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特斯拉：反复横跳又自行研发 从今年年初开始，特斯拉便上演了一波反复横跳的好戏，截至目前Model 3年内疯狂的3次降价，印证了特斯拉年初换用磷酸铁锂电池的构想。 其目的无非是进一步降低成本，从而打造更低的入门价格，如果仅站在消费者角度，偏向成本考虑的磷酸铁锂车型，也在售价上极具吸引力。 但降价归降价，特斯拉在暗地中的选择实则举棋不定。今年6月，特斯拉与松下的电池制造协议条款延续至2023年，至此，特斯拉将手握松下NMC与宁德时代LFP。 然而，新供应商的加入能够缓解电池产能的问题，但成本问题依然没有得到很好解决，而且相比起竞争对手，目前特斯拉车型的电池技术优势也越来越小。 所以特斯拉决定自己造成本更低、容量更大、性能更强的全新电池。 从特斯拉最近5年在动力电池领域的布局来看，其自造的电池有可能是集成了改进型镍钴锰三元锂离子电池+超级电容，可以在不同的工况下充分发挥两种储能元件的优势，提升电池放电功率和放电能力。 其中的改进型三元锂离子电池或采用干电极技术以及改进型电解液，可在容量以及循环寿命上得到显著提升。 相比起目前国内常见的NCM811三元锂离子电池电芯最高约300Wh/kg的能量密度，特斯拉的新电池技术能量密度提升潜力更大。这在未来或将促成纯电动车续航里程的一次飞跃。 宁德时代：靠三元锂崛起但缺陷逐渐显现 在宁德时代成立时，在三元锂电池、磷酸铁锂电池两种技术路线中果断选择了前者，并依靠该技术优势迅速发展起来。 表现优异的三元锂电池很快就成了市场主流电池。在动力电池市场，三元锂电池的应用已经达到了电池市场60%，这为选择三元锂电池的宁德时代，领跑电池市场带来了极大的优势。 宁德时代推出的NCM811锂电池，电芯能量密度可达240Wh/kg，电池Pack能量密度达到170Wh/kg，搭载这款电池的Aion S可以连续行驶超过500公里。 而这样优越的续航能力，让NCM811动力电池很快就得到了蔚来、特斯拉这些新能源汽车车企的青睐。 在技术方面，尽管三元锂电池有高能量密度的优势，但它也因为不稳定的问题，饱受市场诟病。 所以在比亚迪推出刀片电池后，新能源汽车企业又把目光转向了安全性更高的磷酸铁锂电池。 而宁德时代研究的全固态电池是一种在工作温度区间内所使用的电极和电解质材料均是固态的锂电池，可以说是电池的终极目标。 目前，宁德时代虽然已制作固态电池样品，但是实现量产恐怕还要等到2030年。 比亚迪：刀片电池重走来时路 2020年3月，比亚迪高调发布了自主研发的刀片电池，而这其中也并没有让电池化学材料上的巨大革新。 刀片电池同样也是大幅优化了电芯单体和模组结构的磷酸铁锂电池，能量密度较传统磷酸铁锂电池提高50%以上。 从比亚迪汉EV到宋PLUS EV、2021款唐EV，再到不久后将升级的秦Pro EV、e系统等车型，磷酸铁锂电池在比亚迪产品阵列的覆盖将越来越全面。 比亚迪开发的新型磷酸铁锂“刀片电池”，之所以这么取名，是由于这款电池较传统方形电池更加呈现“扁平”和“长条”形状。 该电池体积比能量密度”比传统铁锂电池提升了50%，成本能下降20%-30%，放电倍率将大幅提升，寿命长达8年120万公里。 比亚迪推出的刀片电池，也意味着将重新回归磷酸铁锂。 和宁德时代的技术路线相比，比亚迪在三元锂电池的路上，依然坚持走截然不同的磷酸铁锂技术路线。 随着三元锂电池在安全上的不稳定性逐步暴露，市场正表现出从三元锂电池向磷酸铁锂电池回归的趋势，而磷酸铁锂电池正是比亚迪的优势领域。 为什么一定是固态电池？ 电动车要实现对燃油车的取代，从根本上要实现两个突破，第一个是摆脱对补贴的依赖，第二个是从经济性上追平燃油车。 中国对新能源汽车的补贴预计在最近两年就会退出，目前看上半场战役已经结束，在特斯拉(NASDAQ:TSLA)的带领下，各大厂商基本做好了断奶的准备。 下半场核心的经济性问题就浮出水面，那就是制约电动车吊打燃油车的里程焦虑。而这个问题，归根结底出在电池上。 我们以当前市场主流的两款电动车为例，看看问题出在哪。 这是两款今年上市的新车，一款是国内的电动车龙头，比亚迪的汉EV，另一款是世界电动车龙头，特斯拉的model 3。 首先给大家普及几个大体的概念。我们知道，一般家用的乘用车，通常油箱容量在55L左右，按照百公里8L的耗油量，大概可以跑600公里出头。电动车厂商为了实现对燃油车的无缝替代，基础目标也是充一次电，跑600公里。 为了实现这个600公里的续航里程，电动车厂商就必须在电池上下功夫。 理论上你可以堆足够多的电池来实现这个目标，但我们知道，电池本身也有重量，而且还不轻，所以厂商就必须要在长里程、车重以及电池效率之间找一个平衡。这个平衡点，就是我们说的电池成组效率。 这是一个典型的动力电池系统的构成图。可以发现，电池片模块（也就是我们常说的电芯）只占其中的一部分，除此之外，还有各种杂七杂八的配件，比如冷却系统、绝缘层、接线盒、连接端子等等。 电池系统容量的核心是电芯，电芯的能量密度由wh/kg来衡量，就是每公斤的电芯，能够产生多大功率的能量，kwh是我们日常说的度电，那么单体电芯能量密度170wh/kg代表的意义就是，每公斤的电芯，可以产生0.17度的能量。 我们用电池系统能量密度来衡量一辆电动车实际的能源效率。电池系统除了电芯之外，内部包含的这些电池管理系统，热管理系统，高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间，所以电池系统的能量密度都比单体电芯能量密度低。 电池系统能量密度与单体电芯能量密度的比值就是电池成组效率，是衡量一个电池系统效率的核心指标。 比如我们上面的这两款车： 比亚迪的汉EV，电芯能量密度是170wh/kg，组成电池组之后电池的系统能量密度就降到了140wh/kg，成组效率为82.53%；特斯拉最新的model 3长续航版，电芯采用松下的21700电池，电芯能量密度比比亚迪汉EV采用的磷酸铁锂刀片电池近乎高一倍。 但特斯拉选择的这种三元锂电池，相对比亚迪的刀片电池，更容易发热，需要更多的散热设备，电池管理系统也更复杂，因此组合起来的电池系统能量密度快速降到161wh/kg，成组效率只有53.67%。 这两款车型，代表了当前电动车的主流配置，主要指标很接近。 他们的续航里程都在600公里以上，总功率大约在77kwh，也就是77度电，电池系统都很重，比亚迪汉EV549kg，半吨多，特斯拉model 3长续航版477kg，基本占到全车重量的四分之一。无论从节能还是从挖潜的角度出发，电池技术都必须要有大的革新。 那么动力电池技术需要做到多大的改进，才能真正踏上替代燃油车的门槛呢？ 目前市场公认的答案是，现有电动车的电池系统能量密度翻一倍半，从普遍的160wh/kg，到400wh/kg，才是电动车彻底取代燃油车的开始。这个指标意味着600km的续航，80度电，总重大约200kg。现在这个重量大约是450-550kg之间。 400wh/kg，是一个非常刚性的指标。一个产品最终推广开来必须要做到适者生存，核心就是成本，讲再多的理想和未来，也比不过现实的便宜真香，电动车如果迈不过性价比经济性这条线，就永远只能是个小众的玩具。 如果奔着400wh/kg这个指标去，你就会发现，现在的动力电池市场，还远远谈不上竞争格局已经清晰，大家基本都在同一个起跑线上。 上图是我们从光大的报告《固态电池：抢占下一代锂电技术制高点》中截取的图，勾勒了现在的电池技术发展路径。 不管你是哪种方案，理论的最高能量密度就是天堑，天资如此，你再努力也没用。 我们当下主流的电池，无论是磷酸铁锂电池，还是三元锂离子电池，都是液态电解液的锂离子电池，理论的最高能量密度就是350wh/kg，如果再加上各种电池管理系统，能够做到全系统300wh/kg，基本上就是极限。 这就好比你把弓箭做到了极致，最后面对火枪还是被秒杀，无他，这是代际的碾压。 故而，最终要解决电池的能量密度问题，消灭里程焦虑，最后的方案一定是固态电池。 固态电池，大家都还在研发的路上。那么我们能实现这个指标么？ 能。恩格斯说过，“社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进”。需求是最好的动力。电动车相比燃油车，有更大的空间和潜力。 我们看电池领域，过去10年发生了什么。
根据BloombergNEF的数据，在过去的10年里，电芯的能量密度基本提高了两倍。这也说明了，在强大的需求推动下，产业界的进步有多快。 数月前，特斯拉将model 3的入门版从29.18万元一下降到了24.99万元，降了4万还多。我们看好电动车取代燃油车的过程，但是这款入门车型采用的是宁德时代的磷酸铁锂电池，电池系统能量密度不会比比亚迪的刀片电池好多少，也就是140-160wh/kg左右。 相对于原来降价前产品的三元锂电池配置，model 3的电池安全性略有提升，但系统能量密度还有所下降，对现有的这些电动车厂商比亚迪、小鹏等等有冲击，也会下探到传统的B级车帕萨特、雅阁、凯美瑞的市场，对他们产生一定的压制左右。 但总体来说，如果电池系统的能量密度没有大的提升，不能突破400wh/kg这个门槛，还都属于战术性的改进，格局上不会有太大的变化。 责任编辑：于天阳/15961177524（微信同号） 来源：网络 |
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