頭圖來自:視覺中國
電動(dòng)汽車的歷史比現(xiàn)在最常見的內(nèi)燃機(jī)車要早。直流電機(jī)之父匈牙利的發(fā)明家、工程師阿紐什·耶德利克最早于 1828 年在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)了電磁轉(zhuǎn)動(dòng)的行動(dòng)裝置。美國人托馬斯·達(dá)文波特于 1834 年制造出第一輛直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車。1859 年法國物理學(xué)家、發(fā)明家加斯東·普朗特發(fā)明了可充電的鉛酸電池,隨著蓄電池技術(shù)的發(fā)展,電動(dòng)汽車19世紀(jì)下半葉在歐美得到了較為廣泛的運(yùn)用,形成了以蒸汽、電動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)三分天下的車輛市場(chǎng)。
由于美國德州石油的開發(fā)和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的提高,續(xù)航里程孱弱的鉛酸蓄電池汽車在 1920 年之后漸漸地失去了優(yōu)勢(shì),車輛市場(chǎng)逐步被內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車取代,人們幾乎忘記還有電動(dòng)汽車的存在。
一、初探鋰離子電池
1920 年之后電動(dòng)汽車的發(fā)展完全停滯,直到 1991 年 6 月,日本索尼公司推出了第一塊商品化鋰離子電池,掀起了電池工業(yè)的第一次革命;由于單位密度容量大,而且工作中的穩(wěn)定性非常好,鋰離子電池迅速革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌,廣泛應(yīng)用于銷售市場(chǎng)。
此時(shí)正值鋰電池野蠻生長的時(shí)期,這種能量密度更高、擁有良好循環(huán)性能的電池促使電動(dòng)汽車行業(yè)開始復(fù)蘇。加上石油資源的日益減少、大氣環(huán)境污染等問題,汽車廠商紛紛著手研究搭載鋰電池的新產(chǎn)品,人們才重新關(guān)注起電動(dòng)汽車。
Prairie Joy EV 在北極
1996 年,日產(chǎn)成功研發(fā)世界上第一輛搭載圓柱形鋰離子電池的電動(dòng)車 Prairie Joy EV。日本國立極地研究所北極觀測(cè)中心將其作為支援車,在惡劣的氣候條件下使用了 6 年之久。證明了鋰離子電池在極端條件下的可用性和耐久性。
自此,鋰離子電池汽車正式登上舞臺(tái)。
二、三元鋰的勝利
盡管 Prairie Joy EV 獲得了巨大的成功,但是日產(chǎn)依然沒有信心把它投放到消費(fèi)市場(chǎng),僅僅限于車隊(duì)銷售,從 1997 年起向各個(gè)實(shí)體出售了大約 30 臺(tái)。此后的時(shí)間里,汽車廠商似乎陷入了沉默,再也沒有大規(guī)模銷售的電動(dòng)汽車產(chǎn)品出現(xiàn)。
與此同時(shí),電池行業(yè)開始了高歌猛進(jìn)的發(fā)展,1995 年,王傳福在深圳龍崗創(chuàng)建比亞迪實(shí)業(yè)公司,主要是開發(fā)、生產(chǎn)電動(dòng)工具使用的電池。
2003 年,比亞迪已經(jīng)成長為全球第二大充電電池生產(chǎn)商,這時(shí)王傳福發(fā)現(xiàn)電池產(chǎn)業(yè)很容易做到天花板,于是決定投一個(gè)行業(yè)。“當(dāng)時(shí)有兩個(gè)選項(xiàng),一是半導(dǎo)體,二是汽車。但因?yàn)槭诸^只有20億,不可能兩個(gè)都投。最終選擇了汽車。”他說。
于是王傳福一舉收購秦川汽車有限責(zé)任公司,成立了比亞迪汽車有限公司跨界汽車制造,同年,馬丁·艾伯哈德和馬克·塔彭寧創(chuàng)立特斯拉汽車公司,他們開始嘗試以英國蓮花跑車為基礎(chǔ),研發(fā)第一輛純電動(dòng)跑車 Tesla Roadster。
由于特斯拉的兩位創(chuàng)始人對(duì)電池都沒有獨(dú)立研發(fā)和生產(chǎn)的能力,只能去市場(chǎng)上尋找合適的電池產(chǎn)品進(jìn)行改造,經(jīng)過漫長的篩選,最終他們選擇了已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn),能量密度高且成本較低的 18650 圓柱型電池。2008 年,Tesla Roadster 問世,該車是首輛使用鋰離子電池的商用汽車,也是第一輛續(xù)航里程超過 390 公里的電動(dòng)汽車;3.7 秒的恐怖加速能力吸引了大批硅谷新貴,不惜花費(fèi) 11 萬美元的高價(jià)將其收入囊中。
環(huán)球展示中的 Roadster (2010 年)
盡管如此,特斯拉每賣出一臺(tái) Roadster 就要倒貼 1 萬美元,它的造價(jià)太高了。
據(jù)傳在 Roadster 中,僅電池管理系統(tǒng)的造價(jià)就達(dá) 2 萬美元。失控的成本嚴(yán)重限制了特斯拉的發(fā)展,也帶來了復(fù)雜的財(cái)務(wù)問題,兩位創(chuàng)始人先后辭職,特斯拉迎來了第四任 CEO——靈魂人物,伊隆·馬斯克。
“改變行業(yè)的努力幾乎是不可能的。如果沒有馬丁不可或缺的努力,那么特斯拉公司今天就不會(huì)在這里。”馬斯克說。他也終于如愿掌舵特斯拉,開始加速世界向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)變。
為了實(shí)現(xiàn)“為每一個(gè)普通消費(fèi)者提供其消費(fèi)能力范圍內(nèi)的純電動(dòng)車輛”的目標(biāo),馬斯克迫切地需要找到一家穩(wěn)定低價(jià)的電池供應(yīng)商,并通過量產(chǎn)攤平車輛的研發(fā)成本。最終他把目光鎖定在松下生產(chǎn)的 18650 圓柱電池身上,特斯拉團(tuán)隊(duì)內(nèi)部對(duì)其的評(píng)價(jià)是“完全符合要求”;而這時(shí)的松下正因押注等離子電視失敗陷入巨虧 40 億美元的泥潭,公司也需要借助新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展恢復(fù)元?dú)狻.?dāng)年,雙方就開始了動(dòng)力電池的研發(fā)工作。
2010 年,松下以 3000 萬美元入股特斯拉。次年,雙方簽訂了首份合作協(xié)議,約定未來4年,松下為特斯拉供應(yīng) 6.4 億顆 18650 電池。兩年后,雙方續(xù)約,將合作數(shù)量提升到 18 億顆,松下成為特斯拉獨(dú)家戰(zhàn)略供應(yīng)商。
截至 2012 年,特斯拉在 31 個(gè)國家銷售了超過 2250 輛 Roadster。隨著價(jià)格更低的 Model S 車型揭幕上市,特斯拉在汽車行業(yè)逐步站穩(wěn)腳跟。同年,剛剛成立兩年的寧德時(shí)代與寶馬集團(tuán)達(dá)成戰(zhàn)略合作,開始為華晨寶馬旗下之諾電動(dòng)車開發(fā)動(dòng)力電池。
三、擁抱磷酸鐵鋰
渡過美國金融危機(jī)的特斯拉,憑借能量密度更勝一籌的三元材料電池和全新 Model S/X 車型獲得了巨大的成功, 之后更是通過更高效、更快捷的 21700 鋰電池拉低了產(chǎn)品的定價(jià)區(qū)間,推出了火爆全球的 Model 3 ,確立了特斯拉全球電動(dòng)汽車的標(biāo)桿之位。
相較于18650電池,21700 電池單體容量提升 35%,能量密度提升了 20%,系統(tǒng)售價(jià)下降約 9%,這無疑降低了電動(dòng)汽車的生產(chǎn)門檻。特斯拉和松下這對(duì)組合的成功,打消了很多車企的顧慮,越來越多的品牌開始加入電動(dòng)汽車行列。乘著新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新政策的東風(fēng),蔚來、理想等新勢(shì)力造車品牌相繼成立,寧德時(shí)代也站上了這個(gè)風(fēng)口,將更多精力放在了三元為正極材料的產(chǎn)品打磨上。
此后的幾年里,硬殼電池包+三元鋰材料的組合一直都是高端電動(dòng)車的象征,寧德時(shí)代更是憑借過硬的產(chǎn)品實(shí)力成為了全球出貨量第一的動(dòng)力電池廠商。而磷酸鐵鋰材料雖然熱穩(wěn)定性更好更安全,但由于能量密度較低且低溫狀態(tài)下掉電過快,只能被用在一些經(jīng)濟(jì)低廉的車型上,甚至一度成為騙取新能源補(bǔ)貼的車企獲利的工具。
時(shí)間來到 2019 年,超級(jí)工廠落戶上海,特斯拉開始了國產(chǎn)化進(jìn)程。為了進(jìn)一步降低售價(jià),國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)版 Model 3 選擇搭載方形磷酸鐵鋰電池,這應(yīng)該是磷酸鐵鋰電池首次攻入 30 萬元級(jí)市場(chǎng)。通過幾次 OTA 升級(jí)優(yōu)化充電速度和放電能力后,磷酸鐵鋰版 Model 3 開始被市場(chǎng)接受,2020 年全年特斯拉在中國賣出了近 14 萬輛 Model 3,其中大部分都是搭載磷酸鐵鋰電池的入門版本,供應(yīng)商寧德時(shí)代的股價(jià)也一路水漲船高,突破 400 元大關(guān)。
動(dòng)力電池包示意圖
隨著電池產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)化,磷酸鐵鋰電池?fù)碛辛藥缀蹩梢耘c三元電池一較高下的續(xù)航能力,加上新能源補(bǔ)貼開始退坡,原材料價(jià)格上漲等因素,認(rèn)識(shí)到磷酸鐵鋰電池性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的車企開始主動(dòng)研發(fā)、設(shè)計(jì)搭載磷酸鐵鋰電池的車型。戴姆勒、大眾、福特已明確表示,會(huì)推出磷酸鐵鋰電池車型,特斯拉 CEO 馬斯克更是宣布,未來全球范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版 Model 3 和 Model Y,都將全部改用磷酸鐵鋰電池。
曾因押注磷酸鐵鋰電池技術(shù)路線而錯(cuò)過三元鋰電池紅利的比亞迪,終于看到了希望的曙光,刀片電池這一漸變式的創(chuàng)新,將成為反擊的利刃。2021 年 4月,比亞迪宣布旗下全系純電乘用車型都將搭載磷酸鐵鋰刀片電池。比亞迪總裁王傳福對(duì)刀片電池很自信,說它可以“倒逼整個(gè)新能源汽車行業(yè)做出改變”。
根據(jù)中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù),2021 年 1~11 月,磷酸鐵鋰電池累計(jì)裝機(jī)量為 64.8 GWh,占總裝機(jī)量的 50.5%,高出三元鋰電池 1.2%。歷時(shí) 3 年,磷酸鐵鋰電池全面反超三元電池,重回市場(chǎng)中心,只是這次它已經(jīng)撕掉了低端山寨的標(biāo)簽。
四、三元鋰的回歸
在上海交通大學(xué)建校125周年活動(dòng)上,沈南鵬曾提問寧德時(shí)代董事長曾毓群:三四年后,三元電池和磷酸鐵鋰電池將會(huì)各占多少比例?
曾毓群沒有給出具體數(shù)值,但他表示,隨著充電樁的愈發(fā)普及,未來續(xù)航里程需求降低,磷酸鐵鋰電池的增長速度會(huì)非?,三元鋰電池的占比則會(huì)逐步減少,而一些需要長續(xù)航的高端車依然會(huì)需要高能量密度的三元鋰,“我們基本上是不能偏科的,全部產(chǎn)業(yè)鏈都做”。
磷酸鐵鋰勢(shì)如破竹,并不意味著三元鋰電池會(huì)就此沉寂,多位從業(yè)者表示不必?fù)?dān)心,現(xiàn)在這種情況只是市場(chǎng)選擇的結(jié)果,沒有哪種技術(shù)是可以始終領(lǐng)先的,企業(yè)只會(huì)傾向于選擇成本更低,性價(jià)比更高的方案。雖然磷酸鐵鋰電池一直努力向更高的價(jià)位滲透,但是就目前而言,三元鋰電池依然在續(xù)航里程更高,定位更高端的車型上占據(jù)主導(dǎo)地位。
就在上個(gè)月,特斯拉官方推特宣布,位于美國加州的 Fremont 工廠成功下線了第 100 萬顆 4680 電芯,這被視為三元鋰電池領(lǐng)域最讓人期待的技術(shù)創(chuàng)新。其實(shí)早在 2020 年,馬斯克在特斯拉電池日發(fā)布這種新技術(shù)的時(shí)候,就吊足了大家胃口,甚至有些準(zhǔn)車主愿意放棄提車等待搭載新電池的車型上市。
4680 電芯是指直徑 46 mm,高 80 mm 的圓柱型電池,采用激光雕刻的無極耳技術(shù),去掉了電池主要發(fā)熱部件,內(nèi)阻減少,讓更高密度電芯成為可能。根據(jù)特斯拉 4680 電芯的性能規(guī)劃和體積、重量換算,與現(xiàn)有車型搭載的 21700 電池相比,未來量產(chǎn)的 4680 電芯可以實(shí)現(xiàn) 12.39% 的體積能量密度提升,以及 18.67% 的重量能量密度提升。在擊敗燃油車最驕傲的續(xù)航能力上,這種電芯被給予了厚望。
三種規(guī)格電芯對(duì)比
近日,松下正式宣布將在日本和歌山縣的工廠建一座新的 4680 電池的生產(chǎn)設(shè)施,該工廠將增建兩條生產(chǎn)線,并在 2023 財(cái)年大規(guī)模生產(chǎn)用于電動(dòng)汽車的 4680 電池。
同時(shí),在美國得克薩斯州的特斯拉超級(jí)工廠,首批采用 4680 電池和結(jié)構(gòu)化電池組(CTC)的 Model Y 已經(jīng)開始生產(chǎn),有望在一季度末向消費(fèi)者交付。
結(jié)語
當(dāng) 4680 大圓柱電池逐步成熟,配合 CTP、CTC 等技術(shù),三元鋰電池的單位成本將進(jìn)一步降低,到那時(shí)三元鋰電池是否會(huì)重回巔峰,又或者會(huì)被鈉離子電池等全新的技術(shù)路線顛覆取代呢?這些,就交給時(shí)間來告訴我們答案吧。
氫能源為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力2024-06-04 09:19
|
起大早趕晚集,歐洲動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)何時(shí)崛起?2024-05-29 18:30
|
|
2024鋰電池行研報(bào)告2024-05-24 18:59
|
歐美全面 “圍剿” 下,中國鋰電全球化的勢(shì)與劫2024-05-22 14:48
|
行業(yè)唯一,出貨逆勢(shì)狂飆,下一個(gè)寧德時(shí)代?2024-05-21 12:07
|
讓“退役”電池變廢為寶 我國動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展2024-05-20 18:58
|
廢舊電池“退役潮”將來臨 它們?nèi)绾巫儚U為寶?2024-05-19 14:05
|
鋰電產(chǎn)業(yè)投資“退燒”的三點(diǎn)思考2024-05-17 12:34
|
美宣布對(duì)鋰電池等中國商品加征關(guān)稅 產(chǎn)業(yè)鏈人士:出口市場(chǎng)北美占比不大2024-05-15 12:16
|