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从汽车动力电池的革命说起

一声枪响,一场汽车动力电池的革命又开始了。是谁打响了这一枪?毫无疑问,是宁德时代的巧克力电池块。尽管换电模式整体解决方案掩盖了这一枪,我们也必须看清楚巧克力电池块的黄金价值和市场价值,巧克力电池块既是一个标准产品,又是一个通用产品。相对于车电不分离的汽车动力电池,这是一个具有革命性意义的产品,它标志着一场变革已经开始,具有中国标准的汽车动力电池由此诞生。

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实际上汽车动力电池的革命是从特斯拉使用18650电池开始。我们知道18650电池是一个标准产品,同时也是一个通用产品。18650其实是指电池的外形规格,是日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准电池型号,其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。18650电池原指镍氢电池和锂离子电池,由于镍氢电池现在比较少用,所以现在多指锂离子电池。18650锂离子电池单节标称电压一般为3.6V 或3.7V;最小放电终止电压一般为2.5~2.75V。常见容量为1200~3300mAh。18650电池是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池,广泛应用在电子产品中。多年来,日本厂商在18650电池的生产工艺上积累了大量的经验,使得产出的18650电池的一致性、安全性都达到了非常高的水准。18650电池有很长的历史,适配性很强,形成了很大市场空间和应用范围,出现在笔记本电脑、3C数码、无人机、电动工具等众多领域。笔记本电脑基本上都是用的这个电池,很多民用产品也是用这个电池。特斯拉刚开始生产电动汽车时,从各种方案中最终优选的结果,选择使用了18650电池。18650电池的单体容量小,所需的单体数量会很多(Model S有7104只),但是一致性很好;层叠式电池的容量可以做得较大(20 Ah到60 Ah)。

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有专业人士认为对于特斯拉所使用的三元体系18650电池,充放电1500次是不会有问题的。以特斯拉每充放一次电开300公里计算(为保护电池,不充满电,用电量维持在85%),那么1500次就是45万公里。家用汽车一年最多行驶里程在2万到3万之间,那么10年最多也就是30万公里,特斯拉使用的电池完全不成问题,就北美第一批拿到车辆实测的情况证明,续航超过400km是没有任何问题的。

后来特斯拉又使用了21700电池,特斯拉为什么使用21700电池?

特斯拉并不是最先开始使用21700电池的厂家。早在2015年,松下就首先在自己研发的电动自行车上使用了这种电池。之后特斯拉看到这种电池使用效果很好,于是便向松下提出购买升级需求,加上二者的长期合作关系,Model3使用上21700电池也就顺理成章了。虽然定位比MODEL S/X低,但是电池技术却比两位大哥先进。特斯拉不负众望!用上全新的21700电池后,电动汽车充满电一次能跑500公里。

由于圆柱形电池产品已经非常成熟,所以可以直接在原来18650的基础上,通过增加3mm的直径50mm的高度来增加体积,带来更大的毫安时。此外,由于体积变大,21700电池还增加了多级电耳,以轻微提高电池充电速度。并且,电池的体积变大,车辆整体的电池数量也会相对减少,降低了BMS系统的复杂程度,顺带减轻了重量和成本。特斯拉选择21700电池革了18650电池的命。21700电池的性能比18650电池上了一个新台阶,很快取代了18650电池,在特斯拉电动汽车上发挥了很好的作用。但是21700电池仅仅装在特斯拉电动汽车上,发挥了特有的作用,这样看,它是一个标准电池,但是还不是一个通用电池,说它是一个标准电池,仅仅是指生产环节,而固定装在电动汽车上又不是标准电池,因为不同车辆安装数量和排列的次序不一样。

今年特斯拉又推出一款4680电池,并准备尽快在整车上应用。特斯拉希望将电池成本减半,4680电池成本减半的实现路径,分别是从提高新电池的制造效率、提高电池阳极和阴极材料的使用效率、以及电动车的集成度等几方面入手,最终实现续航里程提升54%但电池成本下降56%,同时电池每度电投资成本下降69%。到时候4680电池将革了21700电池的命,成为汽车动力电池最好的产品,因此业界普遍认为特斯拉的4680电池是一个具有革命性意义的产品。

111a.jpg特斯拉的“4680”电池,实际上是一种直径为46mm,高度为80mm的新型电池,2020年特斯拉举行“电池日”活动,马斯克当时宣布这款新电池的能量密度将增加5倍,续航里程增加16%,电池功率输出提高6倍,能够使得特斯拉的车型续航里程提升54%但电池成本下降56%,从而使得特斯拉的车型存在降价的空间。

马斯克和特斯拉均对4680电池寄予厚望,其中一个重要原因是公司希望在2023年左右推出售价只有2.5万美元的中低端车型。马斯克曾在去年的股东大会上表示,预计公司在2030年的销量将达到2000万辆,投资者认为这一销售目标的主要增长动力将来自售价更低的新车型。但受到新冠疫情的影响,全球汽车产业供应链出现严重短缺,特斯拉已经取消电动皮卡车Cybertruck、电动货车Semi和全新跑车Roadster等新车型在今年交付,而2.5万美元的新车型更是未有具体的时间表。

由于生产工艺不成熟,从发布至今4680电池一直未能实现大规模量产,马斯克表示,外界可能还不了解扩大新技术生产规模的极端困难性,“它比制造一些原型产品要困难10倍到100倍,而制造机器的机器也要比机器本身复杂困难得多。”不过特斯拉正在克服这一困难。在今年1月的电话财报会议上,马斯克就透露去年四季度位于美国得州的奥斯汀工厂已经开始生产配备4680电池的Model Y,预计将在今年第一季度开始交付。

特斯拉对4680电池之所以寄予厚望,正是由于到目前为止,4680电池被业界认为是可以大规模量产的,适合电动汽车使用的最高性能电池,从整体上大幅提高这一电池的使用,有希望让特斯拉电动汽车的销量上一个新的台阶。同样道理这个特斯拉的4680电池在生产环节是一个标准电池,固定装在车上是一个非标产品。车电不分离的特点使它不能成为一个通用电池。

目前为止,能够称得上具有革命性意义的汽车动力电池,也只有以上这样两家公司的产品。

去年在全球排名前十的国内汽车动力电池生产企业,比亚迪公司生产的刀片电池,多为自己生产的电动汽车使用,有其突出的特点和很高的性能,但是说不上是一个标准产品,更谈不上是一个通用产品。当然期待比亚迪公司拿出自己的标准电池和通用电池的产品。还有其他公司如中航锂电、国轩高科、远景动力、蜂巢能源等动力电池生产企业,仅仅为电动汽车生产企业配套生产电池而已,不敢迈出生产标准电池这一步。难道他们不想生产标准电池和通用电池吗?是市场限制了他们前进的步伐。谁敢冒险生产标准电池,唯有宁德时代。

特斯拉为什么要进行动力电池的革命?因为性能和成本,动力电池占电动汽车成本差不多一半,没有高性能低成本的电池,电动汽车是拼不过燃油汽车的。

经过这几年的发展,电动汽车一次充电可以续航超过500公里成为标准配置,已经有很多车型今年可以超过600公里,甚至1000公里。因此从性能上已经达到了目标,充满电的电动汽车与加满油的燃油汽车,续驶里程和驾驶体验上已经没有什么大的区别。

电动汽车电池性能的提升和成本的下降理论上还有很大空间。实际情况如何呢?

2021年全球各国注册的电动汽车电池电量总量为296.8GWh,比上年翻了一番多。尽管受到半导体供应短缺和冠状病毒再次传播等不利因素影响,但动力电池领域却从2020年第三季度开始复苏至今保持稳定的高增长趋势,有分析称,宁德时代、比亚迪等一批中国企业提振了整体市场。在整个2021年中,宁德时代始终一骑绝尘领跑全球动力电池装机量,2021年全年装机量累计达到96.7GWh,同比增长167.5%,市场占有率进一步提升至32.6%;比亚迪以26.3GWh位列全球第四,同比增长167.7%,市场占有率为8.8%;中创新航(原中航锂电)和国轩高科分别以同比增长超一倍的速度位列第七和第八位;远景动力虽然较2020年市占率有所减少,但仍以装机量4.2GWh位列第九;动力电池黑马蜂巢能源以同比增长超四倍,装机量3.1GWh的成绩再度跻身全球前十排名。

根据中汽协日前发布的数据,2021年,我国新能源汽车产销分别完成354.5万辆和352.1万辆,同比均增长1.6倍,市场占有率达到13.4%,高于上年8个百分点。从新能源汽车走势情况来看,全年保持了产销两旺的发展局面,3月份开始月销量超过20万辆,8月份超过30万辆,11月份超过40万辆,12月份达到53万辆,表现出持续增长势头。

中国汽车动力电池产业创新联盟发布的数据显示,2021年1-12月,我国动力电池装车量累计154.5GWh,同比累计增长142.8%。数据显示目前汽车动力电池装车的主要是磷酸铁锂电池和三元锂电池。

磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池,这一类电池的特点是不含贵重金属元素。而三元锂电池是使用镍钴锰酸锂作为正极材料,石墨作为负极材料的锂电池。作为市场上主要的两种动力电池技术,磷酸铁锂电池和三元锂电池有着各自的特点。例如磷酸铁锂电池相比三元锂电池在安全性上和价格方面有优势,而三元锂电池则在能量密度、电压强度和续航里程上更胜一筹。

而要知道,从去年开始,动力电池相关原料价格大涨,今年这一情况愈演愈烈。最新数据显示,截止2月11日,电池级碳酸锂的均价已从36.6万元/吨飙升至40万元/吨。在此背景下,磷酸铁锂电池凭借其价格优势成为许多车企的选择。

国际市场调研机构Wood Mackenzie研究报告指出,成本和安全性将继续是电池供应商在多种电池应用场景中需要首先考虑的因素,磷酸铁锂有望在未来10年内,超过三元锂电池成为占据主导地位的电能存储化学品,在储能市场站稳脚跟后将逐渐在电动汽车领域占据主导地位。

现在我们清楚的看到,去年磷酸铁锂电池的装车量为什么会超过三元锂电池,在续驶里程差不多的时候,价格成本因素是重要原因。虽然三元锂电池性能上超过磷酸铁锂电池,但是价格高出一定幅度,就会被减少使用,只能由市场决定。市场就是市场,原材料的大幅度涨价,是难以阻挡的。特斯拉4680电池很快就会用到车上,什么结果很快就会出来。

宁德时代为什么进行动力电池的革命?可能是多种因素促成。其中帮助新能源汽车生产企业迈过一个门槛,应该是一个不言自明的客观因素,成本下不来,新能源汽车的价格就没有下降空间。有什么办法促成电池成本下降呢?只有标准产品和通用产品才能把成本降下来。生产数量决定生产成本,特斯拉不断进行动力电池的革命充分证明了这一点。

新能源汽车生产企业不想放弃动力电池的专车专用,把电池和电控作为自家企业的专有技术,甚至不惜代价自己生产电池,像特斯拉一样建设自己的电池生产工厂。可以呀,只要有钱,你建设再多的工厂生产再多的产品都是可以的。

但是动力电池原材料的涨价是无法阻挡的,无形中有一个门槛,迈不过去的后果是很严重的。大家都明白这个道理。何去何从只能自己选择。

宁德时代生产的巧克力电池是一个标准产品,谈及换电,宁德时代方面近期表示,准确来说,电动化替代较难的是8-12万价位区间车型,以巧克力电池换电产品配套相应车型,可使新能源车(不含电池)首购成本低于燃油车,换电速度等于燃油车加油,解决性价比的问题。我们认为,8-12万元区间车型终极解决方案是巧克力换电。它的尺寸一致,目前单块电池采用三元锂材料,装在车上可以续航大约200公里,一辆车可以安装一到三块,分别提供200到600公里的续驶里程。使用材料应该是可以不断的更新,这一点不用说,大家都知道。新能源汽车生产企业可以根据自己客户的需求安装几块电池,自行选择。

如果以为巧克力电池仅仅供给换电模式使用,那就大错特错了,应该这样理解,巧克力电池可以使用换电模式更换电池来给电动汽车补充电源。这样车辆上必须安装适应换电模式的电池仓。这样使用是顺理成章的。就像蔚来电动汽车换电模式所用的电池那样,可以为电动汽车换电使用。蔚来公司的换电电池是整体的,难以适应其他车辆应用。巧克力电池块是三块,可以选择安装,适用于80%已经生产和未来三年即将生产的电动汽车。

如果不安装换电模式电池仓,巧克力电池也应该可以固定安装在车上使用。新能源车企一般都想和特斯拉一样,不想车电分离。

当然现在装了也没有用,换电模式要建设换电柜和换电站,需要一定的时间。宁德时代有自己的方式来发展换电模式,我们不必多想。

实际上巧克力电池块的使用方式有很多种,我们来看看对不对。第一个是直接装在车上使用,第二个是换电模式使用,第三个是储能方式使用,第四个是提供充电桩使用,第五个是提供给其他地方使用。以上可以看到巧克力电池块不仅是标准产品,还是一个通用产品,稍作开发,用途广泛。

巧克力电池块的通用性能是明显的,当然目前还要打通各个环节,它才能发挥作用。对于新能源汽车生产企业来说,采购符合使用性能要求的便宜的电池是第一位的,车企想迈过价格这个门槛,采购巧克力电池就成为一个很好的选择项。

目前巧克力电池块是三元锂材质,以后应该会有磷酸铁锂材质的,装有不同材料的巧克力电池会逐步进入我们的视野,钠离子电池性能提升后各项性能指标会赶上甚至超过磷酸铁锂电池,加上价格优势,升级换代会很快出现。固态电池在巧克力电池块上会不会出现,我们拭目以待。

换电模式使用巧克力电池块,优势和特点是明显的。快捷换电是提升用户补充电能体验的重要方式,可以根据自身需要选择1至3块电池的方式与国人的节约精神也是一致的。换电模式在这里仅仅是一个补充电能的方式,它真正的价值不在这里,在于它可以实现车电分离,让车上的电池走到储能领域,实现电池自身的升值和梯次利用。这一点十分重要,国家从环保的角度发布了一系列法律法规,指出了电动汽车动力电池的生产、使用、梯次利用、回收处理都必须按照法律法规办理。换电模式是打通汽车使用、储能使用、梯次应用各个环节的唯一方式。

储能方式使用巧克力电池块,最重要的是电池的标准化优势。巧克力电池质量要求高,性能优越、充放电效率高、一致性优越、好控制,非常适合储能。现在固定安装在车子上的电池只有等报废了,才会送去储能和梯次利用,尺寸不一、电控系统五花八门,很难利用。很明显这不符合国家汽车动力电池储能和梯次利用的规定要求。

现在储能的重点是太阳能和风能发电,这些能源电压、电流、频率变化太大,正是这些能源利用的特点,给电网传输带来了很大的挑战,储存再利用是一个有效的解决方式。快充快放性能优越的汽车动力电池非常适用这样调峰调频的应用场景,打通储能与汽车动力电池的通路,换电模式是非常重要的方式,标准化巧克力电池块是一个符合传递要求的产品。只有这样才能让充满电的电池通过换电模式回流到电动汽车上,没有电的电池再通过换电模式从车上返回到储能应用中,周而复始,不断循环,让汽车动力电池实现全生命周期的最大化的应用。

现在电池是车上的一部分,用户非常在意电池的储电性能下降,新的电池可以跑600公里,下降后只能跑400公里,这如何是好。其实,在车电分离的使用环境下,可以把电池仅仅看作一个电能的容器,免费或者租赁给你使用,你只需要像家里用电那样付电费,就没有人会在意这一点。你花了钱买了多少度电能,至于你怎么使用,开了多少公里,空调用了多少电,你不会说电池如何如何不好,使用方式将改变你的认知。这样的应用环境下,动力电池的梯度利用就不会带来使用者的抱怨,电池在汽车上的使用时间会延长很多。这样看来汽车动力电池的储能应用和梯次利用,前景非常值得我们开发。

我们再看看巧克力电池与充电桩有什么关系。这还需要从储能说起。既然在储能环节充满电的电池可以通过换电模式回到电动汽车上,那么也应该可以通过充电桩把电能转移到电动汽车的电池里。这一点和充电宝把电能转移到手机电池里是一样的。需要我们开发电池充电桩,不需要电网的充电桩,不需要电网增容,不需要变压器扩容。通过电池的流动来实现电能的流动。现在都在说几分钟充满电行驶几百公里,技术上可以实现,没有充足的电源,电网能够满足要求吗?这样的快充现在普及应用是不现实的。只有电池供电的换电柜和充电桩才是可以实现的。巧克力电池块适合这些场景应用,这些场景的应用可以发挥动力电池的优势。

电池围着汽车转,才能转出前景。电动汽车大发展,已经形成趋势,这是不可阻挡的,电动汽车的用电需求是随机的,无序的,增量是巨大的,对于电网提出了新的挑战,用动力电池储能来应对这样的挑战,是一个物尽其用的好办法。

动力电池的标准化是发展储能应用的必然要求,巧克力电池块应运而生,生逢其时,它不只是一个电池,而是一个流动的电源。相对来说加油站和停车场安装一些电池供电的换电柜和充电桩,就可以简化成一个场地的问题,建设难度会大大降低。在一定程度上可以加快和缓解电动汽车补充电能的需求。

汽车离开电池转,也能转出前景。车电分离换电使用就是前景,没有电的电池换成有电的电池,让汽车动力电池自然进入到储能应用和梯次利用中来,参与电池的流动,流动就能创利,创利就有分成,充分挖掘动力电池的利用价值,就可以跳出电池给电动汽车带来的困境。

电池应该是可以选择安装的,电动汽车离开电池,价格会比燃油汽车低,普及的程度会加快。电池市场化运作,可以方便快捷的换电使用。有的用户家里安装充电桩方便,可以购买电池,自己充电自己用。巧克力电池块应用方便,可以按需购买。临时有需要,可以租用电池。这样电动汽车使用电池就灵活了,方便了,二手电动汽车市场就会火起来。进而可以带动整个新能源汽车市场的发展。

特斯拉的4680电池代表了汽车动力电池的最新和最高技术水平,一个可以大量生产的标准尺寸电池,但是被绑在电动汽车上卸不下来,无法成为一个标准电池块,无法参与换电使用,无法参与储能应用,无法参与递次利用,限制了作为电池块的通用特性。这与马斯克一惯倡导的电动汽车参与储能应用使用清洁能源的思想背道而驰。可能是马斯克换电模式的挫折经历影响了他的判断和思维。从而放弃了汽车动力电池的标准化——换电模式——储能应用——充满电力——换电模式——满电装车的循环应用思路。

目前还真的不知道特斯拉4680电池的再利用如何进行下去?

巧克力电池块的标准化模式——换电模式——储能应用——梯次应用——充满电力——综合应用——换电模式——满电装车的思路是清晰的,符合新能源汽车发展的整体目标要求,符合国家实现碳排放的整体目标要求。一定会成为大家的共识,新能源市场会证明标准化和通用化的动力电池才是市场前景广阔的产品,非标准的汽车动力电池会随着特定车型产品逐步在市场上销声匿迹。

来源:第一电动网

作者:nhy5325

本文地址:https://www.d1ev.com/kol/168453

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大牛作者

nhy5325

本人对新能源汽车十分关注,希望我们国家电动汽车大力发展,走在世界前列。

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