy Solution都在探索這種方法。將電池集成到車輛中的最新方法是電池到底盤的方法,將電池直接集成到車身中。
鋰離子電池組的性能取決于許多因素,如電池化學、能量和功率密度、充電/放電效率、循環(huán)壽命以及電池組組件,包括電池、BMS、熱管理系統(tǒng)、互連和安全組件。
最常見的電池化學成分是用于高檔電動汽車的鋰NMC和鋰NCA。此外,低成本無鈷LFP電池也越來越受歡迎。
看了2021至2027年按組件劃分的電池組市場價值(單位10億美元),包括電芯、BMS、熱管理、安全組件、電氣互連、外殼和組裝各自的市場走向,也許對你所從事的細分行業(yè)會有一個新的認識。