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特斯拉選擇磷酸鐵鋰離子電池意味著什么

鉅大LARGE  |  點擊量:282次  |  2020年04月18日  

摘要
據路透社消息,特斯拉與寧德時代談判將供應無鈷電池,我們預計將會是磷酸鐵鋰(LFP),這將是特斯拉首次使用LFP電池。我們認為特斯拉此次電池方向更改,主要原因為擺... 關鍵字:特斯拉 磷酸鐵鋰 LFP電池。

據路透社消息,特斯拉與寧德時代談判將供應無鈷電池,我們預計將會是磷酸鐵鋰(LFP),這將是特斯拉首次使用LFP電池。我們認為特斯拉此次電池方向更改,主要原因為擺脫對鈷的依賴、采用LFP的CTP技術可滿足要求,以及寧德時代擁有豐富的LFP應用經驗。


1.1鈷價上漲促使擺脫對鈷的依賴


2020年至今,硫酸鈷、四氧化三鈷已上漲18%,并仍處于上漲態勢。鈷鹽產品中,硫酸鈷和氯化鈷是最為重要的中間品。其中硫酸鈷可謂是重中之重,其下游主要應用領域就是鋰電原料,不僅用來制備鈷酸鋰電池原料四氧化三鈷,也是三元前驅體的主要原料之一,鈷價上漲對三元電池生產商產生非常大的成本壓力。供給和需求雙重推動鈷價上漲。


1.1.1供給端:嘉能可產能收縮


硫酸鈷制備原料主要是鈷精礦或者粗鈷,因為原生鈷礦很少,有94%的鈷礦伴生于銅礦和鎳礦。國內鈷精礦主要來源于剛果(金),占比可達50%,主要供應企業有嘉能可、洛陽鉬業、寒銳鈷業等。嘉能可計劃大幅縮減鈷產能,在19Q4季報中,明確由于剛果Mutanda礦的關閉,單季度鈷產量1.19萬噸,同比下降13%,發布2020年產量指引為2.9萬噸,較2019年4.6萬噸產量下降37%。


目前國內硫酸鈷產能約有22萬噸,市場主要產能占比集中在浙江(23%)、湖南(11.6%)、江西(20%)、廣東(11.6%)四個地區,受近期疫情影響較大。具體影響體現在:


原料和輔料(氯堿、酸等)近期雖持續到達港口,但通關速度緩慢。而且物流運輸遇到問題,因此鈷冶煉企業遇到原料供應問題。非洲進口運輸+報關需3個月,影響周期較長。


行業整體開工率低,精煉鈷產量有限,下游廠商正在消耗庫存。后續由于供給端復工,下游補庫存的需要使得鈷價仍然有繼續上行的動力。


1.1.2需求端:消費電子和新能源車需求旺盛


2018年全球鈷需求結構當中,電池材料占比52%,其中27%是3C鋰離子電池需求,25%是動力及儲能鋰離子電池需求。消費電池由于5G換機潮、TWS耳機的推動,需求量激增,動力電池由于特斯拉不斷產能、國產化超預期,歐洲電動化加速,需求進入穩定增長通道,綜合使得需求端進入景氣上行。


硫酸鈷的下游需求市場主要在于三元前驅體和四氧化三鈷兩個領域,其中三元前驅體對硫酸鈷的需求占比達到65%以上,消費電子和動力電池對鈷需求影響顯著。2019年,由于3C消費電子的帶動,四氧化三鈷對于硫酸鈷的需求下半年環比53%。與此同時由于補貼退坡的影響,2019H2新能源車銷量大幅下滑,下半年三元前驅體對于硫酸鈷的需求環比減少33.9%。


嘉能可與電池材料龍頭簽訂長單,凸顯動力電池領域強勁穩定。嘉能可近期與三星簽訂5年2.1萬噸、與格林美簽訂5年6.12萬噸、與SKI簽訂6年3萬噸的氫氧化鈷長訂單,年均2.1萬噸訂單占嘉能可2020年產量的74%,凸顯行業的強勁需求。


1.2CTP技術助力LFP更廣泛應用


1.2.1能量密度是磷酸鐵鋰最大短板


磷酸鐵鋰相比于三元電池,各存在優缺點,新型CTP電池技術將彌補磷酸鐵鋰能量密度低的缺點。


磷酸鐵鋰成本更低。當前行業平均磷酸鐵鋰電池成本0.65元/Wh,三元電池0.85元/Wh,磷酸鐵鋰擁有更低的價格,因此在價格更敏感的中低端乘用車、客車上廣泛應用。


磷酸鐵鋰安全性更高。磷酸鐵鋰擁有更高的固有安全性,在發生事故燃燒時,磷酸鐵鋰燃燒類似于蠟燭點燃,而三元電池會發生火焰噴射,近期發生的動力電池安全事故也多以三元電池為主。


磷酸鐵鋰循環壽命更長。磷酸鐵鋰可以經過4000次充放電后衰減為80%容量,而達到同樣容量,三元電池充放電次數只有2000次,因此磷酸鐵鋰被廣泛應用于對循環壽命要求更高的儲能電站中。


三元電池能量密度更高。當前行業可以實現磷酸鐵鋰單體能量密度190Wh/kg,而三元電池可達250Wh/kg,因此三元電池被廣泛應用于對續航里程要求更高的中高端乘用車領域。


1.2.2CTP技術降本效應顯著


鋰電池包含電芯(Cell)、模組、PACK三個主要環節,電芯的主要成本構成包括正極、負極、電解液、隔膜四大材料以及電芯加工成本,電芯價格占電池總價維持在70%左右的水平,而剩余30%由模組、PACK環節構成。


我們預測,四大材料在沒有新型高性價比替代品出現的情況下,用量和成本占比不會有太大的變化,成本壓縮空間有限。正極材料和濕法隔膜存在成本下降空間,但正極材料制造商毛利率已經壓到所能承受的極限。濕法隔膜的價格已經觸底,未來下降空間不大,且由于隔膜僅占到電池總成本5%的份額,對電池降本貢獻微小。人造石墨負極材料因為石墨化環節由外協轉向自供,會對成本降低顯示一定效果。電解液價格受原材料六氟磷酸鋰、EC溶劑影響較大,在原材料價格難以下降的情況下,價格下降難度較大。


通過改變電芯集成形式、減少模組數量,從而減少電芯外零部件的使用、降低裝配成本以及簡化生產流程,是目前諸多動力電池廠采取的降本思路之一,特斯拉、寧德時代、比亞迪、蜂巢能源等企業先后推出了相似的產品設計方案和發展規劃。


在2019年德國法蘭克福國際車展上,寧德時代推出與北汽新能源合作開發的全新的CTP高集成動力電池開發平臺(CellToPack),即電芯直接集成到電池包。根據寧德時代公布的數據,CTP可將電池包體積利用率提高15~20%,電池包零部件數量減少40%,生產效率提升50%,電池包能量密度提升10~15%。新型CTP電池主要增加結構膠,在解決好電芯固定問題后,CTP技術將更加完善。目前寧德時代量產最高電池組能力密度為182Wh/kg,CTP可使之達到200Wh/kg以上,成組效率的大幅提升,降低了電池成本,預計降幅在10~15%。


寧德時代該技術將目前已經獲得車廠的生產訂單,已確定的包括給大眾(拉美)卡客車公司提供磷酸鐵鋰CTP電池,以及北汽新能源EU5乘用車。我們認為隨著市場對于新技術的逐漸認可,未來將會有更多的車廠采用CTP技術電池,而隨著規模優勢的不斷擴大,電池成本將進一步降低,夯實寧德時代在電池領域的絕對優勢。


1.2.3刀片電池帶磷酸鐵鋰重回焦點


比亞迪在2020年1月推出了針對中低端車型的刀片電池,該電池將使用磷酸鐵鋰作為正極材料。刀片電池是一種長電芯方案,通過增大電芯的長度(最大長度與電池包寬度相當),將電芯扁長化設計,來進一步改進電池包集成效率的技術。通過成型工藝、結構設計等方面的改進提高外殼的支承強度,同時將外殼的長寬比控制在預定范圍內。此外,通過集流路徑的優化等方式降低單體電池的內阻,還可輔以注液工藝的改進,解決單體電池尺寸較長帶來的注液時間較長的問題。


刀片電池在體積能量密度上比傳統磷酸鐵鋰電池提升了50%,從251Wh/L提升至332Wh/L。由于單體電池可以承受機械加強作用,是一種無模組方案,降低了電池包制作工藝,節省了物料和人工費用,預計可降低綜合成本達30%。比亞迪計劃在2020年3月在重慶工廠首次量產刀片電池,并且首款搭載車型為今年的重量級新車漢,預計續航里程可達600公里。


按照當前平均0.85元/Wh的電池包成本,下降30%成本意味著電池成本將降至0.6元/Wh,單車平均帶電量60度電,則節省電池成本為1.5萬元,對于中低端車型降本效果顯著。我們認為刀片電池順應目前高能量密度與低成本雙壓力驅動下對新型電池的需求,可以將磷酸鐵鋰的應用空間大幅提升,尤其將拓展磷酸鐵鋰在乘用車領域的應用。


1.3寧德時代有豐富的LFP應用經驗


1.3.1磷酸鐵鋰煥發第二春


磷酸鐵鋰電池最早在美國興起,2004年傳入中國,彼時以日韓企業為代表的海外領先動力電池廠商多采用三元的技術路線,市場已經初見規模,我國電動車商業化起步晚,趕超難度大,比亞迪作為中國電動車的領軍者,決定另辟蹊徑,選擇磷酸鐵鋰作為主要技術研發路線。在美國磷酸鐵鋰專利歸德州大學所有,如算上專利使用費,磷酸鐵鋰價格不菲。而在中國由于不存在專利問題,磷酸鐵鋰得到了長足發展。


除市場原因外,政策方面自十一五開始,政府組織實施節能與新能源汽車重大項目,繼續堅持三縱三橫的總體布局,并全面展開電動汽車關鍵技術研究和大規模產業化技術攻關。而磷酸鐵鋰電池成為了國家863計劃、973計劃和十一五高技術產業發展規劃重點支持的領域。由于比亞迪等國內企業在磷酸鐵鋰電池方面的儲備和應用,磷酸鐵鋰便成為新能源汽車發展最主要的技術路線。2006年,第一款搭載磷酸鐵電池的F3e電動車研發成功,續航能力達到300公里。


隨著動力電池產業的不斷發展,技術水平不斷提高,國家對行業發展路徑的規劃提出了新的方向,開始向高能量密度的三元電池傾斜。十二五期間,國家在政策方面把動力電池的支持重心從磷酸鐵鋰轉移到三元鋰電池的研發上。自從三元電池被廣泛應用后,磷酸鐵鋰裝機比例逐年下降,2018年三元電池實現反超,2019年差距進一步拉大,三元電池成為絕對的市場主流。


然而由于補貼退坡的影響,磷酸鐵鋰的成本優勢重新回到企業視野。2019年7月由于客車補貼過渡期結束,大量搶裝推升磷酸鐵鋰占比至52.2%。從補貼過渡期結束后的2019年8月開始,磷酸鐵鋰單月裝機占比呈現出上升趨勢,反映出市場對于磷酸鐵鋰性價比的認同。


1.3.2寧德時代磷酸鐵鋰經驗豐富


2019年寧德時代裝機量32GWh,占國內總裝機52%,其中三元21GWh,磷酸鐵鋰11GWh,均處于國內第一位。寧德時代在三元、磷酸鐵鋰兩種材料體系上的絕對領先,凸顯公司作為國內電池龍頭絕對技術領先和廣闊的市場能力。


磷酸鐵鋰正極材料領域,德方納米是絕對龍頭。據鑫欏資訊統計,2019年磷酸鐵鋰全年產量達到9.28萬噸,較去年同期的7.75萬噸,同比增長19.7%。德方納米出貨量達到2.5萬噸,位列行業第一,貝特瑞、國軒高科出貨量各1.5萬噸左右,列第2、3位。湖北萬潤、湖南裕能(湘潭電化)各1萬噸左右,位列第4、5位。德方納米目前擁有6.3萬噸磷酸鐵鋰正極材料產能,領先于全行業。


寧德時代的磷酸鐵鋰電池主要搭載在商用車,客戶包括宇通、中通、中車時代、廈門金龍等國內主流客車企業。CTP技術最早應用于客車領域,公司憑借客車領域經驗,可將其復用至乘用車領域,采用磷酸鐵鋰的CTP電池能量密度突破將160Wh/kg,續航達到400km,能夠滿足特斯拉旗下國產低配Model3ampY的要求。


(本文摘自深港電新報告)


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