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    寧德時代的“能量魔方”,鈉離子電池新起點

    發布日期:2021-08-03

    核心提示:2020年一場突如其來的疫情,讓日益嚴峻的環境問題再次成為世人關注的焦點。以中國為主的全球主要經濟體,將改善環境問題的突破口
     2020年一場突如其來的疫情,讓日益嚴峻的環境問題再次成為世人關注的焦點。
    以中國為主的全球主要經濟體,將改善環境問題的突破口,聚焦于通過植樹造林、節能減排等形式,抵消人類活動制造的二氧化碳排放量,實現二氧化碳“零排放”,即“碳中和”目標。
    關于碳中和目標的實現,2021年7月15日,中國工程院院士、上海交通大學副校長黃震教授,在接受媒體采訪時表示,實現碳中和目標,需要顛覆性的技術。
    值得注意的是,今年5月份,中國工程院院士、清華大學化學工程系教授金涌也曾在接受采訪時表達該觀點。
    由此可見,實現“碳中和”目標需要顛覆性技術賦能,已經是學術界的普遍共識。想要單純依靠節能減排等傳統辦法,無論如何量變,也無法產生質變。即單純通過植樹、少使用化石能源等手段,無法達成二氧化碳“零排放”目標。
    就碳排放大戶,汽車整車業來看,若保持其燃油車時代的碳排放量,按照全球近年來汽車整車銷量不斷提升的情況來看,整車行業似乎永遠無法實現碳中和目標;故此新能源車順勢而起,銷量不斷提升。
    在此背景下,占新能源車成本近40%的動力電池,自然成為限制新能源車企產能的重要一環。在新能源車旺盛的需求面前,全球動力電池產能持續告急,行業迫切需要新鮮血液補充。
    寧德時代作為全球主要動力電池供應商,自成立至今一直堅持技術多元化發展路線,積極探索清潔能源轉型。正如公司創始人兼董事長曾毓群所說:多元化的技術路線,是這個產業長期穩定發展的重要保障。
    在多元化發展策略指引下,寧德時代不僅在鋰離子動力電池領域做到全球第一,還持續推動鈉離子動力電池技術發展。
    公司7月29日發布的第一代鈉離子動力電池,能量密度已經達到160Wh/kg,已經達到商用標準,遠超此前市場預期。未來隨著公司其他技術路線日趨成熟,寧德時代或將推出無鈷電池甚至固態動力電池。
    01 下游需求放量,動力電池再添新軍
    采用動力電池的新能源汽車,自2020年開始出貨量快速提升。根據EV volumes數據,2020年全球新能源汽車的的銷量為324萬,而2019年同期為226萬,同比增長了43.36%。
    僅以國內為例,2020年中國新能源車銷量136.7萬輛,同比增長10.9%。其中,純電動汽車銷量為109.4萬輛,同比增11.6%;插電式混合動力汽車銷量為24.9萬輛,同比增長8.4%;電動車滲透率從2019年的4.7%提升至2020年的5.4%。
    時至今日,電動車滲透率進一步提升。根據蓋世汽車研究院數據可知,2021年5月、6月汽車銷量同比下降的背景下,內燃機車型(ICE)占比,從今年4月份86.3%降至6月份的82.55%。電池動力汽車(BEV)占比從8%提升至10.98%,增速明顯。
    據此測算,國內新能源汽車銷量未來5年復合增長率在40%左右;到2025年有望超過800萬輛,是2020年的6.4倍,是2021E(260萬輛)的3.3倍。按照2025年汽車總銷量2500萬輛預計,新能源車銷量滲透率達32%。

    在以動力電池驅動的新能源車型(BEV)中,動力電池成本占比將近40%。因此市場一度認為買BEV汽車,就是在買電池。BEV出貨量大幅提升,直接推動動力電池市場規模持續擴容。
    據SNEResearch數據顯示,2020年以鋰動力電池為主的全球車用動力電池裝機量同比增長17%,達到137GWh。寧德時代和LG新能源2020年出貨量分別為50GWh和48GWh,占據了全球電池市場的半數以上,逐漸呈現雙寡頭格局。
    以國內為例,寧德時代以總裝機量31.79GWh無懸念登頂,且大比分領先其他對手,占國內市場總裝機量的一半;比亞迪排名第二,市場份額達到14.9%;第三名LG化學裝機量與前兩名有不小的差距,為4.13GWh,占市場總裝機量的6.5%。
    作為動力電池發展路徑重要組成部分,固態電池技術尚不成熟,鈉離子動力電池則長期受限于能量密度較低,多用于儲能領域。
    2021年7月29日,寧德時代在其技術多元化發展戰略指引下,終于突破鈉離子動力電池能量密度低的技術瓶頸,符合商用標準,推出第一代鈉離子動力電池。
    02 更好的化學穩定性與低溫性能
    對于習慣了鋰離子電池的投資者而言,鈉離子電池的應用前景,以及應用可行性一直是其最關心的問題。
    實際上,鈉離子電池和此前常見的“鋰電池”沒有本質區別,不過是動力電池多元化發展的一個分支。又因為鋰離子動力電池,長期占據投資者和消費者心理認知,人們接受新技術需要一定時間。
    寧德時代此次發布的第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度已經達到160Wh/kg,與磷酸鐵鋰動力電池相當。
    而且公司研究團隊在前人研究基礎上,創新性地對材料的體相結構進行電荷重排,對材料表面進行重新的設計,解決了材料在循環過程中容量快速衰減這一世界性的難題,使創新的材料具備了產業化的條件。在發布會上,公司還提出第二代鈉離子電池能量密度將提升至200Wh/kg。
    疊加常溫狀態下,鈉離子動力電池僅需充電15分鐘就能實現80%電量,理論上來看,搭載鈉離子動力電池的車型,足以應對日常通勤甚至短途游等應用場景。
    除能量密度超預期外,鈉離子電池由于化學性質更為穩定,在低溫環境中表現明顯優于鋰離子電池。在零下20℃的低溫環境下,鈉離子電池放電保持率可以保持在90%以上,為新能源車企打開低溫地區市場提供基礎保障。
    從中汽協數據可知,東北地區在2021年一季度,客車銷售同比增速最高,同比增加180%;但銷量依舊較低,伴隨近年來東北持續推出經濟刺激措施,未來汽車銷量仍有較大增長空間。
    同理,國內西北地區客車銷量有望共振增長,新能源車企在鈉離子動力電池賦能下,有望逐步打開低溫地區市場,從而推動寧德時代增加新的營收來源。

    在此次發布會上鈉離子電池在低溫性能、快充以及環境的適應性等方面擁有獨特的優勢,與鋰離子電池相互兼容互補;所以多元化的技術路線也是我們這個產業長期穩定發展的重要保障。
    值得注意的是,在此之前鈉離子電池已經應用于儲能領域,但是單體能量密度普遍較低。
    此次寧德時代發布的高密度鈉離子電池,有望在儲能領域進一步推廣,替換此前強制報廢后檢驗合格使用的梯次鋰電池,以及在大規模儲能中取代傳統鉛酸電池。
    03 “鈉、鋰”之間,拒絕“左右互搏”
    除擔心鈉離子電池能量密度低之外,市場普遍認為寧德時代推出鈉離子電池將對鋰電池市場帶來負面影響,從而動搖其鋰離子電池基本盤穩定性。
    寧德時代在此次發布會上針對這種擔心給出明確回應,公司開發了AB電池解決方案,用以實現鈉離子電池與鋰離子電池的集成混合共用。拒絕“左右互搏”的情況出現。
    而且鈉離子電池同樣是一種嵌脫式“搖椅”電池,工作原理與鋰離子電池的工作原理類似,即充電時鈉離子從正極脫嵌進入負極,放電時鈉離子從負極進入正極,外電路電子從負極進入正極鈉離子被還原成鈉。
    據此特點,寧德時代按一定比例,將鈉離子電池與鋰離子電池通過串聯、并聯等形式,進行排列混搭后,把兩種電池集成到一個電池系統里,通過BMS精準算法進行不同電池體系的均衡控制。
    這種方案,不僅彌補了鈉離子電池在現階段能量密度略低于鋰電池的端板,也發揮出其高功率、耐低溫的性能優勢,從而適配更多應用場景,提高新能源車滲透率的同時,進一步幫助汽車產業早日實現碳中和目標。
    其實,無論當前市場對鈉離子動力電池有多少擔憂,鈉離子動力電池,在AB方案推動下,未來大范圍商用其實只是時間問題。因為在技術成熟后,鈉離子動力電池制備成本,遠低于鋰離子電池。
    據光大證券參考CATL提出的CTP技術建設的成本模型,假設模組硬件物料成本降低80%,減掉相應的模組組裝設備和人員,那么Pack成本下降約10%-15%;如果良品率提升至98%,成本將進一步下降約1.5%-2%。
    對于動力電池下游廠商而言,整車廠無論在燃油車時代,還是新能源車時代,盡可能實現利益最大化,才是其追求的目標。
    而且根據《電動汽車購買意愿的離散選擇分析》一文數據,性能和價格是人們選擇購買的重要因素;尤其是價格敏感型消費者,極致性價比才是其購車主要考量因素。

    伴隨鈉離子電池技術不斷迭代,以及在寧德時代AB系統推動下,鈉離子電池市場認可度越來越高后,未來或將運用于中低端車型;而目前市場認可度更高的鋰離子動力電池可以繼續聚焦中高端車型,二者互不沖突。
    關于動力電池領域的研究,很多人認為認為其化學體系已很難創新,只能在物理結構上做些改進。但正如寧德時代董事長曾毓群所說:電化學的世界,就像能量魔方,未知遠遠大于已知,寧德時代將樂此不疲地探索著其中的奧秘。


    關鍵詞: 電池 新能源汽車
     
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