電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
一、幾乎在同一天，韓國的兩家頂級動力電池巨頭被同時打臉。
一家國際媒體率先撕開了LG化學(LGChem)和SKI(SKInnovation)的遮羞布。這家媒體爆料稱LG化學近日證實，今年公司將只是小規模加工用于電動公交車的NCM811圓柱形電池;同樣，SKI也證實，將推遲NCM811動力電池的發布。
大寫的尷尬，顯露無疑。
就在不到一年前的2017年8月30日，SKI還對外宣布，已經在韓國工廠開始量產NCM811電池，并將在當年12月供應儲能市場。到2018年第三季度實現規模化供應車企。SKI電池研發中心首席研究員李存河(LeeJon-ha)在接受媒體采訪時宣稱，“SKI的NCM811電池有望使電動車的續航里程延長至500公里。”
李存河提到的在2018年第三季度規模化供應車企的項目，應當就是長期以來金牌合作伙伴起亞汽車的一款入門級純電動SUVNiroEV。在今年年初的CES展上，起亞方面宣稱這款被賦予眾望的NiroEV在WLTP歐盟標準下，裝載64kwh電池的版本續航成就達到450公里，39.2kwh版本達到379公里。而到了7月19日這款車型正式上市，64kwh版本的續航里程從450公里降到了385公里，39.2kwh版本從379公里降到246公里。
SKI當初放出話來，曾信誓旦旦地承諾NCM811電池量產配套的時間點，如今卻又向后推遲。可憐見起亞這個被坑了的隊友，只能啪啪打臉，掉了牙還只能往肚里咽。
LG化學的情形和SKI極為類似，今年3月在日內瓦車展上現代汽車展示了一款號稱全球首款搭載NCM811軟包動力電池的KonaEV，續航里程分別為300公里和470公里，對應的電池組容量正好也是39.2kwh和64kwh。
LG和SKI，現代和起亞……眼不眼熟?意不意外?眼見著KonaEV明年年初上市的時間節點一天天迫近，當初吹過的牛大概率被打臉，不了解現代汽車三電系統的研發人員和工程師們，是否時常都有種想掐死LG化學那幫工程師們的沖動?
另一個韓國鋰電巨頭，三星SDI(SamsungSDI)就非常地“識時務”，其一再宣稱要到2018年，給好基友寶馬的i3和i8匹配的動力電池，才從比能量160~170Wh/kg的NCM333和NCM523，升級到210~230Wh/kg的NCM622方形電池。匹配270~280Wh/kg的NCM811，至少要到2021年以后說話了。
一位深入三星鋰離子電池研究機構的內部人士告訴燕十七，“到2020年，三星的方形電池是肯定達不到300Wh/kg的。”臨了還補充了一句：“這個是確定一定和肯定的。”
二、中國以外，以日韓系為代表的動力電池第一梯隊中，唯一在高鎳三元動力電池方面有些實質性建樹和進展的，就剩下日本的松下電子了。
憑借多年在消費鋰離子電池業務所積攢的扎實基礎，將圓柱型技術路線的工藝成熟、一致性高的先天優點發揮到極致，以及在特斯拉歷代車型Roadster、ModelS、ModelX到Model3上的不斷進化，基本奠定了松下從鈷酸鋰到NCA(鎳鈷鋁)，從18650到21700，從250Wh/kg到300Wh/kg一路進化取得的圓柱電池領導者地位。
特別是這一代使用在Model3上的21700圓柱型電池，通過改良高鎳正極材料和硅碳負極材料的使用，使電池能量密度達到20%的提升，通過減少Pack金屬結構件和導電連接件成本以及降低Pack系統管理難度，在提升了Pack整體能量密度的同時，讓Pack成本降到1元/Wh的水平。
動力電池關乎新能源汽車的成敗，而能量密度則是關乎動力電池成敗的第一要素。針對這一現狀，各國紛紛制訂了相關的電池產業政策目標，期待引領整個行業。今朝看中、美、日、韓等國政府或行業組織制訂和提出的2020年目標，基本上都指向300Wh/kg這一數值。
而明眼人都了解，當今全球動力電池江湖上，歐美列國除了手里還保留著為一些核心專利之外，能打得出來的牌面已經不多了。至少在三元鋰電技術路線主導的這將來8~10年，歐美國家是徹底沒戲了。而無論是在核心技術的儲備，研發人才的興盛，設備工藝的升級以及整個產業鏈條的支撐和下游使用市場的匹配上，中日韓三足鼎立共分天下的定局已成不可逆轉的大勢所趨。
而就在中日韓內部，也依舊存在著從核心技術到設備工藝，從上游材料到下游使用的鄙視鏈。很可惜，中國處于這條鏈子的最下端。
雖然，靠著全球市場份額過半的新能源汽車市場，中國境內誕生了全球出貨量最大的動力電池加工商，全球動力電池出貨量前十中獨占7席(沃特瑪倒下后，很有可能是6席)。但我們非得認識到，即使是排在國內第一陣營中的寧德時代和比亞迪，在整個業界也剛剛完成從跟隨者向并跑者的轉型，在涉及到技術、材料、工藝、設備、市場和專利等諸多軟實力上，跟日韓系相比還有不小的差距。
中國的動力電池企業，離全球行業領跑者還差得挺遠。唯一領跑的是規模，這我們心里都清楚，我們今天的規模優點是由過去幾年，國家層面的政策保護主義換來的。一個國家政策性快速扶持起一個產業無可厚非，但在缺乏市場競爭溫室中成長起來的苗木，多少有些揠苗助長的意味。
三、中國本土的動力電池，跟日韓存在的差距主要表今朝以下幾個方面：
1.高鎳三元正極材料的供應
不論是NCM811還是NCA，高鎳三元電池的正極材料的材料性質、工藝制備以及材料供應都屬于全行業的難點。
隨著鎳含量的升高，鋰離子電池的循環性、安全性和倍率性能迅速惡化。試驗證明，鋰離子電池容量每提升10%，循環壽命約莫會降低20%，充放電倍率降低30~40%，同時電芯會有20%左右的溫升。
國內的正極材料廠商以及電池廠，在處理上述問題的核心技術層面，都與日韓有著一定的差距。
供應上，也是難題。
目前具備成熟制備技術和批量加工能力主要掌握在日本住友、戶田工業、ECOPRO等幾家日韓企業手中，國內高端高鎳三元材料主要依靠進口。國內能夠實現高鎳三元正極材料批量加工的廠家，屈指可數，據說惟有當升科技可以實現批量量產，但與電池廠的匹配程度也還需要進一步驗證。
還有松下使用的高鎳NAC正極材料，其供應商日本住友金屬就只給松下一家業內客戶獨供，國內電池廠根本就買不到。
2.硅碳負極材料的供應
在傳統石墨負極材料中加入硅基材料，能有效提升電池的容量。但是，硅基材料在充放電過程中極易膨脹粉碎，從而影響整個電池的循環壽命和安全性。國內在攻克這方面難題方面的研發，依舊與日韓有所差距。
國外部分企業已經具備了硅碳負極材料的量產能力，如日本信越、日立化成、吳宇化學和美國的安普瑞斯等，且都有著自己的核心技術優點，硅碳負極在特斯拉Model3上的使用也已經通過過驗證。而國內負極材料企業在這方面大多處于實驗階段，且在產業化方面動作較慢，國內惟有貝特瑞的硅碳材料已有國外批量訂單，其他企業無論是負極材料還是電池企業都還在研發之中。
3.電解液和隔膜
即使有了高鎳正極和硅碳負極，沒有相匹配的電解液和隔膜，高鎳電池也也依舊造不出來。
一言以蔽之，適合高鎳三元電池路線的電解液和陶瓷隔膜，對于整個國內產業界來說，仍然似難以逾越的大山一般的難。
4.工藝設備
動力電池屬于高端制造業，需要極高的制造精度。鋰離子電池的制造工藝復雜，工序繁多，電池廠非得嚴格把控好每道工序的各個細節，才能達到高一致性。而高鎳NCM811不僅需要全套新的機器設備，對加工工藝流程的把控要求更是高了一個級別。
這就要求電池廠采用更加智能化的設備，提高加工線的自動化水平。而對不起，雖然近幾年中國本土的鋰電設備供應商在單機自動化方面有些進步，但在系統化的自動化加工線設備和電池探測設備上，跟日韓乃至歐美相比，還存著這較大的差距。許多涉及到核心工藝的的自動化設備都是從日本、韓國和歐洲等國進口。
要了解，加工設備上落后，怎么能在產品上保持先進。
5.市場
由于起步較早且更具國際化視野，日韓系動力電池企業在跟國際車企巨頭合作時有著先天優點，至今已經基本鎖定了全球范圍內的絕大多數車企。
例如，松下方面背靠特斯拉這棵大樹，之后又和豐田建立了戰略合作關系。
LG化學和美系、韓系、法系等多個品牌開展合作。配套了諸如雷諾Zoe、雪佛蘭Bolt等全球銷量靠前的主流新能源車型。
三星SDI多年以來專注于同寶馬的深度合作，之后又配套菲亞特、大眾等品牌的若干車型。
反觀國內，除了寧德時代在與國外品牌合作方面取得一些進展之外，其他品牌大多都只是供應本土品牌車企。這既不利于與國際巨頭合作過程中先進技術的研發和吸收，更可能在將來陷入丟失更多市場份額的惡性循環。當日韓系大舉進入中國市場的時候，占一半以上市場份額的合資車企在丟開股比束縛，以及在實際市場壓力的情況下，想不倒戈都難。
6.專利
舉個例子說明問題。
依據公開資料，三星SDI研發團隊擁有2300名開發人員，其中碩士博士占比達到39%。截止2015年第一季度，三星SDI申請國內外專利59498項，擁有注冊專利14668項。
對比寧德時代研發人員3628人，截止2016年，擁有境內專利907項，境外專利17項，正在申請的境內和境外專利合計1440項。
四、中國擁有全球超過一半的新能源汽車產銷量，新能源汽車看動力電池，動力電池看中國，而中國則要看日韓。
但就在今天，日韓的高鎳動力電池技術路線，正經受著挑戰。當技術、工藝和原料來源都處于領先地位的SKI和LG化學尚且啪啪打臉，那么反觀國內，是否就更懸了呢。
況且，動力電池不僅僅惟有能量密度一個指標，成本、安全性、熱穩定性、循環壽命和功率密度等都是影響其整體性能的關鍵性指標。從原材料到最終使用裝車更是涉及到一條多種礦產、礦產深出產、前驅體、正極材料、負極材料、電解液、隔膜、電芯、模組、Pack、驗證、裝車的全產業鏈。
我們常常片面地追求單一指標，而往往就忽視了系統性。試想，即使制造出了300Wh/kg比能量的動力電池，脫離了上游正負極材料、電解液、隔膜等形成系統化能力，以及下游車企的研發和配套體系，一味地追求單純的能量密度，其實意義并不大。
而反觀日韓電池企業，往往更加重視系統化體系能力的建設。例如，三星SDI的關聯企業三星物產積極地布局上游鋰鈷礦產資源，整個龐大的三星集團內系統的軟硬件研發能力、設備制造能力都可以為動力電池部門提供強大助推力;SKI同時又是全球第二大濕法隔膜制造商，隔膜涂布技術獨步天下，熟悉鋰電產業的人士都了解，隔膜是整個鋰離子電池體系中技術含量最高的原材料，而濕法隔膜正是當前中國欠缺的核心技術。
日韓整個產業鏈中的正負極材料加工商、電解液加工商，以及電芯企業、BMS研發企業、Pack系統企業、鋰電設備企業測試中心和車企之間都建立了廣泛的協同合作的關系，而反觀國內，幾乎全部各自為戰。
一個鮮明的例子是，國產生產的鋰離子電池設備單拿出來看，自動化程度基本都可以達到電池廠的要求，但由于系統化集成能力不夠，設備之間難打通，所以電池廠還得從國外進口設備。這就造成中國整個產業鏈條上很大一部分利潤，都被日韓等國的智能設備供應商給賺走了。
再比如，由于電池廠和車企協同能力不足，整車的BOM成本很大一部分來自電池，而電池的后期維護成本也由車企筆直承受，造成車企承壓太重，有種給電池廠打工的心態，這就更不利于車企和電池企業展開系統深入的合作。
所以，當跑在前面的人慢下腳步來的時候，跟在后面的人是否需要也跟著慢下來，反思些許片刻呢。
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