2. LG Energy Solution背景介绍,及软包电芯优劣势分析。
3. 宁德时代背景介绍,及方形电芯优劣势分析。
如今在电动化浪潮的席卷之下,动力电池江湖可谓是风起云涌,行业蓬勃、资本簇拥。从早些年的诸侯争霸,逐渐进入了三强逐鹿中原。2019年行业CR10达到了87%,CR5达到了75%;从SNE Research最新的数据来看,CR5的数据达到77.5%,集中度进一步提升,而其中Top3的数据达到了66%以上,中日韩各占一席。中国的宁德时代占据24.2%的市场份额,韩国的LG Energy Solution占据22.6%,日本的松下占据19.2%的份额。所以,动力电池的江湖,就是CATL、LG Energy Solution和松下三巨头的江湖。
来源:SNE Research
当前主流的电芯形状有圆柱、方形、软包三种,外观上它们的不同点只在于形状上,但同时,它们在技术开发和应用角度上也有着不同,恰好三条道路都杀出了王者,所谓“王不见王”。
松下——老道的技术工匠,近百年技术沉淀
松下自1923年进入电池领域,推出干电池、碱性电池、镍镉蓄电池等消费电池应用于日常家电,从干电池到动力电池,松下一直都是最早入局的玩家之一。在上世纪90年代,松下、三洋、索尼组成第一批电池三巨头,后来三洋因经营不善被松下收购,索尼因为笔记本电池爆炸一蹶不振,松下带着全日本的希望进入了动力电池时代,深度绑定特斯拉,圆柱NCA占据了其绝大部分产能,目前也有少部分的方形电池在与丰田合作。
圆柱电池的历史悠久,具备一致性,例如我们常见的14650、14500(5号电池)、18650、21700等型号(*是代表了圆柱形电池的尺寸标准,前两位数字指的是直径,第3、4位是高,0指的是圆柱)。特斯拉采用的松下电池是18650和21700两种,未来还将采用4680(一款腰更粗的电池)。
工艺方面,圆柱电池采取卷绕工艺,外壳采用钢壳或铝壳,具有生产工艺成熟、Pack成本低、成组灵活、高良品率和一致性等优点。但由于是小单体,成组需要大量的圆柱电池,空间利用率较低,例如:85D版Model S 电池包共有 16 个模组,每组有 444 节,约由 7104 节 18650 电芯组成,成本高且对于BMS的要求更高,这就像一个班级的学生越多,对于老师的精力考验就越大。并且,圆柱电芯的寿命较短,加之BMS的挑战和重量的劣势都将掣肘圆柱电池的发展。所以,在当下电池形状的竞争之中,圆柱处于劣势。
LG Chem—豪门富户,四代目决战电池江湖
LG Chem 成立于1947年,设有石油化学、电池、尖端素材和生命科学四大事业部。1995年开始锂电池研发,1999年量产消费类电池产品,2010年生产全球首批PHEV软包电芯,2011年生产BEV软包电芯。经过25年的发展,LG Chem以覆盖低压到高压的全系列产品,及10年的汽车电池供应商,在电池江山占据一席之地。LG集团以化学起家,LG Chem是其核心业务,当前集团已传至四代目,血统纯正,财大气粗,押宝动力电池,大力扩产,号称错过半导体的韩国不能再错过电动汽车,12月1日刚将电池事业部分拆——LG Energy Solution。
不过,资本市场上当红的LG Energy Solution最近有点烦恼,在不该红的地方红的发紫,现代Kona两年12连炸。10月12日,韩国交通部表示,现代汽车将在全球范围内召回多达77,000辆Kona EV,召回规模堪称电动汽车史上之最,其电芯就是LG Energy Solution提供的。韩国现代与韩国最大电池企业闹得这么僵,如今CATL也进入了现代的供应链,对于LG Energy Solution而言可谓是后院起火。11月13日,通用汽车宣布召回68,677辆Bolt电动车,这也是LG Energy Solution提供的电池,咋说呢,就当最近有点水逆吧。
LG Energy Solution在软包和圆柱方面皆有布局,其软包占比最大,也是软包之王。软包动力电池简单来说就是大号的手机电池,软包电芯的制作工艺繁杂,包括了堆叠、折叠、压层、切刻和抽气等步骤,拥有更加纤薄的体积,外壳采用的是铝塑膜材质,具有设计灵活,重量轻,能量密度高,内阻小等特点。所以,软包电池的理论能量密度要更高于方形电池和圆柱电池,但是,凡事最怕但是。
但是,随着电池技术和新能源汽车的发展,软包的劣势也逐步显露出来。与方壳电芯对比,软包在安全性,可靠性,寿命和成组效率上都存在一定的劣势。
安全方面,由于软包独特的铝塑膜包装,软包电芯无法保证内部发生热失控后爆破或者热传导方向,同时,铝塑膜无法分担外部挤压力,发生挤压时,容易造成内部卷芯变形而发生热失控。
就可靠性而言,软包电芯长期使用有漏液的风险。因为铝塑膜基本上由PET/AL/PP三层结构组成,AL层厚度只有40μm,很容易被金属小颗粒刺穿造成漏液问题;同时,软包封装融合的PP层一旦受到应力就会发生蠕变,长期使用后内部化学体系产气后很容易将分装区撑破。
在成组效率方面,软包电芯本身的刚性不足,需要添加更多的结构件,所以成组效率较方壳电芯较低。
LG Energy Solution从消费类电池直接切换到动力电池,有了路径依赖,所以押宝软包电池,但软包电池依然有较多问题需要解决。值得一提的是,LG Energy Solution给特斯拉供应的就不是看家本领的软包电池,而是21700的圆柱电池。LG作为韩国五大财阀之一,家底雄厚,不容小觑,在其大力推动下,软包电池依然在市场上保持着一定的竞争力。
宁德时代-低调王者梅开二度,制霸全球
宁德时代位于三线小城福建宁德,成立短短九年就已经蝉联四届全球动力电池销冠。(根据SNE Resaerch的数据,2020年CATL以全球24%的市场份额,拿下世界第一)
先说历史,宁德时代脱胎于ATL,ATL主营消费类锂电池就是手机、电脑等,合作品牌如Apple,Samsung,Vivo等。没看错,ATL在三星集团拥有电池巨头三星SDI这个电池巨头的情况下,依然夺下了三星高端手机的份额。可以说是一代版本一代神,消费电池版本是ATL,动力电池版本则是CATL,而打造这两个龙头企业的是同一拨人。
截至2021年1月4日,CATL已经是A股市值的Top 8了,总市值超9000亿,超越中国石油、中国石化,这可以看做是一种新旧能源更替的标志性事件。宁德时代的产品线涵盖方形、软包、圆柱,但方形电芯占其大部分出货占比,是其看家本领。
方形电池采用卷绕或叠片工艺,钢壳或铝壳作为壳体,具有散热性好,可靠性好,空间利用率高,结构紧凑不易受外力破坏等特点。车企可以根据车型需求而对方形电池尺寸进行定制化设计,同时带来的劣势是型号多,工艺难以统一;其更高的空间利用率对冷却系统布置的要求也更高,这都将进一步提升电池包的设计成本。但方壳可以做大模组,能使Pack成组电芯单体的数量降低,BMS的管理将更加的精准。打个比方,之前是大班教学,一个老师要面对60个学生。现在是小班教学,一个老师只需要面对15个学生,效率更高,也更精准。
宁德时代还推出了CTP高集成电池开发平台,越过模组,直接集成到电池包。相比传统的电池包,CTP电池包体积利用率提高15%-20%,电池包零部件减少40%,能量密度从180wh/kg 达到 260wh/kg。不止如此,宁德时代正在研发的CTC(Cell to Chassis)技术将进一步提升集成度,可理解为 CTP(Cell to Pack)的进一步延伸,CTC技术不仅会重新布置电池,还会将三电系统纳入,包括电机、电控、整车高压如DC/DC、OBC等。未来,CTC技术还将进一步通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗。
2020年之前特斯拉只用松下的圆柱电池,但是随后开始接受CATL的方形电池。(值得注意的是:特斯拉三大供应商中松下和LG Energy Solution用的都是圆柱电池,但最新引入的CATL采用的就是方形电池),表明特斯拉也在对于电芯的形状进行一些探索。
综上所述,电池将逐渐走向标准化,包括品质标准,形态标准等。依照现有的化学体系、技术发展、扩产计划、绑定客户情况分析,由于松下大公司、小部门,集团对于动力电池的重视程度不足(同样状况的还有三星SDI)导致松下的战略保守,扩产情况远低于CATL和LG Chem,若以当前形势判断未来将是CATL和LG Chem的双寡头格局。 未来5年整体形势将从三国混战变为CATL 和 LG Energy Solution双雄争霸,两家份额加总应当超过50%。除了技术、产能、客户之争,电池形状也将成为兵家必争之地。
原标题:中日韩动力电池三国杀