新能源不仅火,还燃

前不久,知名艺人发生交通事故刚把特斯拉推到风口浪尖,理想又双叒自燃了……

4号晚,理想官方对此次汽车自燃事件做出回应,表示车的质量没有问题,着重表示“高压供电系统、低压供电系统、三电系统(含动力电池、驱动电机、电机控制器)均工作正常,无任何电路短路和燃油泄露问题,车辆电压、电流及燃油压力均无异常”。相比于之前各大品牌对自燃事件的草草表示,这次仿佛有在认真应对,然而网友似乎都不买账,评论里“电池包”仍是大家最关心的话题。

据相关数据和权威人士表示,传统燃油车的年火灾事故率约为万分之一到万分之二之间,新能源汽车的自燃概率还不及其三分之一,明显低于传统燃油车。然而,市面上的新能源车大多为新车,燃油车则相对老化,且新能源车自燃更像行走的炸药包,速度极快,伤害更大。两相比较,不得不让消费者心生疑虑,新能源车真的能完全代替燃油车吗?

欧洲和日本纷纷停售燃油车也表明了各国对新能源的璀璨前景看好。我们今天就来看看汽车的尽头,会是新能源吗?下文,我将着眼动力电池的前世、今生,解剖这一新能源车的心脏,来看看新能源车这门生意的未来到底会走向何处?

变化的油电之争,不变的电池焦虑

新能源打着“新”字的招牌,主要新在动力源上采用的动力电池。而电动汽车本身却实打实不算什么新产物,甚至还比燃油车的出现更早将近半个世纪。油电之争,并不新鲜。这是一场你来我往,后来者居上的游戏。表面是汽车油电之争,背后是动力技术之争,更潜藏着电池技术的迭代发展。

电动汽车两百多年的发展浮沉中,动力电池经历着从铅酸蓄电池、镍氢电池到如今主流的锂电池的不断大浪淘沙,续航里程也从最开始的80km发展到主流的500km,电压也从80V过渡到标准电压后又攀升到400v,我们也看到,今日消费者所忧虑的“电池衰减,续航焦虑”,也是往昔推动着电动汽车的动力电池技术发展的主要因素。伴随着电池的自我变革,动力电池也在曲折中螺旋上升,寻找用武之地。

新能源的内忧外患:补不齐增长的飞轮

新能源车虽然在今年涨声一片,却依旧持续火爆。同级别的新能源车要比燃油车贵5万,按5到8年的换车频次来算,在十涨四跌的油价来到8元的时代下,燃油车也更经济。在保值率上也远超新能源车,更不用说远胜新能源车的成熟技术和续航里程。

但乘联会数据显示,2021年中国新能源乘用车销售331万,市场渗透率14.8%,相比于2020年的5.8%,提高了9个百分点。预计2022年中国新能源汽车的市场渗透率20-25%之间。数据表明,观望的人越来越少,更多的人选择加入。即使现在车企采用的都是预售模式,人们还是相信新能源画的大饼能充饥。

回顾电动车与燃油车的博弈,可以肯定的是,能量密度高,续航里程远,价格便宜,安全性高,是胜出的不二法宝。飞速发展的新能源真的能安枕无忧吗?

·外部环境:成本与业绩齐涨


1)补贴退坡已来。

2022年新能源汽车补贴标准在2021年基础上退坡30%。也就是说,纯电动乘用车续航里程在300公里以下的无补贴,续航里程300-400公里(含300公里)的纯电动乘用车补贴下降至9100元;400公里以上(含400公里)的纯电动乘用车补贴下降至1.26万元。此外,2022年12月31日之后上牌的车辆不再给予补贴。

退坡的政策优惠,意味着新能源车价格上再遭狙击。叠加终端售车的提价,势必会对消费者的决策产生一定的影响。

2)卖电池和造车谁赚钱?

广汽集团董事长曾庆洪在世界动力电池大会上曾开玩笑说“广汽像是在给宁德时代打工”,数据显示,去年宁德时代净赚178亿元,2年暴涨300%。可在纵观上游锂矿的毛利率,宁德时代也在为人做嫁衣。

电池是新能源车的心脏,占整车成本的40%。但整车供应商仍在电池上卡脖子。整车制造商基本都没有全盘能力,在全球新能源整车厂商中,目前只有比亚迪可以实现电池自产、自行供给的。特斯拉虽也已布局动力电池,但入局已晚,技术上追进仍需要时间。锂电池成本中,正极材料占40%以上。2021年以来上游原材料的持续疯涨,下游整车厂商和动力电车企业想要保持业绩增长,少不了对产业链上游的把控力以及对产品价格周期的理解。

·内部卡脖:咽不下的芯片与电池

1)预售的芯痛:订车2分钟,排队小半年

黑猫投诉显示,各大新能源车的投诉关键词九成多为“交付”相关。而同时乘联会数据显示,2021年,新能源专用产能平均利用率从2.52%到116.15%不等,统计的86家车企中,仅有19家车企平均利用产能利用率达90%以上,36家小于20%,产能过剩与产能不足并存。特斯拉等热门品牌基本都是订车2分钟,提车等半年,产能不足、延期交付等新闻屡见不鲜。

产能不足的外衣之下,除去电池的周期外,芯片才是真正的痛心之处。一款新能源汽车,要用到2000多颗芯片,如今拿到电动汽车的入场券不难,但想要胜出并不容易。国内整车厂基本都采用购买英伟达芯片,据说,比亚迪“造芯”至今20年,也只解决了一部分芯片的自研自产问题,材料、设备的制约使得攻克先进制程的芯片生产仍然困难。特斯拉选择自主研发,从2016年启动自研芯片项目,2019年FSD芯片才得以量产方式。在全球缺芯的背景下,自造芯片的技术壁垒过高,整车厂商们的路并不好走。

2)安全与智能能否兼得?


频繁的自燃事件,是新能源车深受消费者诟病的原因之一。而电池技术的短板使得品牌不愿直面问题。据国家应急管理部的数据显示,2022年一季度新能源汽车火灾共发生了640起,比去年上涨了32%,平均每天超过7例。电池安全,已经成为悬在新能源汽车头上的达摩克里斯之剑。掉下来,是必然事件。频次,是消费者不能接受的。用户端的需求始终是决定商业循环的源头,新能源频繁的安全与问题,无疑会给热情的消费者带来影响。

与之前的三大件不同,新能源汽车更注重智能服务,当下特斯拉能超越传统车企的真正核心,仍是内部的数字化科技以及人工智能自动驾驶技术。而国产厂商显然还未能解决这个问题。

目前新能源车定价仍高于传统油车的锚定价格,电池衰减,续航焦虑以及安全隐患问题仍是消费者踌躇观望的原因,新能源还未真正搭建增强回路,推动增长的飞轮。

绕不开的动力:小电池大能量

想理解新能源绕不开动力电池这一心脏,让我们先着眼电池单体,来看看目前市场主流电池。如今新能源车主要搭载的动力电池,磷酸铁锂电池、三元电池,是按正极材料体系来划分的结果。

磷酸铁锂电池:正极材料为磷酸铁锂,不需要镍、钴等稀有元素,生产成本低,也因为无钴这个高活性材料,安全性良好、循环寿命长,技术成熟度也相对较高。比亚迪的刀片电池就是磷酸铁锂的升级,在材料无法升级能量密度的限制下,从系统集成下手,提高体能量密度。散热性能好也是刀片电池的一大优势。最近,首批由比亚迪供应的刀片电池已经交付特斯拉德国工厂,锂电池的头部玩家中国电池正在走向世界。

三元电池:正极材料主要由镍、锰(或铝)、钴与锂元素组成。三元材料电池能量密度更高、充放电倍率性能和低温性能好,但安全性、循环寿命不如磷酸铁锂电池。

随着原材料的上涨,在连续5年落后三元材料的情况下,如今磷酸铁锂材料实现反超,成为正极材料细分领域出货量最多,且增长速度最快的子行业。

动力电池走向何处

目前饱受追捧的新能源车动力,也正是在沿着低成本、高性能、安全性的方向优化,主要的优化路径分为三个方向。

·研发新材料体系。

避免疯涨的锂矿“卡脖子”,动力电池企业也在积极寻找新的材料代替,钠离子电池就是其中之一。钠元素分布广泛,更容易获取,且钠离子电池低温性能良好,热稳定性更优,能量密度优化后更高。

就在今年的世界动力电池大会上,宁德时代便推出的M3P电池,就是基于钠离子体系研发,其能量密度高于磷酸铁锂,成本优于三元电池。 目前已经量产,明年就将推向市场。

·更新蓄电池材料。

正极、负极、有机电解液,构成蓄电池的最小单元。新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加,其中电池自燃占比事故原因的31%。自燃的多数原因是锂电池发生内部或者外部短路后,短时间内电池释放出大量热量,温度极剧升高,导致热失控。

正极材料的优化,主要是采用高镍三元材料,负极加入纳米硅形成硅碳负极材料,以实现更高的锂电池能量密度产品与相关市场领域产业化。

易燃性的液态电解液在高温下会被点燃,最终导致电池起火或者爆炸。为解决这一电池自燃的幕后元凶,动力企业也在着手研发将电解质逐渐由液态发展为固态。

·大电芯、大模组。


从电池的物理方面做研发方向,CTP 和大电芯是目前主流方向。特斯拉的4680大圆柱电池就是代表之一。此外,宁德时代发布的CTP3.0麒麟电池,在结构方面采用了创新工艺。电量相比特斯拉的4680电池提升了13%,可实现整车1000公里续航。

目前动力电池竞争激烈,磷酸铁锂、三元、固态锂电、燃料电池,技术路径方向各异,方形、圆筒型各有优缺,究竟哪一个技术路线能笑到最后,最终的结果只有时间能给出答案。

寻找下个矿山:电池回收

我国新能源汽车自2015年发展迅猛,常规动力电池的服役年限在5年左右,如今新能源汽车电池退役的窗口期已经来到。新能源汽车产业快速发展,加上2021年以来,锂电池原材料进入上升通道,动力电池回收将成为锂资源供给的重要补充,电池回收被赋予更高附加值。业内人士预计,到2050年全行业动力电池的一半材料有望来自报废电池的循环利用。

·递次利用与拆解回收再生利用

动力电池的回收主要分为梯次利用和拆解回收再生利用两个循环过程,梯次利用经济效益远超拆解回收。

递次回收是电池回收的循环开始。动力电池容量降至80%以下,虽无法应用在新能源汽车上,但在回收后仍可利用于其他场景,如家庭电能调节削峰填谷备用电源等。当电池损耗严重,无法继续使用时,只能通过化学方式炼电池中镍、钴、锂等贵金属拆解回收再造。

(图源:格林美官网)

·乱象:寂寥的白名单与高涨的小作坊


数据显示,截至目前,动力电池回收相关企业的注册超过2000家,但仅有45家进入工信部“白名单”,这意味着不少动力电池在回收过程的正规化、专业化仍不足。

小作坊不考虑环保和安全,成本优势之下,反向推高动力电池收购价,而在诱人的价格驱动下,回收黑市进一步扩张,对比之下,正规企业的产线消化需求过剩。据研究机构EVTank发布的《中国废旧锂离子电池回收拆解与梯次利用行业发展白皮书(2022年)》显示,2021年中国理论废旧动力电池理论回收量为29.4万吨,这些只需格林美一家企业满负荷运载几乎便能消化。同时高工锂电的数据显示,2018年—2020年,“白名单”企业仅回收了不到20%的退役动力电池,其他大部分动力电池都流入了非正规回收企业及小作坊。

对比显示,电池回收行业仍有待规范,目前来看,失去价格优势的白名单企业并不好过。

·困境:谁能接住风口

目前市场上的电池标准不统一,结构电压等诸多方面差异也造成了电池回收的障碍。锂盐作为周期产业,长期趋势是随着技术发展锂电成本下降,也增加了电池回收成本的不确定性。

“电池的绝大部分材料可以重复利用,目前公司镍钴锰回收率已达到99.3%,锂的回收率达到90%以上。”宁德时代董事长曾毓群日前表示。天齐锂业则表示,“实验室应该能做到(90%回收率),但商业上我个人还没见过。”双方各执一词,值得注意的是,对于废旧电池材料回收满足循环利用,宁德时代的90%以上参考时间是2035年。

动力电池企业、整车厂商也积极布局电池回收产业,宁德通过旗下邦普循环自设电池材料回收的闭环体系;蔚来汽车与宁德时代、国泰君安等企业共同投资蔚能,布局电池回收,目标是要做电池的全生命周期管理。随着政策的驱动,风口已至,至于谁能竞得最大的红利,各方的角逐才刚刚开始。

动力,重构汽车

在过去,发动机、变速箱和底盘的“三大件”定义着传统燃油车,是衡量汽车的动力、驾驶感受和乘坐体验的指标。新能源时代,新的三大件——由电机、电池、电控组成的三电系统,它们服务于更高级别的自动驾驶、智能座舱等智能化设施。

动力,重构汽车。电动汽车在诞生以来的近两百年历史中几经沉浮,辉煌与沉默的背后,都是电池技术的积累。

目前,我国新能源汽车的发展已经从政策驱动转向市场驱动,群雄逐鹿的时代,传统车企和造车新势力都在积极拥抱消费者。渤海证券研究所最近预测显示,到2025年全球新能源车销量有望达到2240万辆,渗透率将超过40%。

新能源汽车的浪潮已成大势,但电池技术的改进依旧任重而道远。唯有补足电池这节短板,再用优势碾压,才能真正碾压传统燃油汽车。但这个漫长的过程中依旧有很多未知,考验每个普通消费者的同时,更是考验着新能源产业链的各个角色。

参考资料:

《新能源汽车简史——电动汽车沉浮录》,Fastdata极数

《动力电池主要技术路线及发展反向简析》,研选资讯

《中国废旧锂离子电池回收拆解与梯次利用行业发展白皮书(2022年)》,EVTank

《动力电池回收:闲置的产线与蜂拥的入局者》,新智驾


内容作者:徐图之