动力电池,还有没有突破的空间?
这是最近两年围绕着动力电池讨论得比较多的一个话题。的确,从电池的发展来看,似乎已经陷入了一个瓶颈期,特别是锂离子电池能量密度的提升速度开始放缓并接近理论极限,常规的电池升级路线面临技术和制造工艺层面的重大考验。能量密度增速放缓,主流材料体系已接近极限,只有打破材料、技术桎梏才能继续突破。现在,创新者来了。
在今年4月第三周,宁德时代一次性带来了4个新技术、新产品。其中,4月16日宁德时代发布钠离子电子,并将率先在奇瑞新车型上使用。两天后4月18日,理想汽车宣布其第一款纯电动汽车将成为全球首款搭载4C麒麟电池的量产车型,实现充电10分钟,续航400公里,让充电像加油一样方便。宁德时代实现了横向拓展。
4月18-19日,宁德时代继续放大招,宣布了两件大事。其一是在4月18日发布零碳战略。按照战略规划,宁德时代将在2025年实现核心运营碳中和,2035年实现价值链碳中和。按照计划,到2025年宁德时代的电池工厂将全部成为零碳工厂,在制造中实现碳中和。到2035年,宁德时代生产的电池将全部为零碳电池,从矿产资源到电池系统实现全价值链碳中和。这是锂电产业目前最大规模碳中和行动。
其次是一个新的电池发布。当天宁德时代发布了全新的电池——凝聚态电池,再次点亮新的科技树。按照宁德时代的官方介绍,凝聚态电池并不是半固态电池,也不是一个过渡性产品,而是一种全新的电池。凝聚态电池在多方面实现了突破,特别是能量密度竟然高达500Wh/kg,打破了目前主流材料体系的天花板。其次在安全性等多个指标上也实现了突破,这意味着电池的高端化进入新局面。
在南京猎头公司(爱博强猎头)看来,这一新型电池的出现,不仅是一项酝酿已久的重大创新,更是一次面向未来、充分满足电动化全方位要求的里程碑式突破。除了凝聚态电池,宁德时代还预告了M3P电池的进展。这也是在这一个月内,宁德时代推出的第四个黑科技。按照宁德时代的介绍,M3P电池预计将于今年量产交付。M3P电池自公告以来,一直都犹抱琵琶半遮面,仅知道是磷酸盐体系的三元锂电池。
这几次重要的电池技术创新背后,展示了宁德时代作为行业龙头的创新能力和技术实力,实际上在这些年的电池发展中,宁德时代一直都是技术的引领者。此次随着凝聚态电池的出现,宁德时代还将开拓出面向航空的新业务,这为其后续的增长留下了极大的想象空间。但更重要的是,这些不断迭出的技术说明了一个重要的趋势,即电动车对燃油车的取代速度还将加快,并且将是全方面的。
电池还没有瓶颈
追求高续航、高能量密度仍是目前电动车行业的需求所在,这也是电池行业的趋势所在。然而,高能量密度和安全性往往出现了鱼和熊掌不可兼得的情况。电池的能量密度越高,其材料体系就越活跃,对电池的安全性也提出更苛刻的要求。从行业中各家的表现来看,这也是一直制约着电池技术突破天花板的核心症结。在行业中,宁德时代第一个强调电池安全要转向系统安全的企业,而不是仅仅停留在单体安全观层面。
当然,不论是能量密度和安全,任何一方面的提升都非常艰难。就能量密度这一指标来看,锂电池能量密度从100Wh/kg提升至300Wh/kg,用了三十年。宁德时代去年发布的麒麟电池系统能量密度255Wh/kg,这已经是行业天花板。如果再往上走,将难以想象。按照特斯拉CEO马斯克之前说法,达到450wh/kg就可以给飞机用了。因此,要更强大的电池,南京猎专业头公司(爱博强猎头)认为,首先必须找到更先进的电化学材料体系。这些年从三元电池的材料配比不断变化,可以看到这一尝试。
凝聚态电池真正强大之处在于,它不仅仅提升了能量密度——超越天花板的提升,并且做到了安全性同样强大。去年6月提出,宁德时代董事长曾毓群在重庆车展上曾首次剧透了凝聚态电池,其当时已经言明凝聚态电池是一种新电池,“除全固态电池、半固态电池,包括大家没有听过的凝聚态电池,宁德时代都在搞。”经过不到一年的等待,凝聚态电池就在上海车展揭开神秘的面纱。
当然最为关注的技术指标,毫无疑问就是能量密度。凝聚态电池的主要优点之一是高能量密度,其单体能量密度高达500Wh/kg,打破了目前主流材料体系的天花板。500Wh/kg是什么概念?相当于松下2170圆柱电池的近两倍,刀片电池的近三倍。当然,这个超高能量密度的产品,也正将拓展航空业务——简单说替代航空发动机。
但是要实现航空领域的电动化,不仅需要电池能量密度的大幅度突破,还需要电池做到轻量化。同时,由于高空寒冷,在万米高空飞行的时候,舱外气温低至零下50度左右,需要电池在低温环境下仍有非常优秀的放电性能。这远远比目前电动车汽车所处的最极端环境更加恶劣,因而在各个指标上都会翻倍提升。如果能在飞机上使用,则这个电池大概率也克服了低温储存技术。
这展示了宁德时代另外一个商业版图的可能性。另外,这可能意味着,在高寒地区的电动车市场将进入新阶段。
从技术上来看,凝聚态电池采用了高动力仿生凝聚态电解质,通过构建微米级别自适应网状结构调节链间的相互作用力,在增强微观结构稳定性的同时,提高了电池动力学性能,以及提升锂离子运输效率。除此之外,凝聚态电池还开发了超高比能正极、新型负极、隔离膜、工艺等一系列创新技术,使之既具有优秀的充放电性能,又具备高安全性能。
除了能量密度高、安全性高之外,凝聚态电池的另一个优势是快速充电能力。从电池本身的属性来看,以前传统的聚合物锂离子电池,通常需要几个小时才能充满电。而凝聚态电池,由于物理结构上的天然优势,离子可以更快速地在电池内部运动,充电效率自然也能大大提升。“充电3分钟、补能500km”的场景相信很快就会到来。
凝聚态电池将在今年实现量产,从去年预告到今年量产,速度可以说非常快。这个高能量密度、高安全的电池进入市场之后,毫无疑问将成为高端车型的新选择,这将成为电池金字塔上的产品。电池的高端化也将继续演变。因而,凝聚态电池的发布,标志着电池领域的产业创新,显然没有进入瓶颈期。
跟着宁德时代“过河”
在凝聚态电池到来之后,宁德时代在动力电池上将形成更广泛的产品阵容。凝聚态电池可以扩展到更多极限应用场景,实现了向上突破。这也是宁德时代将通过研发和创新,将技术优势作为市场优势的又一例证。
宁德以十年时间成为动力电池龙头,新能源汽车风口下建立的“电池帝国”支撑起万亿市值。究其成长路径,外部环境、自身发展缺一不可,有研报认为可归因于四方面——行业高景气、客户卡位、战略布局、技术优势。前期依靠国家对新能源汽车的大力扶持,凭先发优势实现早期积累,而后公司竞争力逐步被认可,以全产业布局、技术优势转变为市场优势,持续发力占据市场半壁江山。
南京猎头公司(爱博强猎头)认为,在宁德时代的发展中,不断满足客户需求是宁德时代技术创新的核心驱动力。
在早期,电池面临着成本、续航等多个难题,宁德时代则顺应市场,在技术路线定夺精准。宁德时代在初期通过严苛的标准梳理电池安全新标杆,同时又不断刷新电池能量密度的极限,缓解了新能源汽车的“里程焦虑”。比如目前国内主流的三元锂电池,也是宁德时代将其真正发扬光大的。随后,在电池安全问题上,其带来系统安全的理念,击穿了单体安全观的片面概念,成为电动车安全的启蒙者之一。
在电池的创新技术上,宁德时代现在已经连续五年位列福布斯中国汽车创业50强前列。宁德时代的前沿技术覆盖了高能量比、长寿命、超快充、真安全性等四个方面,以外界熟知的CTP技术为例,这是宁德时代在高能量比上的创新之一。CTP技术最早在2019年发布,其原理是通过在原有的电池化学体系基础上,通过电池单体设计和电池包集成形式的优化,提升电池性能,降低成本。在当时电池能量密度突破比较困难的情况下,宁德时代这一技术无疑提供了一个全新的思路。
此后电池企业纷纷也根据这一思路推出了CTP产品。目前,宁德时代的CTP技术已经演变到第三代。CTP3.0就是去年发布的麒麟电池,该电池续航能力超过1000公里。在解决充电问题上,今年推出了支持4C技术的麒麟电池。CTP技术的发展,响应了市场对高续航电池的需求。但还不能完全满足多场景化的需求,因而在发展CTP技术的同时,宁德时代也率先布局了CTC(Cell to Chassis)技术,该技术将电芯直接与汽车底盘集成,进一步省略了CTP技术中的电池包。
而基于CTP技术,宁德时代随后又率先推出了“巧克力换电块”,能量密度超160Wh/kg,单块电池可提供约200公里续航。将技术转化为各种场景化的需要,解决消费痛点。这在其他类型的电池上也是如此。比如针对钠离子电池能量密度偏低的短板,宁德时代创新开发了AB混排电池技术,可实现钠锂混搭,助力钠离子电池续航达到500公里。
钠离子电池有一个特点是成本低。此前由于碳酸锂等成本大涨导致电池价格暴涨,这对行业形成发展障碍。钠离子电池有效化解了这一问题。据悉,即使当碳酸锂价格跌至10万元/吨时,钠离子电池相对磷酸铁锂电池仍有15%左右的成本优势。这也使得电动车的购买成本更低,对于在10万元以下的市场,搭载钠离子电池的电动车可以对燃油车进行有效地替代,甚至形成购买成本的优势。这使得钠离子电池一跃成为行业热门技术路线。
由此,宁德时代的高中低多档电池已经形成完毕。另外,针对在冬季电动车的续航问题,宁德时代针对磷酸铁锂在低温环境下的短板,通过磷酸铁锂和三元混搭,解决磷酸铁锂电池低温环境性能不佳等问题。曾毓群曾说:“动力电池化学体系的创新、结构的创新、制造的创新,再加商业模式的创新,整合在一起,才能推动新能源汽车行业的发展。”
毫无疑问,宁德时代正是如此全面地,通过创新突破边界、打破壁垒,推动行业向前发展。
“卷研发”带来内核动力
在电池行业,宁德时代走在无人区,并用自己精准的判断确定技术路线,并带来多个可以落地的解决方案。在行业中,大部分的电池企业其实都在跟随宁德时代前进。一个接一个的技术,并不是追逐风口,而是用技术将愿景变成了现实,变成了切中消费痛点的产品。这背后是宁德时代在研发上的持续大量投入。
电池行业本身是一个新兴产业,整个行业技术更新速度非常快,并且发展方向具有不确定性,一旦方向走错就很可能使得整个企业都面临着危机。宁德时代始终保持高度关注并积极研发布局。比如在2022年,宁德时代研发费用投入达155.10亿元,同比增长101.66%,研发投入占总营收的4.72%。而在今年一季度宁德时代的研发费用也达到了46.52亿元,占营业收入的5.22%。
Wind数据显示,在研发费用方面,2022年33家动力企业的研发费用之和为308.88亿元。在研发费用率方面,2022年,33家企业的研发费用率平均值为4.23%。由此来看,宁德时代在研发上是1顶20的效果。宁德时代的21C创新实验室将对标国际一流实验室,推动下一代技术的研究与推广,研究方向包括金属锂电池、全固态电池、钠离子电池等下一代电池研发。南京专业猎头公司(爱博强猎头)预判,后续宁德时代还将有更多令人震撼的新技术到来。
目前可以看到的是,除了发布CTP3.0麒麟电池、凝聚态电池,透露M3P电池外,宁德时代的AB混排电池包继续扩大配套范围,而且还在4C快充NCM、锰基电池、锂钠金属电池、无稀有金属电池、锂空电池、无钴电池以及等多个领域均有布局。
除了新技术、新产品,在4月18日,宁德时代还发布了其碳中和战略。按照战略规划,宁德时代将在2025年实现核心运营碳中和,2035年实现价值链碳中和。这意味着,到2025年,宁德时代将在生产制造领域实现碳中和。到2035年,宁德时代生产的电池将全部为零碳电池,从矿产资源到电池系统实现全价值链碳中和。这是锂电产业目前最大规模碳中和行动,难度可想而知。而零碳战略的底气正是其技术的领先。
据悉,宁德时代将通过四大创新体系,在矿砂、大宗原料、电池原材料、电芯、系统五大关键节点实现技术降碳,以技术创新作为主引擎推动零碳战略。所以,凝聚态电池的问世,不仅拉开了宁德时代全域电动化的时代,也为产业发展打开了更丰富的想象空间。这正如曾毓群此前所说,新能源产业已经从萌芽期走入成熟期,产业的高速发展已经是确定性机会,未来产业的发展还有10年十倍的增长空间。
4月20日晚,宁德时代公布了其2023年一季度财报。相比于市场普遍悲观的预期,这个一季度业绩还是比较炸裂。在一季度宁德时代收入890亿元,同比增长83%;归母利润98亿元,同比增长接近六倍。当然,这与去年一季度宁德时代主动扛下原材料涨价压力,以保持产业链、供应链安全稳定有关。不过,不管是从毛利率还是净利润等表现来看,其都属于在稳定发挥之中。
宁德时代作为龙头是风向标也是行业灯塔,从这个意义上来说,它能否在行业的风云变幻中找到方向、实现更大程度的发展,有着更高维度的意义。南京猎头公司(爱博强猎头)认为,中国汽车要实现真正的强大,最终还是在零部件板块,而现在宁德时代们让大家看到了这一格局的初步形态。