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为什么有头有脸的车企都在自研电池?

放大字体 缩小字体 发布日期:2023-12-29 18:01:02   浏览次数:1390
核心提示:2023年12月29日关于为什么有头有脸的车企都在自研电池?的最新消息:文/天玑近一个月,动力电池江湖风起云涌,有三个车企接连公布了自研电池的最新进展和规划。其中,长安汽车的“金钟罩”首款标准电芯正式下线,广汽埃安发布了自研P5


文/天玑

近一个月,动力电池江湖风起云涌,有三个车企接连公布了自研电池的最新进展和规划。其中,长安汽车的“金钟罩”首款标准电芯正式下线,广汽埃安发布了自研P58微晶超能电池,极氪量产首款全栈自研的金砖电池。这三家车企在电池方向上的规划都大同小异,重点都是安全、补能等行业痛点。

车企自研电池并非新鲜事,比亚迪特斯拉已经证明这条路是可行的,它们通过依靠自身强大的销量规模,消化掉了前期投入。按图索骥,其他车企自研电池在理论上是可行的。

不过,此一时彼一时,动力电池供应链已经成熟,而且即便是同一条路,也未必所有车企都能成功。车企的管理层和相关人士不会不明白其中道理,但他们仍选择踏上征程,只能说自研电池的魅力让车企无法抗拒。

谁在自研电池?

比亚迪是较早进入电池领域的车企,而它最初做的电池不是给电动汽车用的电池,而是给数码产品用的,比如手机。直到今天,比亚迪还保留着这块业务。

特斯拉的自研电池是4680电池,目前它的产量是每周80万块,每块电池约100瓦时,以一辆车的电池组为65千瓦时计算,4680电池每周的产量,只能供给约1200辆新车(不包括cybertruck),而特斯拉11月的销量超过17万辆。所以严格讲,车企中真正走通自研电池这条路的只有比亚迪,可见这条路有多难走。

除了比亚迪和特斯拉,据节点AUTO不完全统计,还有十余家车企公开了自研电池的计划,它们包括前面提到过的广汽埃安、长安和极氪;还有蔚来和哪吒,以及吉利、长城、长安、岚图、五菱、上汽、宝马、大众、福特和丰田、本田。

在这些车企中,有的选择了双向下注,也就是自研+外购并行。比如特斯拉,它从2020年7月1日开始从宁德时代采购锂离子动力电池,采购期限直到2025年12月。

车企这样做的原因在于,自研电池不仅入局门槛高,而且在技术转化、生产制造环节上非常吃经验,不是一朝一夕就能把自研电池研发出来并成功量产上车的。此时,向第三方采购部分或者大部分电池,能够让保障订单平稳生产、交付,车企也能源源不断获得资金,为自研电池提供支持。

另外,自研电池难度高导致前景不确定,进而可能影响后续产品布局,也是车企这样做的原因。

比如,蔚来在2020年就发布了关于自研电池的消息,当时蔚来表示新电池采用了原位固化的固液电解质,无机预锂化的硅碳负极,纳米级包覆的超高镍正极。从信息上看,这属于半固态电池,是动力电池行业的发展趋势之一,行业的龙头宁德时代的研究方向也包括半固态电池。

上周末,蔚来董事长李斌直播测试了装载于蔚来ET7的半固态电池包的续航能力,这个电池就是蔚来自研电池的成果,它的研发用了三年时间,而且电芯是和卫蓝新能源联合研发的,蔚来自研的是电池包。

在自研电池这条路上,更多的是进展不顺的消息。比如,小鹏汽车去年11月曾招募了宝马前高级电池工程师组建自研电池团队,但后面就没有下文了。

为什么要自研电池?

车企自研电池的原因有三个。第一个原因是电池成本过高,让车企背上了包袱。这方面有两个关键点,其一是电池在新能源汽车成本中的占比较高。据广汽董事长曾庆洪透露,占比在40%~50%,甚至60%,车企在给宁德时代打工。由此可见,车企如果想要降低成本,首选就是向电池开刀,自研电池结合规模优势,就能降低成本。

其实,动力电池企业同样被这个问题困扰着。宁德时代首席科学家吴凯曾经回应过车企的抱怨:平常也遇到一些客户对我们的抱怨,说整车厂基本上不是很赚钱,是不是你们电池厂商把利润都拿走了?事实上,宁德时代今年(2022年)虽然还没亏本,但是在盈利的边缘上挣扎,非常痛苦。

昨天,雷军在小米汽车技术发布会上也吐槽了电池太贵,他表示“三元锂+宁德时代+100度电池包”这三个关键词放在一起,就意味着十几万元的成本,正是由于成本高,小米SU7次啊不可能做到“交个朋友”。

车企和电池厂的抱怨,根本上是电池原材料价格过高。在去年,电池级碳酸锂报价首度突破60万元/吨,氢氧化锂价格突破58万元/吨,成本更低的磷酸铁锂电池,报价曾上涨超过300%,达到17万元/吨。以60度电计算,磷酸铁锂每吨涨10万元,一台整车的成本会上涨3500元到4500元。

目前,电池级磷酸铁锂的报价已经降至10万元/吨左右,但车企仍不能放松,因为原材料价格是波动的,如果价格再出现暴涨的情况,车企还是要“遭罪”,自研电池可以对冲一部分成本风险。

以特斯拉自研的4680 电池为例,它能节省约86%的生产成本,每kwh成本可降低69%。

第二个原因是,对车企来说,动力电池的供应受制于原材料、产能、市场需求,也是波动发展的。据传,何小鹏曾经在宁德时代蹲了一个星期,就为了能早点拿到电池。说到底,车企需要用其他手段来对冲风险。

最后一个原因是自研电池能让车企掌握核心零部件,巩固竞争力。这一点,极氪CEO安聪慧说得很直白:一家智能电动汽车企业,未来想要形成竞争力,电池是核心、最基础的要素,三电系统这也是极氪未来发展的护城河之一。

自研电池要迈过哪些门槛?

汽车的本质是制造业,相比轻资产运行的互联网行业,制造行业的模式更重,投入更多,产品转化链路更长,这是车企自研电池要迈过的门槛。

首先,车企自研电池的投入规模较高,车企需要考虑财务风险。广汽的自主电池项目总投资约145.9亿元,接近广汽集团2021年净利润的两倍。广汽埃安投资的因湃电池工厂总投资为109亿元;极氪的衢州极电工厂投资超过百亿元。吉利投资了10余个大型电池项目,总投资金额超过1100亿元,其中60%用于自建电池工厂。

这个投资规模,几乎可以从零开始再打造一家新势力,蔚来上市之前在一级市场融了约22亿美元(约150亿元人民币左右)。

自研电池的车企可以细分为两类,一类是广汽这种有资金、有销量规模支撑的车企,它们有更强的耐力;另一类是蔚来这样的新势力,投入压力要大一些。

其次,车企需要跨过投入与转化之间的鸿沟。前面曾提到,4680电池目前的产能还远远满足不了特斯拉新车交付的需求,一个重要原因是工程制造技术难以把设计转化为产品。

锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四个主要部分组成。其中,隔膜的作用是隔绝正负极、防止短路、提供微通道支持锂离子迁移,它影响着电池的安全性、倍率性能和循环性能,在动力电池中的成本占比约为10%-20%。

隔膜工艺有干法和湿法两种,目前主流选择是湿法。湿法的优点是制备的隔膜微孔分布均匀性好、孔隙率高、亲液性好、内阻较低、同时闭孔温度低、双向拉伸强度高,可以制备较薄的隔膜(目前应用于动力电池的湿法隔膜普遍为9-12um,干法为12-16um)。

但是湿法程序较多,需要将电池材料与粘合剂、液态溶剂混合,然后涂在箔片上,然后把箔片烘烤12个小时后,才能使用。

信奉第一性原理的马斯克认为,这种工艺效率低且成本高,既然最后要“干” 的,为什么还要先把它弄湿然后再烘干?

相比之下,干法工艺能满足马斯克的诉求。为此,特斯拉收购了全球著名的超级电容生产企业Maxwell,将超级电容器的干法制备工艺嫁接到了锂离子动力电池的生产中,这样可以降低锂离子动力电池的成本,并提高性能。

Maxwell将少量细粉状 PTFE(Teflon特富龙,聚四氟乙烯)粘合剂与电极粉末混合。然后将混合的电极材料与粘合剂粉末通过挤压机形成薄的电极材料带,再将挤出的电极材料带层压到金属箔集电体上做成电极。

但是,由于特斯拉是将超级电容器的干法工艺嫁接到了动力电池生产中,需要重新调整粘合剂的添加比例,这也是自研电池的一个难点所在。电池包领域流行的CTC技术,这本质上是物理层面的突破,通过优化结构让电池包的重量更轻、体积更小,而材料学需要在材料种类、配比等基础科学上有突破。

此外,制造设备也需要改变。干法制备工艺的难点之一是原纤维化(Fibrilization )。举个例子,在炎热的天气下,有人吐了一块口香糖在地上,有人踩到了口香糖,口香糖会与鞋底粘在一起,当脚抬起时,口香糖在鞋底与地面之间拉成纤维丝,使黏到鞋底的口香糖纤维化。

Maxwell的做法是,通过混入活跃的负极或正极材料颗粒的 PTFE原纤维化,形成电极材料的自支撑膜。此时,生产环节要将PTFE纤维化,使活性物质与纤维化的PTFE形成网络交联结构。特斯拉的做法是自己设计设备,再找锂电设备公司做代工生产,合力克服难题。

4680电池原计划2021年开始量产,最后拖到了今年年中,就是因为特斯拉提出的这些新要求带来了新的难题。

长期来看,自研电池是车企的提高竞争力的好帮手,但这条路很难走,需要投入大量资源和时间。因此,对于车企来说,目前的最优选是自研+外购并行。

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