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中天和自动化:锂离子动力电池深度报告之格局重构,龙头崛起(五)

文章来源: 深圳市中天和自动化设备有限企业 人气:1727发表时间:2017-11-25 16:47:44【】

中天和自动化:锂离子动力电池深度报告之格局重构,龙头崛起(五)

3.3、其他路径:梯次利用、模块化设计与纵向一体化

  现有的动力电池行业的商业模式依然有很多值得优化之处,比如在即将到来的退役电池潮中,退役电池合理的梯次利用将大大增强电池的经济效益,又比如各大车企力推的模块化设计将是电池实现规模效应的前提,再如企业通过打通上下游形成类似于比亚迪的商业闭环,这些举措均能实现电池成本的进一步下降。

  3.3.1 梯次利用:机遇与挑战并存

  动力电池退役潮将在今明两年爆发。

  2014年为我国动力电池放量元年,出货量达3.9GWh,早期的这批电池一般在3~5年左右即将达到设计的寿命终止条件,部分一致性不好或使用工况较恶劣的,甚至达不到3年的使用寿命。

国内动力电池出货量及预测

  以此推算,我国将在今年迎来动力电池退役的放量潮,此后逐年快速递增,预计到2019年,晚不会超过2020年,会有超过10GWh的退役动力电池规模。

  一般而言,动力电池容量低于初始容量的80%时,动力电池不再适合在电动汽车上使用。而80%以下还有很大利用空间,国家也支撑和鼓励梯次利用。但是目前在理论研究和示范工程方面较多,在商业化推广方面还处在初期的探索阶段。

  商业化的方式有两种:

  一是梯次利用,如应用于储能与低速电动工具;

  二是资源化,提取废电池中的镍、钴等金属,但是利用率不高、浪费较大。

  储能与低速电动工具市场是梯次利用的两个主要面向市场。

  1)储能市场:据测算,储能电池市场化应用的目标成本为180美金/kwh,约合1.2/wh,使用新型动力锂电池无法达到成本要求,投资回报率偏低,这也是制约储能产品大规模应用的大障碍。

  梯次利用的动力电池能够较好地权衡成本与性能因素,如电动大巴退役的动力电池由于能量密度较低,比较适合作为储能基站使用。

  2)低速电动工具市场:低速车与电动自行车主要采用铅酸电池,相比锂电池,铅酸电池更为便宜(0.6/WH),但问题在于污染大。

  如果采用梯次利用的动力电池,可以在价格、行驶里程(能量密度)、和寿命之间达到一个较好的平衡,从而更快速的推动锂电池在低速车与电动自行车市场的应用。

  3.3.2 模块化设计:电池发挥规模效应的前提

  模块化就是在相同的基本架构上进行定制化组合,使得设计、生产车辆就像搭积木一样简单、快捷。这一概念的运用将极大地节省研发成本、验证周期及生产成本。

  模块化设计在传统车领域已经非常成熟,随着新能源汽车产销的逐渐扩大,这一模式也将被植入。以大众为例,其宣布旗下所有新能源车型将采用统一的电池单元,这一计划将节省66%的成本。

  未来电池企业的供应将以模组为小单元。

  目前动力电池行业存在的一大问题是尚未模块化,包括尺寸在内的诸多标准尚未统一,圆柱、方形与软包路线未有真正意义的主流出现并且各体系内标准也参差不齐。未来随着行业集中度提升,电池将通过主流企业制定标准,进行标准化生产。过对电池单体的串联、并联或串并联混合的方式,确保电池模块统一尺寸,并综合考虑电池本体的机械特性、热特性以及安全特性。

  在安装设计不变的情况下,根据不同的续航里程和动力要求,提供不同电池容量,以满足不同的需求。这种模块化应用,在单体、模组端都可实现大规模自动化生产,大幅降低生产成本。

  3.3.3 纵向一体化:降低交易成本

  纵向一体化也能够实现交易成本的下降。如比亚迪所采取的从上游矿石、电池材料、到PACKBMS、电芯到下游整车的一体化路线,实现了成本的有效下降。特斯拉选择自建电池超级工厂也有类似考虑。

  对于动力电池企业来说,切入电池材料等上游环节,特别是成本下降有较大空间的隔膜、电解液等环节是成本控制的较好路径,如国轩与星源材质合作的隔膜产线。

  降成本路径之二:工艺改进见成效,比能量缓步提高

  大家认为动力电池能够持续降成本的关键因素在于其类似于半导体,存在电池摩尔定律,以比能量的持续提高来实现单位Wh成本的不断下降。目前来看动力电池系统能量密度提升空间主要来自高镍三元NCMNCA的普及应用。未来动力电池比能量将主要从电池的物理性能与化学性能两方面着手提高,物理性能方面主要从材料轻量化、相互之间的搭配衔接突破,化学性能则主要通过新型材料的试用以实现电池电化学性能的佳状态。

  物理方法:工艺改进仍有空间

  电芯环节:

  圆柱路线目前成本低,主要通过186502070021700等大容量单体切换实现进一步降本;

  软包路线成本高,主要通过规模化生产降成本以及改进工艺提升能量密度

  方形路线主要通过大容量与铝壳轻量化实现降成本,潜在降本空间在三类封装路线中大。

  PACK环节:

  目前的重点突破环节,主要通过提升成组效率提升系统比能量,产业目标为由目前65%水平提升至85%,对应30%比能量提升空间。

  化学方法:提升正极材料性能为关键

  正极材料:高镍NCM材料与NCA材料,高比能量的正极材料能够大大减少负极、隔膜与电解液等材料的用量;

  负极材料:硅碳负极替代切换;

  隔膜:薄型化隔膜;

  电解液:新型电解液LiFSI

 

此文关键词:锂离子动力电池,动力电池

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