鉅大LARGE | 點擊量:1113次 | 2018年08月15日
新經(jīng)濟(jì)始于鋰電池動力
目前我國發(fā)展新能源汽車面臨以下幾個契機(jī):環(huán)境問題嚴(yán)重、海外新能源汽車市場初現(xiàn)規(guī)?;E象、國家扶持實質(zhì)化、產(chǎn)業(yè)有技術(shù)積累。
國際能源署整理的各國規(guī)劃顯示,全球2015年將銷售約200萬輛電動汽車/插電式混動汽車,到2020年銷售大約440萬輛。美國、日本和歐洲是主要市場,中國市場也在積極成長。而2012年全球新能源汽車銷量僅為120萬輛,且以混合動力為主。
電池、電機(jī)和電控為產(chǎn)業(yè)鏈核心部分。電池方面,鋰電池是目前公認(rèn)最安全、產(chǎn)業(yè)化后成本最有可能為消費(fèi)者所接受的汽車動力電池。電機(jī)方面,目前高端車型(Tesla)采用交流電機(jī),而從經(jīng)濟(jì)及性能考慮,永磁同步電機(jī)為主流發(fā)展方向。
發(fā)展新能源汽車成戰(zhàn)略選擇
新能源汽車包括純電動汽車、插電式混合動力汽車、非插電式混合動力汽車和燃料電池汽車等。2013年之前,全球新能源汽車發(fā)展較緩慢,一方面由于新能源汽車開發(fā)成本居高不下,相關(guān)車企大多虧損,另一方面也沒有代表性車型吸引消費(fèi)者;2013年初開始,特斯拉成為新能源汽車領(lǐng)域最大亮點,ModelS榮登一季度北美豪車銷售榜首位,并且實現(xiàn)盈利,成為全球迄今為止最成功的新能源汽車。
發(fā)展新能源汽車是大勢所趨。從國家戰(zhàn)略高度思考,在化石能源緊缺,環(huán)境污染愈加嚴(yán)重的今天,發(fā)展新能源汽車已成為降低化石能源消耗、減少環(huán)境污染的有效舉措,各國政府扶持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意圖十分明顯。而中國面臨著嚴(yán)重的環(huán)境污染問題、原油對外依賴度居高不下、汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展也落后于發(fā)達(dá)國家,發(fā)展新能源汽車是中國國家戰(zhàn)略的必然選擇。
20世紀(jì)末,高漲的油價和人們對氣候問題的擔(dān)憂,使電動車受到廣泛關(guān)注。歐美日各系廠商都開始在電動車領(lǐng)域發(fā)力。1993年,美國政府制訂了PNGV計劃,三大整車廠紛紛推出以內(nèi)燃機(jī)為基本動力源的混合動力概念車(輕混),這些概念車型由于采用了制動能量回收技術(shù)而更加節(jié)能,在降低油耗和排放方面都有十分出色的表現(xiàn)。盡管過高的成本未能使這些概念車實現(xiàn)商業(yè)化,但這個計劃在美國掀起了一波汽車新技術(shù)研發(fā)浪潮。大眾、豐田等車廠也推出了各自的混合動力車,其中,豐田Prius獲得了巨大成功。
如今,插電式混合電動汽車(重混)和純電動車已成為電動車發(fā)展方向。目前插電式混合動力汽車的性能已經(jīng)基本可以滿足消費(fèi)者的日常需求。純電動車方面,TeslaModelS最高續(xù)航已經(jīng)超過500公里,部分性能甚至超過了傳統(tǒng)汽車。
為了促進(jìn)新能源汽車的發(fā)展,全球各主要經(jīng)濟(jì)體均制定了電動汽車的發(fā)展規(guī)劃或目標(biāo)。根據(jù)國際能源署的統(tǒng)計,如果所有這些國家公布的目標(biāo)都能夠?qū)崿F(xiàn),到2015年會銷售大約200萬輛電動汽車/插電式混合電動汽車,到2020年將銷售大約440萬輛。
2012年美國國內(nèi)電動汽車銷售總量為5.3萬輛,其中純電動汽車銷售14687輛,僅為全年汽車銷售量的0.1%。2013年這一數(shù)據(jù)有了明顯的改善,2013年電動汽車的銷售總量為9.6萬輛,其中純電動車銷售量為4.8萬輛,是2012年的三倍之多。整個銷量呈上升趨勢,純電動汽車的貢獻(xiàn)較大。相較于美國,歐洲更青睞零污染的純電動汽車。在新能源車的推廣過程中,最為成功也是最為著名的一款車型是EV版標(biāo)志106。該車型在歐洲各國的政府部門當(dāng)中擁有大量的用戶??梢灶A(yù)見,未來市場將更偏向于消費(fèi)純電動汽車。
“十一五”期間我國新能源汽車扶持政策密集出臺,且對于產(chǎn)銷量、補(bǔ)貼政策等進(jìn)行了更為明確、細(xì)致的規(guī)劃,為行業(yè)發(fā)展提供了基礎(chǔ)與動力。這標(biāo)志著我國新能源汽車進(jìn)入實質(zhì)性、快速發(fā)展階段。
2013-2014年,財政部、科技部、工信部、發(fā)改委公布前兩批新能源汽車推廣應(yīng)用城市名單,涉及40個城市、區(qū)域。這40個城市、區(qū)域中,以經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)居多,亦包含城市群形式聯(lián)合申報的二三線城市,各個地區(qū)對于新能源汽車推廣具有較高積極性。
隨著我國新能源汽車進(jìn)入實質(zhì)性發(fā)展階段,我國新能源汽車呈現(xiàn)產(chǎn)銷兩旺的格局。2010-2013年我國新能源汽車產(chǎn)量復(fù)合增速51.78%,銷量復(fù)合增速55.01%。2013年,我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別達(dá)1.75萬輛、1.76萬輛。
從車型結(jié)構(gòu)來看,2013年,新能源汽車以純電動汽車為主,2012-2013年該車型銷量占比88.93%、82.78%,混動車型占比11.07%、17.22%。
截至2013年底,我國新能源汽車產(chǎn)銷量累計約5.6萬輛。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》,規(guī)劃到2015年,純電動汽車和插電式混合動力汽車?yán)塾嫯a(chǎn)銷量力爭達(dá)到50萬輛;到2020年,累計產(chǎn)銷量超過500萬輛。我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)在未來數(shù)年將迎來快速增長階段?!笆濉逼陂g市場容量約450萬輛。
與儲能對接推動鋰電成本下降
電池技術(shù)路線(燃料、鎳氫、超級電容等)一直有爭議。而Tesla千兆鋰電池工廠的開工,至少說明Tesla對鋰電池中期發(fā)展有信心。盡管可能會有企業(yè)跳出Tesla的框架另起爐灶,但不可否認(rèn)的是,更多的國家和企業(yè)(尤其是中國)會作為跟隨者和模仿者參與其中,而產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步速度往往與參與者的數(shù)量正相關(guān)。我們認(rèn)為技術(shù)路線的基本確定,會加速產(chǎn)業(yè)的集群,產(chǎn)業(yè)集群會加速技術(shù)進(jìn)步,并且由于鋰電池的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)比較成熟,而且分工明確,成本下降空間大。
在技術(shù)路線確定,產(chǎn)業(yè)競爭加速成本下降的過程中,不僅是新能源汽車,儲能的需求也會快速甚至爆發(fā)式增長。電動車的電池可與儲能天然緊密對接。電動車對鋰電池的質(zhì)量要求高,而儲能則不然,待新能源汽車市場啟動后,可以將置換或者淘汰的車用電池用于儲能(充電樁或者家用的系統(tǒng)),這樣多次利用,成本會大幅攤??;鋰電池的成本下降不但會帶動電動車,也會帶動光伏自發(fā)自用的需求。
電解液、隔膜、正極材料和負(fù)極材料被稱為鋰電池的四大材料。
相較于鋰電紛繁復(fù)雜的技術(shù)路線選擇,鋰的需求非常明確,只要是“鋰電池”就需要鋰,不論是碳酸鋰、氫氧化鋰,甚至是金屬鋰。當(dāng)前全球鋰資源供給呈高度壟斷態(tài)勢,三大鹵水廠商SQM、Rockwood、FMC合計占據(jù)了全球鋰市場45%的份額,鋰精礦供應(yīng)商Talison依托中國強(qiáng)勁需求成功二期擴(kuò)產(chǎn),市占率2012年躍居首位,高達(dá)35%。三份鹵水+一份礦合計供應(yīng)了全球80%的市場。
全球鋰供給與需求基本持平?;趯﹄妱悠囋鲩L的預(yù)期,不論是原有四家寡頭,還是新進(jìn)入者,均有產(chǎn)能擴(kuò)張計劃。但是,由于資源品位不同、自然環(huán)境差異、融資進(jìn)展以及開發(fā)工藝試驗等方面的不確定性,新進(jìn)入者規(guī)劃的產(chǎn)能并不能迅速轉(zhuǎn)化成產(chǎn)量,因此在中短期內(nèi),供給仍主要由四家寡頭控制。
正極材料方面,目前鋰離子電池正極材料選擇方向很多,主流材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等方向。正極材料約占整個電池成本的30-40%。
負(fù)極材料方面,技術(shù)相對最成熟。通常將鋰電池負(fù)極材料分為兩大類:碳材料和非碳材料。其中碳材料又分為石墨和無定形碳,如天然石墨、改性石墨、石墨化中間相碳微珠、軟炭(如焦炭)和一些硬炭等。其他非碳負(fù)極材料有氮化物、硅基材料、錫基材料、鈦基材料、合金材料等。
隔膜方面技術(shù)壁壘較高。鋰電池隔膜主要功能是使電池的正、負(fù)極分隔開來,防止兩極接觸而短路,同時允許電解質(zhì)離子于其間通過;在電池過熱時,通過閉孔功能來阻隔電流傳導(dǎo)。
目前隔膜的發(fā)展有兩條路線,對消費(fèi)電子類電芯而言,為了迎合美觀、便于攜帶的要求,輕薄化和提高能量密度是發(fā)展趨勢,一般采用單層PP、PE隔膜;對動力電池而言,由于主要應(yīng)用在電動自行車、汽車、儲能電站上,因此更注重安全性,通常采用多層功能性復(fù)合隔膜。
我們預(yù)計2014-2016年全球鋰電池年需求增速在25-30%左右,到2016年,全球鋰電池隔膜市場將達(dá)到86億元左右,國內(nèi)隔膜市場規(guī)模在13億元左右。未來若電動汽車、儲能電站需求爆發(fā),隔膜市場更有望大幅增長。
電解液由鋰鹽(六氟磷酸鋰)、溶劑、添加劑組成,其中六氟磷酸鋰是電解液成本最重要的組成部分,約占到電解液總成本的43%。
2011年之前,國內(nèi)可實現(xiàn)量產(chǎn)的六氟磷酸鋰生產(chǎn)企業(yè)僅日本森田化學(xué)(張家港)和天津金牛兩家,本土的天津金牛2010年產(chǎn)能僅250噸,六氟磷酸鋰幾乎全部依賴日本,當(dāng)時StellaChemifa、關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷了全球90%的市場份額。
六氟磷酸鋰原本是電解液產(chǎn)業(yè)鏈條中技術(shù)壁壘最高的產(chǎn)品,但隨著國內(nèi)廠商技術(shù)的突破,多氟多、九九久為首的國內(nèi)廠商快速擴(kuò)張產(chǎn)能,使得原本具有高壁壘高毛利率的六氟磷酸鋰盈利能力大幅下滑。
目前全球動力電池主要朝向三個方向發(fā)展:三元材料(NCA、NMC)、磷酸鐵鋰材料(LFP)以及錳酸鋰材料(LMO),主要為兼顧能量密度、成本和安全性。其中三元材料具有較好的能量密度和功率密度,但安全性能較低,成本相對較高;磷酸鐵鋰安全性能較好,成本較低,但能量密度以及功率密度較差;錳酸鋰綜合性能較為均衡,無突出優(yōu)勢和劣勢。
以當(dāng)前新能源汽車廠商選擇路徑來看,一種是以美國、中國為主的磷酸鐵鋰為正極的電池路線,另外一種是以韓國、日本為主的三元材料、錳酸鋰為正極的電池路線,目前還未確認(rèn)哪種技術(shù)路線會成為最終的選擇,但因主流汽車生產(chǎn)廠商多為日系及美系汽車,而美系汽車鋰電池較多的由日韓鋰電企業(yè)供應(yīng),因此動力鋰電池更多是在三元以及錳酸鋰材料之間選擇。
相較于鋰電紛繁復(fù)雜的技術(shù)路線選擇,鋰的需求非常明確,只要是“鋰電池”就需要鋰,不論是碳酸鋰、氫氧化鋰,甚至是金屬鋰。當(dāng)前全球鋰資源供給呈高度壟斷態(tài)勢,三大鹵水廠商SQM、Rockwood、FMC合計占據(jù)了全球鋰市場45%的份額,鋰精礦供應(yīng)商Talison依托中國強(qiáng)勁需求成功二期擴(kuò)產(chǎn),市占率2012年躍居首位,高達(dá)35%。三份鹵水+一份礦合計供應(yīng)了全球80%的市場。
全球鋰供給與需求基本持平?;趯﹄妱悠囋鲩L的預(yù)期,不論是原有四家寡頭,還是新進(jìn)入者,均有產(chǎn)能擴(kuò)張計劃。但是,由于資源品位不同、自然環(huán)境差異、融資進(jìn)展以及開發(fā)工藝試驗等方面的不確定性,新進(jìn)入者規(guī)劃的產(chǎn)能并不能迅速轉(zhuǎn)化成產(chǎn)量,因此在中短期內(nèi),供給仍主要由四家寡頭控制。
正極材料方面,目前鋰離子電池正極材料選擇方向很多,主流材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等方向。正極材料約占整個電池成本的30-40%。
負(fù)極材料方面,技術(shù)相對最成熟。通常將鋰電池負(fù)極材料分為兩大類:碳材料和非碳材料。其中碳材料又分為石墨和無定形碳,如天然石墨、改性石墨、石墨化中間相碳微珠、軟炭(如焦炭)和一些硬炭等。其他非碳負(fù)極材料有氮化物、硅基材料、錫基材料、鈦基材料、合金材料等。
隔膜方面技術(shù)壁壘較高。鋰電池隔膜主要功能是使電池的正、負(fù)極分隔開來,防止兩極接觸而短路,同時允許電解質(zhì)離子于其間通過;在電池過熱時,通過閉孔功能來阻隔電流傳導(dǎo)。
目前隔膜的發(fā)展有兩條路線,對消費(fèi)電子類電芯而言,為了迎合美觀、便于攜帶的要求,輕薄化和提高能量密度是發(fā)展趨勢,一般采用單層PP、PE隔膜;對動力電池而言,由于主要應(yīng)用在電動自行車、汽車、儲能電站上,因此更注重安全性,通常采用多層功能性復(fù)合隔膜。
我們預(yù)計2014-2016年全球鋰電池年需求增速在25-30%左右,到2016年,全球鋰電池隔膜市場將達(dá)到86億元左右,國內(nèi)隔膜市場規(guī)模在13億元左右。未來若電動汽車、儲能電站需求爆發(fā),隔膜市場更有望大幅增長。
電解液由鋰鹽(六氟磷酸鋰)、溶劑、添加劑組成,其中六氟磷酸鋰是電解液成本最重要的組成部分,約占到電解液總成本的43%。
2011年之前,國內(nèi)可實現(xiàn)量產(chǎn)的六氟磷酸鋰生產(chǎn)企業(yè)僅日本森田化學(xué)(張家港)和天津金牛兩家,本土的天津金牛2010年產(chǎn)能僅250噸,六氟磷酸鋰幾乎全部依賴日本,當(dāng)時StellaChemifa、關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷了全球90%的市場份額。
六氟磷酸鋰原本是電解液產(chǎn)業(yè)鏈條中技術(shù)壁壘最高的產(chǎn)品,但隨著國內(nèi)廠商技術(shù)的突破,多氟多、九九久為首的國內(nèi)廠商快速擴(kuò)張產(chǎn)能,使得原本具有高壁壘高毛利率的六氟磷酸鋰盈利能力大幅下滑。
目前全球動力電池主要朝向三個方向發(fā)展:三元材料(NCA、NMC)、磷酸鐵鋰材料(LFP)以及錳酸鋰材料(LMO),主要為兼顧能量密度、成本和安全性。其中三元材料具有較好的能量密度和功率密度,但安全性能較低,成本相對較高;磷酸鐵鋰安全性能較好,成本較低,但能量密度以及功率密度較差;錳酸鋰綜合性能較為均衡,無突出優(yōu)勢和劣勢。
以當(dāng)前新能源汽車廠商選擇路徑來看,一種是以美國、中國為主的磷酸鐵鋰為正極的電池路線,另外一種是以韓國、日本為主的三元材料、錳酸鋰為正極的電池路線,目前還未確認(rèn)哪種技術(shù)路線會成為最終的選擇,但因主流汽車生產(chǎn)廠商多為日系及美系汽車,而美系汽車鋰電池較多的由日韓鋰電企業(yè)供應(yīng),因此動力鋰電池更多是在三元以及錳酸鋰材料之間選擇。
新能源汽車電控系統(tǒng)主要包括電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、能量回饋系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。
配套服務(wù)方面有充電站及充電樁。充電模式主要分為:慢速充電和快速充電。慢速充電運(yùn)用32A、63A等水平的電流連續(xù)充電5-8小時,可利用電價較低的夜間時間,節(jié)約充電成本,但難以滿足電動汽車應(yīng)急充電需求??焖俪潆娺\(yùn)用75-400A電流短時間充電20分鐘-2小時,高效快速,但電流較大,對安全性亦提出更高要求。
從成本構(gòu)成來看,充電機(jī)、充電樁為充電站核心設(shè)備,占充電站總成本的45%-55%。充電樁成本主要由樁體、電能計量裝置等構(gòu)成,預(yù)計國網(wǎng)集采后較小的慢充電樁價格4000元左右,毛利率約30%。
截至2013年底,國家電網(wǎng)累計建成400座充換電站、1.9萬個充電樁。南方電網(wǎng)公司在深圳共建設(shè)運(yùn)營充、換電站7座,197個中速直流充電樁,2273個慢速交流充電樁。分區(qū)域來看,北京、上海、浙江城市群、廣東充電站、充電樁建設(shè)推進(jìn)較快。
根據(jù)《電動汽車科技發(fā)展十二五專項規(guī)劃》,我國規(guī)劃到2015年底,在20個以上示范城市和周邊區(qū)域建成由40萬個充電樁、2000個充換電站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)化供電體系。
3月19日,國網(wǎng)啟動2014年第一批電動汽車充換電設(shè)備招標(biāo)。直流充電設(shè)備招標(biāo)383套,交流充電設(shè)備招標(biāo)156套,換電系統(tǒng)招標(biāo)8套。我們預(yù)估交直流充電樁、充電屏招標(biāo)金額約5000萬元。
招標(biāo)節(jié)奏方面,預(yù)計2014年國網(wǎng)共進(jìn)行五次招標(biāo)。2014年初國網(wǎng)規(guī)劃充換電站投資約39億元,近期根據(jù)各省網(wǎng)公司上報的數(shù)據(jù),預(yù)計未來國網(wǎng)充換電站投資將達(dá)到600億元,其中充換電設(shè)備投資120億元。
目前發(fā)改委、國網(wǎng)對于快充、慢充充換電設(shè)備的建設(shè)持全面放開的態(tài)度,若相關(guān)企業(yè)、個人獲得政府批準(zhǔn),國網(wǎng)即積極支持,提供接電等配套服務(wù),甚至考慮與車企聯(lián)合合作,為車企提供充電樁等產(chǎn)品。
目前中石油、中石化均有建設(shè)快充電站意向,諸多公司亦在為各地區(qū)電力公司提供充電樁、充電屏產(chǎn)品,積極涉足該領(lǐng)域。
上一篇:蓄電池電解液液面高度的檢查方法
下一篇:儲能對接推動鋰電池成本下降