動力電池作為新能源汽車能量存儲與轉換裝置的基礎單元,是新能源汽車的核心零部件,其發(fā)展水平關乎汽車產(chǎn)業(yè)電動化轉型的進程。
據(jù)悉,2020年全球動力電池和儲能電池的出貨量大約為213GWh,同比增長34%。其中電動汽車板塊出貨量192.9GW和,占比90.6%,同比增長30%;儲能板塊出貨量20GWh,同比增長81.8%。2021年全球電池出貨量有可能達到317GWh,同比增長49%,發(fā)展勢頭迅猛。
根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù),2021年,我國新能源汽車產(chǎn)銷分別為354.5萬輛和352.1萬輛,同比均增長1.6倍,市場滲透率達13.4%。新能源汽車滲透率越過10%的拐點后,將迎來更加快速的市場化發(fā)展,動力電池產(chǎn)業(yè)也正駛入歷史新周期,逐漸由追求“量”的增長轉變?yōu)?ldquo;量”“質”同步發(fā)展。2021年,我國動力電池裝車量154.5GWh,同比增長142.8%,其中三元電池裝車量74.3GWh,同比增長91.3%;磷酸鐵鋰電池裝車量79.8GWh,同比增長227.4%。
在新能源汽車市場需求快速增長的同時,動力電池的供應存在缺口。為應對全行業(yè)電動化轉型帶來的供應鏈壓力,2021年以來,動力電池企業(yè)紛紛擴充產(chǎn)能,包括寧德時代、比亞迪、中航鋰電、億緯鋰能、國軒高科、蜂巢能源、孚能科技等在內(nèi)的多家一二線動力電池企業(yè)都宣布了擴產(chǎn)計劃,規(guī)劃的新增產(chǎn)能超過1000GWh,差不多是2021年動力電池裝車總量的10倍,動力電池產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。
牽一發(fā)而動全身,動力電池供應鏈需求也水漲船高。短期來看,新能源汽車市場井噴,動力電池供應鏈缺貨、漲價態(tài)勢愈演愈烈;從中長期看,為保障TWh時代穩(wěn)定供應,動力電池產(chǎn)業(yè)鏈合縱連橫不斷升級,動力電池材料循環(huán)利用也受到各方重視。在此形勢下,認真研究新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢十分必要。
動力電池產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)三個發(fā)展趨勢
1.電動化轉型提速,動力電池產(chǎn)業(yè)競爭升級。
隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)增長,財政補貼即將退出,我國動力電池產(chǎn)業(yè)將依靠市場驅動,并隨著對外開放的逐漸深入,正面參與國際市場競爭。一方面,LG化學、松下等跨國動力電池企業(yè)不斷開拓中國市場,競爭日益加劇;另一方面,寧德時代、孚能科技等紛紛調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略,與特斯拉、寶馬、戴姆勒等跨國整車企業(yè)合作,并積極在歐洲布局工廠,加快“走出去”,我國動力電池企業(yè)全球化發(fā)展提速。
2.長協(xié)訂單、大訂單增強產(chǎn)業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。
在動力電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、電池企業(yè)加大投資擴張的態(tài)勢下,防范企業(yè)發(fā)展風險十分必要。大訂單、長協(xié)訂單落地,才能讓新周期動力電池市場紅利更具確定性。從車端來看,2021~2023年是外資車企電動化車型密集投放期,自主品牌也在新能源轉型上加足馬力。通過長期訂單、項目定點、合資合作、入股等多種形式鎖定動力電池產(chǎn)能,已經(jīng)成為主機廠現(xiàn)階段的重要角力點。2021年,寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、遠景動力、欣旺達、孚能科技、萬向一二三、捷威動力、微宏動力等國內(nèi)電池企業(yè)均拿下了不同程度的長協(xié)大單或項目定點。
3.確定性需求加速動力電池產(chǎn)業(yè)新一輪產(chǎn)能躍升競賽。
據(jù)不完全統(tǒng)計,2021年以來,國內(nèi)動力及儲能電池投擴產(chǎn)項目總投資超過5000億元,粗略估算擴產(chǎn)規(guī)劃超過1.4TWh。從項目投資及產(chǎn)能規(guī)???,寧德時代、比亞迪、中航鋰電、蜂巢能源、國軒高科、億緯鋰能等頭部企業(yè)是擴張主力。其中,寧德時代規(guī)劃投資超1200億元,中航鋰電超760億元,蜂巢能源超670億元,億緯鋰能超440億元。與前一輪產(chǎn)能擴張的明顯區(qū)別是,頭部動力電池企業(yè)的產(chǎn)能規(guī)模從十GWh級別向百GWh級別躍升。
同時,動力電池企業(yè)向上游延伸趨勢明顯,擴建基地注重資源優(yōu)勢,四川、江西等具備資源優(yōu)勢的地區(qū)成為動力電池企業(yè)入駐的重要考量。湖北、安徽等具有地理優(yōu)勢及產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢地區(qū)也在成為新能源產(chǎn)業(yè)集聚新高地。
在激烈的競爭中,寧德時代、比亞迪等領先的電池企業(yè)開始面臨挑戰(zhàn)。大眾汽車計劃未來10年在歐洲新建6座動力電池超級工廠,奔馳、吉利、廣汽等公司也在紛紛自建動力電池工廠,寧德時代的競爭對手在增多、在變強。
如今,美國已明確汽車產(chǎn)業(yè)的未來是電動汽車,并提出電動汽車扶持計劃;美國能源部也將提供2億美元用于動力電池研發(fā),提供170億美元貸款推進儲能應用。中美兩國在電動汽車和動力電池方面的競爭會越來越激烈。
動力電池技術發(fā)展四大趨勢
1.動力電池技術路線呈現(xiàn)車輛場景化發(fā)展趨勢。
動力電池將根據(jù)新能源汽車的不同技術路線和使用場景,定向提升技術指標?;旌蟿恿ζ嚨氖走x技術是具有高功率特性的鋰離子電池(磷酸鐵鋰電池和三元電池等);中高端新能源乘用車的首選技術是具有高能量密度特性的三元電池,眾多動力電池企業(yè)在安全發(fā)展的前提下,積極布局高鎳三元電池研發(fā),以滿足長續(xù)駛里程和能耗需求;商用車和經(jīng)濟型乘用車的主要需求是具有高安全、長壽命和低成本特性的磷酸鐵鋰電池,并需通過更換負極材料及優(yōu)化電池設計等,進一步提升其性能和經(jīng)濟性。
然而,受成本和技術進步的影響,動力電池技術路線也在變化,如比亞迪刀片電池改變了磷酸鐵鋰電池的地位和發(fā)展態(tài)勢。2021年,磷酸鐵鋰電池的裝車量在近年來首次超過三元鋰電池,一些中高端車型也開始選用磷酸鐵鋰電池。
2.固態(tài)電池是新一代動力電池的重要技術方向。
以固態(tài)電池為代表的新一代動力電池,是未來的重要競爭領域,需給予足夠重視。我國在固液混合型固態(tài)電池方面領先于世界,技術已接近成熟并開始產(chǎn)業(yè)化。但全固態(tài)動力電池研究總體上仍處于技術攻關階段,產(chǎn)業(yè)化布局尚未開始,預計2025年以后才有可能開始產(chǎn)業(yè)化應用。目前,需加強政府支持和指導、產(chǎn)學研合作、上下游合作和市場化產(chǎn)業(yè)鏈建設。
3.鈉離子電池有望替代鉛酸電池應用于低速動力車輛。
鈉離子電池的優(yōu)勢一是安全性高;二是儲量豐富且成本低;三是兼容現(xiàn)有的鋰電設備,其工作機制與鋰離子電池相同,電池企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)設備可直接用來生產(chǎn)鈉離子電池;四是無過放電特性。鈉離子電池允許放電到0V,能量密度大于100Wh/kg,而且成本優(yōu)勢明顯,有望在大規(guī)模儲能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。目前,寧德時代已啟動相應的產(chǎn)業(yè)化布局,2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈,鈉離子電池有望成為未來車用及儲能動力電池的重要備選路線。
4.退役動力電池梯次利用與提高再生利用技術必要性越發(fā)突出。
隨著電動汽車的持續(xù)發(fā)展,動力電池的退役量在逐步攀升。首批投入市場的新能源汽車動力電池使用已超過10年,面臨退役。有數(shù)據(jù)顯示,2025年后,每年退役電池數(shù)量超過百萬量級,從環(huán)境保護和解決產(chǎn)業(yè)前端資源實現(xiàn)能源再生利用兩方面考慮,解決退役動力電池梯次利用與再生利用問題已迫在眉睫。
低成本是退役動力電池梯次利用未來的核心突破方向,具備經(jīng)濟性優(yōu)勢是其參與市場競爭的必要條件。當前需基于應用場景建立統(tǒng)一的殘余價值評價體系,建立基于數(shù)據(jù)訓練的電池白箱模型;結合備電、儲能、低速電動車等不同應用場景,圍繞電池荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)、功能狀態(tài)和安全狀態(tài)等多影響因子,深化對電池電化學特性及外特性表征關聯(lián)關系的判定。退役動力電池再生技術方面,國內(nèi)現(xiàn)階段以濕法冶煉為主,隨著中國機械制造和智能控制水平的提升,火法冶煉技術與裝備將有望進一步發(fā)展。此外,基于動力電池全生命周期設計回收利用流程、開發(fā)綠色回收和污染防控技術,將成為未來發(fā)展的重點技術攻關方向。
動力電池供應鏈發(fā)展三大趨勢
1.供應鏈正成為汽車產(chǎn)業(yè)最大掣肘,“補鏈強鏈”成為全球共識。
受上游原材料產(chǎn)能限制和供給短缺影響,2021年以來,需求高漲的動力電池領域出現(xiàn)了“無米下炊”的窘境,部分材料缺貨甚至引發(fā)“蝴蝶效應”,掣肘動力電池企業(yè)產(chǎn)能釋放。站在中長期的視角,面向TWh時代,頭部動力電池企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模普遍向百GWh體量邁進,這需要配套材料廠規(guī)模向10萬噸級別以上邁進。這意味著,沿用之前上游供應鏈的擴張規(guī)模已經(jīng)遠不能滿足需求,這對于資金投入、產(chǎn)能規(guī)劃、產(chǎn)線部署等都提出更高要求,也因此倒逼電池企業(yè)深度參與到上游供應鏈的布局中。如今,寧德時代、比亞迪、國軒高科、億緯鋰能、LG化學等國內(nèi)外電池企業(yè)都加大了上游產(chǎn)業(yè)鏈布局,將其作為公司戰(zhàn)略的重心。電池企業(yè)“親自入場”的目的不言而喻,一是抵御資源斷供風險;二是防范供應鏈價格波動;三是更深層次參與到新技術與產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化;四是打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游,部署全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)循環(huán)。
2.供給結構失衡可能改變上游資源技術路徑和定價機制。
全球市場對于鋰電池龐大的剛性需求,正在改變最上游鋰、鎳、鈷的供給結構,巨大的供給矛盾缺口將倒逼動力電池企業(yè)通過資本投入、技術創(chuàng)新等方式來改變甚至顛覆現(xiàn)有的上游資源技術路徑和定價機制。前段時間,中央政治局會議在審議國家安全戰(zhàn)略時提出要確保能源礦產(chǎn)安全。這是如此高規(guī)格會議首次把礦產(chǎn)安全和能源安全并列,意味著礦產(chǎn)安全上升到國家戰(zhàn)略。這一變化背后的原因,是全球范圍內(nèi)向清潔能源轉型引發(fā)的大量戰(zhàn)略性礦產(chǎn)需求,如動力電池需要的鋰、鎳、鈷、錳等。未來這些礦產(chǎn)供應可能難以跟上清潔能源迅速增長的需求,應引起重視。
以鋰為例,IEA的研究報告《關鍵礦物在清潔能源轉型中的作用》顯示,隨著各國逐漸向清潔能源邁進,電動汽車取代燃油車的進程加速,2040年鋰的需求可能比現(xiàn)在高出50倍,這意味著世界將面臨鋰的嚴重短缺。鑒于鋰資源區(qū)域分布不均以及控制權高度集中,鋰電市場會不可避免地受到價格波動、地緣政治的影響。國內(nèi)鋰資源此前主要來自于南美鹽湖提鋰和澳洲鋰礦石,隨著進口供給價格的波動、地緣政治等多重因素的影響,加大國內(nèi)鋰資源的開發(fā)(鹽湖提鋰、鋰云母提鋰、鋰輝石提鋰)成為國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界的一致選擇。
3.動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)循環(huán)與可持續(xù)發(fā)展,是全球碳中和目標下的產(chǎn)業(yè)共識,也是參與全球市場競爭的必要。
歐盟的新電池法規(guī)(2020/353)提案對歐洲電池產(chǎn)業(yè)鏈實施了更全面的監(jiān)管,包括引入碳排放量、原材料供求、可再利用原材料使用比率等具體環(huán)保規(guī)定。寶馬、奔馳、大眾等歐洲車企在供應鏈選擇上,已針對電池全生命周期二氧化碳排放(LCA)當量提出要求,主要涉及三方面。一是低碳生產(chǎn),使用清潔能源供電,甚至100%使用綠電;二是材料回收,提高正極材料和金屬的回收比例;三是電池產(chǎn)品全生命周期碳排放。對于動力電池企業(yè)而言,只有更深度地參與產(chǎn)業(yè)鏈上游及回收利用環(huán)節(jié)的布局,打造產(chǎn)業(yè)鏈的生態(tài)循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展,才能有效參與全球市場競爭,在減碳、可再生材料利用等領域具備更大的主動權和把控權。
自2023年1月1日起,歐盟將對進口的部分商品征收碳關稅。這勢必會提高電池企業(yè)的出口成本,并要求中國的電池企業(yè)花時間、花投資,按照碳排放要求進行改造和驗證,以應對越來越高的碳壁壘。
動力電池領域的碳中和是無法繞開的一道必答題,誰越早行動,就越能掌控接下來的主動權,而這也是動力電池部署產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)的背后邏輯所在。
如今,中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展走在了世界前面,發(fā)展態(tài)勢很好,但也面臨不少挑戰(zhàn),還需繼續(xù)努力。
(作者系中國汽車工業(yè)咨詢委員會主任)
原標題: 淺談動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展及循環(huán)利用趨勢