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動力電池企業(yè)產品性能易達 成本難降

近8年來,我國新能源汽車產業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化,市場推廣取得了長足的成效,技術也實現了重大進步,但是仍面臨著后補貼時代的政策變化、補貼階梯退坡、里程繼續(xù)焦慮狀態(tài)等問題,新能源汽車的“熱度”將直接決定于汽車動力電池的技術革新程度。國家四部委頒布的《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》的產品性能、成本目標能否按期實現,將直接影響新能源汽車產業(yè)發(fā)展的景氣度。這個問題成了決定新能源汽車能否規(guī)模化進入尋常百姓家,動力電池能不能取得實質性產業(yè)化突破的關鍵。筆者將從產品、成本維度提出些動力電池產業(yè)發(fā)展的看法,以拋磚引玉。

一、《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》概況

2017年2月底,國家工信部會同發(fā)展改革委、科技部、財政部等有關部門聯合印發(fā)了《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》(以下簡稱《行動方案》),提出了新能源汽車動力電池的發(fā)展方向,以加快提升我國汽車動力電池產業(yè)發(fā)展能力和水平,推動新能源汽車產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》,明確指明了動力電池產業(yè)發(fā)展方向和路徑,給出了重要里程碑節(jié)點。圍繞“大幅提升產品性能、促進產業(yè)規(guī)模合理發(fā)展、培育龍頭企業(yè)”為核心,進一步細化了動力電池的產品性能和產銷規(guī)模要求。到2020年,新型鋰離子動力電池單體比能量超過300Wh/kg;系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/kg、成本降至1元/瓦時以下,使用環(huán)境達-30℃到55℃,可具備3C充電能力。到2025年,新體系動力電池技術取得突破性進展,單體比能量達到500Wh/kg。2020年行業(yè)總產能1000億瓦時、形成產銷規(guī)模400億瓦時以上的龍頭企業(yè)。

二、《行動方案》產品戰(zhàn)略目標能否實現?

筆者將通過對國內外動力電池產品的發(fā)展計劃、產品技術研發(fā)、產品成本等進行橫向與縱向對比分析,試圖回答這一問題。首先,結合我國新能源汽車產業(yè)發(fā)展的國情和環(huán)境來看下具體情況。

動力電池相關規(guī)劃及政策法規(guī)

《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》,提出動力電池產品的發(fā)展目標。2015年動力電池模塊比能量達到150Wh/kg以上,成本降至2元/瓦時以下,循環(huán)使用壽命穩(wěn)定達到2000次或10年以上;到2020年,動力電池模塊比能量達到300Wh/kg以上,成本降至1.5元/瓦時以下。

《汽車動力電池行業(yè)規(guī)范條件》,特別提出動力電池的產能要求,引導企業(yè)往大而強的方向發(fā)展。同時,要求鋰離子動力蓄電池單體企業(yè)年產能力不得低于2億瓦時,金屬氫化物鎳動力蓄電池單體企業(yè)年產能力不得低于1000萬瓦時,超級電容器單體企業(yè)年產能力不得低于500萬瓦時。系統(tǒng)企業(yè)年產能力不得低于10000套或2億瓦時。

《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》,則進一步對鋰電子電池生產準入的產能規(guī)模、工藝要求及產品質量提出明確要求,能量型單體電池能量密度≥130Wh/kg,電池組能量密度≥100Wh/kg,循環(huán)壽命≥1000次且容量保持率≥80%,功率型單體電池功率密度≥3000W/kg,電池組功率密度≥2100W/kg,循環(huán)壽命≥2000次(其中電動自行車用電池組≥1000次,電動工具用電池組≥500次)且容量保持率≥80%。

《國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿)》,要求轎車動力電池的單體比能量在2015年底達到200Wh/kg,2020年達到300Wh/kg。而磷酸鐵鋰電池的理論極限能量密度在150Wh/kg左右,無法滿足這一要求,未來轎車動力電池將轉向并加速三元鋰電池的研發(fā)應用。

《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》,提出了三大階段的發(fā)展目標:2020年之前,新型鋰離子電池實現產業(yè)化,能量型鋰離子電池單體比能量達到350Wh/kg,能量功率兼顧型動力電池單體比能量達到200Wh/kg。2020年到2025年,能量型電池單體比能量達到400Wh/kg以上,接軌國際先進水平。2025年到2030年,新體系電池實現實用化,電池單體比能量達到500Wh/kg以上,成本進一步下降。

《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》,提出到2020年,新能源汽車年產銷達到200萬輛,動力電池單體比能量達到300Wh/kg以上,力爭實現350Wh/kg,系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/kg、成本降至1元/瓦時以下。到2025年,新能源汽車占汽車產銷20%以上,動力電池系統(tǒng)比能量達到350Wh/kg。

動力電池未來技術水平判斷及論證分析

綜合國家《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》、《汽車動力電池行業(yè)規(guī)范條件》、《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》、《國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿)》、《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》、《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》、《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》以及當前國內動力電池技術水平情況,筆者判斷動力電池的技術水平,動力電池單體比能量應該是在150~300Wh/kg之間;系統(tǒng)電池組能量密度150瓦時~260Wh/kg,成本在于1元/瓦時左右。

這下可能讀者可能會問,你又不是神仙,估計是瞎拍磚。但是,我想有以下幾個理由支撐。

1、動力電池發(fā)展環(huán)境持續(xù)提升

正如《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》提的“優(yōu)環(huán)境”,中國正已步入法制社會,政府公信力不斷提升,這么多規(guī)劃、政策和法規(guī)不同場合不同時間都提出了明確目標,且目標基本一致性強,應該是有根有據的。結合國際上對動力電池產業(yè)發(fā)展現狀及趨勢的發(fā)展評估,一定程度上國家已經從“戰(zhàn)略引導”向“戰(zhàn)術引導”轉變,既有政策上的鼓勵和相關支持,又有法規(guī)的要求,更多是“無形之手”推動市場需求端、供給端的調整與優(yōu)化,最終想表明“高性能的動力電池是要拿來產業(yè)化的,關鍵在于實用”。

2、動力電池性能目標設定與國際水平接近

結合汽車發(fā)達國家動力電池的發(fā)展目標來看,中國動力電池產品性能目標與國際主流水平接近,均是250Wh/kg左右;成本目標均是1000元/kWh左右,2020年中國動力電池至少是接軌國際先進水平。

從美、日、德三國2015年的技術水平來看,動力電池能量密度平均水平為150Wh/kg左右,以美國波士頓180Wh/kg為最高。

與此同時,國際先進動力電池的應用和研發(fā)不斷取得新進展。據美國SanfordC.Bernstein分析師MarkNewman在研報中的介紹,特斯拉Model3的電池技術采用了硅碳負極,能量密度將達到300Wh/kg。此外,ModelS改用NCA作為正級材料,電芯容量也從最初的2.9Ah提升到3.1Ah,動力電池能量密度均達到252~265Wh/kg水平。應該說我國提出的2020年的動力電池性能目標是靠譜的。

 

此外,國際上已研制出的車用鋰離子動力電池,最高比能量已超過300Wh/kg,預期系統(tǒng)成本≤1.0元/Wh;但是,為了實現2020年規(guī)劃目標,仍需要進一步提高電池循環(huán)特性、環(huán)境適應性和安全性。這樣看來,2020年動力電池能量密度達到300Wh/kg,甚至更高,不是不可能的。

技術是實現了較大突破,那成本方面呢?據特斯拉在公司成立時候,特斯拉ElonMusk曾經預言動力電池成本能夠大幅下降,在充分控制動力電池的原材料、制造成本、規(guī)模化量產銷售的情況下動力電池成本可以降至80美元/kWh,應該說動力電池的成本降價空間很大。

3、我國企業(yè)動力電池水平持續(xù)提升

從我國2015年的技術水平來看,動力電池能量密度平均水平為115~120Wh/kg左右,以比克電池的171Wh/kg為最高。

目前中國是世界電動汽車產銷量最大的國家,也是世界電動汽車標準法規(guī)的重要參與與制訂國家,產品技術沉淀不斷提升,汽車行業(yè)新興領域的技術創(chuàng)新能力具有較強競爭力。從技術水平來看,中國在原材料方面具有一定的比較優(yōu)勢,技術和生產能力水平也還行。他山之石,可以攻玉,應該說產品性能目標較大程度能夠實現。

盡管說中國較大可能完成動力電池的技術革新,但是在成本控制方面仍然存在較大的不確定性。近十年來,國內動力電池的技術能力不斷突破,成本也不斷降低,從2007年左右的7000元/kWh降至2015年的2200元/kWh,約3~4年成本降1倍。但結合國情考慮到電池行業(yè)企業(yè)正面臨著新能源汽車產銷規(guī)模、整車補貼退坡的壓力傳導、研發(fā)和設備的高投入、電池行業(yè)產能過剩、上游銅箔等原材料供不應求等影響,電池行業(yè)企業(yè)運營成本因此將持續(xù)高企。

因此,筆者判斷,動力電池成本下降的趨勢不可逆轉,但是近三年可能難以大幅度下滑,仍將超過1000元/kWh以上的價格。

4、論證小結

總體而言,從上述動力電池相關發(fā)展情況分析可以看出:

1)動力電池的產品技術、產品性能仍有較大提升空間,電池單體能量密度和系統(tǒng)能量密度將進一步提升,到2020年動力電池系統(tǒng)能量密度是有可能達到260Wh/kg水平的。其中,三元鋰動力電池將是重點過渡產品,新型鋰離子動力(固態(tài))將是未來的發(fā)展方向。

2)動力電池成本下降趨勢不可逆轉,只有當國內新能源汽車規(guī)模化進入尋常百姓家,且整車采購配套、動力電池設備攤銷、技術研發(fā)投入及產能擴張等影響不大的前提下,動力電池成本才可能較大概率于2020年降至1元/瓦時。可這個目標挑戰(zhàn)難度太大。

淺談《行動方案》產生的影響

按照《行動方案》的規(guī)劃,確定性的政策扶持與優(yōu)惠將為動力電池行業(yè)帶來利好,鋰電池行業(yè)競爭的制高點在于技術和成本。未來鋰電池產業(yè)將產生整合、分化,行業(yè)將越來越規(guī)范,技術領先、規(guī)模大、成本低的企業(yè)將繼續(xù)引領,強者恒強;反之,技術落后、成本高的小企業(yè)或將被逐步淘汰出局。

三、相關發(fā)展建議

《行動方案》是對動力電池行業(yè)未來數年影響最深遠的政策修訂,明確了9大重點任務和5項保障措施,將有利于加快提高動力電池產品性能和質量水平,推動新能源汽車產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。如果說去年為新能源汽車發(fā)展的技術元年,那么未來三年將是新能汽車核心技術突破的關鍵年,動力電池的生產和應用仍將是行業(yè)的關注重點。在這種情況下,未來動力電池企業(yè)可以重點考慮如下方面:首先,繼續(xù)提升動力電池安全性與使用壽命;其次,緊抓技術研發(fā)不放松,加大研發(fā)投入提升國際競爭力;最后應通過發(fā)揮規(guī)模效應,提高產成品合格品率,提高生產線自動化程度等方式來降低成本。

 

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