汽車電池組：5倍增長潛力，達(dá)至目標(biāo)需要邁過幾道砍兒？

路透社24日報(bào)道稱，特斯拉上海工廠當(dāng)天已暫停生產(chǎn)。特斯拉中國25日接受采訪時(shí)表示：“工人經(jīng)過一年的辛勤工作，因此在產(chǎn)線維保期間也進(jìn)行人員休整?！?br /> 好消息是，12月26日，特斯拉官推發(fā)布消息稱，過去一周4680電池團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了86.8萬塊電池制造，可滿足1000多輛電動(dòng)汽車用量。4680電池是特斯拉開發(fā)的新型電池，功率輸出提升了6倍，續(xù)航里程提升了16%，每千瓦時(shí)的成本下降了14%。
事實(shí)上，越來越多的國內(nèi)汽車制造商開始尋求在海外市場立足，中國電動(dòng)汽車出口增長迅速，電池組價(jià)格及供應(yīng)鏈體系已形成競爭優(yōu)勢。
據(jù)Yole Intelligence《2022年汽車、電動(dòng)客車和電子卡車電池組》報(bào)告給出的預(yù)估，2021到2027年，電池組的年總需求量（GWh）將增加五倍。不過，要達(dá)至這一目標(biāo)需要邁過幾個(gè)砍兒。
市場潛力何在？
到2027年，預(yù)計(jì)鋰離子電池組（BEV（純電動(dòng)汽車）、PHEV（插電式混合動(dòng)力汽車）、電動(dòng)客車和電動(dòng)卡車）的年總需求量（GWh）將從2021的270 GWh增長約1295 GWh，增長約5倍，年總市場將從2021的500億美元增長至2027年的1660億美元左右，2021-2027年復(fù)合年增長率為22%。不同應(yīng)用的增長率有所不同，因?yàn)槠涫袌鲵?qū)動(dòng)因素不同。需求主要由BEV驅(qū)動(dòng)，到2027年，BEV約占GWh總需求的90%。其中，電池占的份額最大，約為68%；第二位是熱管理和安全組件，重頭是BMS（電池管理系統(tǒng)）。動(dòng)力電池熱管理市場分析顯示，2025年中國市場將超400億元，電池?zé)峁芾砑s為200億元。
截至2022年，電池電芯供應(yīng)主要由來自中國的亞洲企業(yè)主導(dǎo)，如寧德時(shí)代和比亞迪，韓國的三星SDI、LG Energy Solution和SK On和日本的松下。
然而，幾乎所有這些領(lǐng)先企業(yè)都在通過建設(shè)新的電池制造設(shè)施，方便與當(dāng)?shù)剀嚻蠼佑|，將業(yè)務(wù)擴(kuò)展到歐洲和美國。電池組制造商主要集中在生產(chǎn)電池單元的國家，特別是集成電池/電池組公司，以及擁有EV/HEV（電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車）制造設(shè)施的國家。大多數(shù)電池組供應(yīng)商都是車企。他們主要從上述領(lǐng)先供應(yīng)商那里購買電池，并使用其他關(guān)鍵組件制造電池組。
車企正越來越多地參與電池設(shè)計(jì)，在某些情況下，還參與電池制造，如特斯拉和戴姆勒。供應(yīng)鏈中有許多新的合作伙伴、合資企業(yè)和并購，為的是減少競爭，確保獲得鋰和電池等戰(zhàn)略材料，在保增長的同時(shí)進(jìn)入新的市場。
對鋰離子電池的需求不斷增長導(dǎo)致上述大型電池單元供應(yīng)商，以及Northvolt、Farasis、SVOLT和ACC等新興電動(dòng)汽車電池供應(yīng)商不斷增加電池生產(chǎn)能力。如今，亞洲、歐洲和北美的主要汽車制造地區(qū)正在建設(shè)許多大型工廠，許多電動(dòng)車企正在效仿特斯拉和松下合資（JV）生產(chǎn)鋰電池的模式，例如通用汽車和LG Energy Solution的合資企業(yè)。一些公司甚至在開發(fā)內(nèi)部的巨型工廠，如大眾汽車。
第一道坎兒：安全驅(qū)動(dòng)的電池管理
按照Yole Intelligence功率電子和電池專業(yè)高級分析師Shalu Agarwal博士的說法：“未來幾年，電池單元和其他電池組組件預(yù)計(jì)不會有大的技術(shù)突破。主要趨勢將涉及現(xiàn)有的技術(shù)解決方案，主要?jiǎng)?chuàng)新是由減少電池組重量和體積、提高電池可靠性和降低電池組組裝成本的需求驅(qū)動(dòng)的?！?br /> 在鋰離子電池組和組件供應(yīng)鏈中，功率電子企業(yè)具有持續(xù)增長潛力，包括基于鋰離子電池技術(shù)的汽車功率IC、電池、電池模塊、保險(xiǎn)絲、傳感器和熱管理解決方案供應(yīng)商。
BMS是電池安全的關(guān)鍵，因?yàn)楹芏嘧匀?、起火、爆炸的電?dòng)汽車，或許不是電池質(zhì)量不行，而是BMS技術(shù)不到位。BMS堪稱熱管理的老大。除了電池質(zhì)量本身外，它是決定電動(dòng)汽車電池是否安全的關(guān)鍵。
如果說電池是骨骼和肌肉，那么BMS就是大腦和神經(jīng)，管理著電池的健康狀況。BMS主要包括傳感器、控制器、驅(qū)動(dòng)開關(guān)、信息通信、存儲模塊等。其核心功能在于，根據(jù)電池工作的不同情況，監(jiān)測、控制和優(yōu)化電池充放電過程，在保證安全的前提下，最大限度地利用電池內(nèi)存儲的能量。在電池可能發(fā)生故障甚至危險(xiǎn)時(shí)，一個(gè)好的BMS能夠發(fā)出警告，做出相應(yīng)的防范措施，防患于未然。
為了提高電池壽命和性能并解決更重要的安全問題，所有鋰離子電池都有BMS。如今，模塊化是大型組件最常用的BMS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了減少電線和電纜的數(shù)量，一些公司正專注于無線BMS。
為了保持電池組的安全溫度，電池組要使用液體和空氣冷卻。然而，現(xiàn)在越來越多的車企在電池組中使用液體冷卻。一些玩家正在研究直接冷卻工藝，如浸沒冷卻技術(shù)。這些都需要BMS熱管理策略及時(shí)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)檢測、電池狀態(tài)分析、電池安全保護(hù)、能量控制管理、電池信息管理等基本功能。
這也是電動(dòng)汽車熱管理及BMS未來前景廣闊的理由所在。
第二道坎兒：“雙碳”驅(qū)動(dòng)的電池回收
鋰離子電池廣泛應(yīng)用于消費(fèi)品、EV/HEV、固定式儲能和其他應(yīng)用。電動(dòng)汽車市場的快速增長對于解決迫在眉睫的氣候危機(jī)和實(shí)現(xiàn)減少二氧化碳排放的全球目標(biāo)至關(guān)重要。然而，越來越多的電動(dòng)汽車給鋰離子電池回收商帶來了嚴(yán)重的廢物管理挑戰(zhàn)。隨著電動(dòng)汽車的普及的爆炸式增長，曾經(jīng)為環(huán)保汽車提供動(dòng)力的報(bào)廢鋰離子電池也在爆炸式增長。
電動(dòng)汽車對電池性能要求非常高，一旦電池容量下降到70-80%（8-10年后），就需要更換電池。不過，這些電池仍可進(jìn)行大量的充電和放電，在不太密集的固定存儲應(yīng)用中非常有用。目前，大多數(shù)報(bào)廢電池直接用于回收。許多車企和儲能公司已啟動(dòng)了各種試點(diǎn)和商業(yè)計(jì)劃，以探索二手電動(dòng)汽車電池的二次壽命應(yīng)用（如寶馬和EVgo、現(xiàn)代和W?rtsil?、雷諾和Sienna之間的合作）。
鋰離子電池回收市場主要由蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車市場驅(qū)動(dòng)。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，到2025年，將有約70.5萬噸鋰離子電池報(bào)廢，到2040年，將達(dá)到每年900萬噸。
鋰離子電池回收商和參與鋰離子電池二次壽命應(yīng)用的參與者陣容強(qiáng)大，且具有持續(xù)增長的業(yè)務(wù)潛力，涉及電芯、電池組循環(huán)利用和相關(guān)商業(yè)模式。
為了回收，許多車企（如大眾、特斯拉、豐田、福特等）希望通過與回收公司或內(nèi)部合作伙伴關(guān)系實(shí)現(xiàn)循環(huán)回收過程。
適當(dāng)?shù)膹U物管理將促進(jìn)鋰離子電池回收的價(jià)值，目前，只有一小部分鋰離子電池被回收利用，剩下的很不幸被填埋了。2019年鋰離子電池回收市場總量約為9.38萬噸，到2025年將增長至45.94萬噸，年復(fù)合增長率為30%。
廢舊電池回收可以為電池回收商提供構(gòu)成電池的寶貴材料的機(jī)會。報(bào)廢鋰離子電池中的原材料總價(jià)值約為9.21億美元，到2025年將達(dá)到1960億美元，2040年將達(dá)到26.381億美元。由于鋰離子電池的回收率僅為百分之幾，因此用于回收的鋰離子電池原材料價(jià)值約為3.15億美元，到2025年將達(dá)到11.37億美元，到2040年將達(dá)到23.812億美元。

鋰離子電池市場呈指數(shù)級增長，對鋰離子電池需求的增加凸顯其制造所需原材料供應(yīng)鏈（如鈷、鋰等）的潛在地緣政治風(fēng)險(xiǎn)。電池回收可以減少這種風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)殡姵鼗厥湛梢蕴峁┻@些材料中的很大一部分。
目前，鋰離子電池回收市場有很多變化，供應(yīng)鏈內(nèi)（從原材料開采公司到系統(tǒng)集成商）已形成了許多新的合作伙伴關(guān)系，以確保原材料供應(yīng)。例如，電池制造商和電池回收商LG Chem和Envirostream或系統(tǒng)集成商和回收商奧迪和Umicore的伙伴關(guān)系，都是為了確保其自身或其電池/電池組件供應(yīng)商的原材料供應(yīng)。

鋰離子電池回收市場的增長吸引了更多參與者，使之成為一個(gè)充滿活力的行業(yè)。隨著電動(dòng)汽車的迅速采用，未來幾十年，對鋰離子電池以及鋰離子電池回收的需求將大幅增長。
目前，大多數(shù)回收公司位于中國（如邦普、華友鈷業(yè)、格林美）和歐洲（如Umicore、Akkuser、Accurec），中國公司處于優(yōu)勢。受益于已經(jīng)很大的電池市場，又享受國家的各種支持，有很好的機(jī)會獲得大量可回收材料。大多數(shù)回收公司正在逐步提高其回收能力，以適應(yīng)日益增長的報(bào)廢電池?cái)?shù)量。
然而，這又取決于增加產(chǎn)能所需的投資。建設(shè)一個(gè)新的回收工廠或增加現(xiàn)有工廠的產(chǎn)能需要大量投資。高投資、正確的策略和快速提高回收能力是關(guān)鍵。因此，今天規(guī)模較小的參與者或新來者可能增加其市場份額，而領(lǐng)導(dǎo)者的市場份額可能減少，一切都取決于做法。
由于車企有義務(wù)回收其報(bào)廢電池，大多數(shù)車企已在評估不同的回收公司，并為其車輛尋找最佳的電池回收合作伙伴（例如本田和SNAM、奧迪和MG汽車與Umicore）。與回收方法（火法冶金、濕法冶金）、各種工藝步驟和使用的化學(xué)品以及回收能力相關(guān)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是最重要的評估因素。
二次電池在電池回收供應(yīng)鏈中提供了巨大的價(jià)值機(jī)會，但存在許多技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和監(jiān)管方面的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)阻礙了公司為第二代電池建立經(jīng)濟(jì)可行的商業(yè)模式。
供應(yīng)鏈中有許多新的合作伙伴關(guān)系、合資企業(yè)和收購正在進(jìn)行。這些措施加強(qiáng)了公司的地位，確保了鋰和鈷等戰(zhàn)略材料的獲取，確保了增長，并促進(jìn)了進(jìn)入新市場。

第三道坎兒：技術(shù)創(chuàng)新
動(dòng)力電池的創(chuàng)新有很多困難的技術(shù)工作，也有一些營銷和溝通問題。技術(shù)方面，相對于基于液體/聚合物凝膠電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)電池具有明顯的優(yōu)勢。
今天，開發(fā)任何電池的主要市場驅(qū)動(dòng)因素都是排放控制法規(guī)，尤其是汽車行業(yè)，這推動(dòng)了車隊(duì)電氣化的趨勢。盡管客戶對電動(dòng)汽車的興趣越來越大，但人們?nèi)匀粨?dān)心電動(dòng)汽車的行駛里程短、充電時(shí)間長和安全性。為了解決這些問題，企業(yè)已將重點(diǎn)放在固態(tài)電池上，旨在開發(fā)具有更高能量密度、快速充電能力、更低成本和更高安全性的下一代電池。不過，如今的鋰離子電池沒有明顯的問題，對于包括電動(dòng)汽車、消費(fèi)類應(yīng)用等在內(nèi)的大多數(shù)應(yīng)用都足夠好。因此，企業(yè)目前只是投資于固態(tài)電池，作為傳統(tǒng)鋰離子電池的替代品（二次選擇）。
不同的固態(tài)電池開發(fā)商針對不同的應(yīng)用，如電動(dòng)汽車、消費(fèi)、航空航天和開放空間應(yīng)用。然而，固態(tài)電池的最大興趣在電動(dòng)汽車應(yīng)用，因此電動(dòng)車企也對其感興趣。事實(shí)上，電動(dòng)車企是固態(tài)開發(fā)和商業(yè)化的最重要參與者。固態(tài)電池供應(yīng)鏈?zhǔn)艿诫妱?dòng)車企需求的影響，面對每年有大量車輛，每輛車需要大量電池，他們投入了巨額資金，想讓固態(tài)電池以區(qū)別于競爭對手，需要大量電池，并建立成熟的銷售和分銷網(wǎng)絡(luò)。
為了開發(fā)固態(tài)電池技術(shù)，大眾、現(xiàn)代和寶馬等許多電動(dòng)車企已經(jīng)投資或與固態(tài)電池開發(fā)商進(jìn)行合作，計(jì)劃在未來幾年推出固態(tài)電池電動(dòng)汽車（僅小批量生產(chǎn)）。大眾與固態(tài)電池開發(fā)商QuantumScape建立合作伙伴關(guān)系，計(jì)劃在2025年推出固態(tài)電池電動(dòng)汽車。

2025年將是固態(tài)電池商業(yè)化的決定性一年。過去幾年中，固態(tài)電池的研究活動(dòng)越來越多。然而，固態(tài)電池的發(fā)展仍處于起步階段。許多固態(tài)電池開發(fā)商計(jì)劃在2025年前將其電池商業(yè)化，這無疑將是電動(dòng)汽車的一個(gè)重要里程碑。
從許多電動(dòng)車企的路線圖、技術(shù)成就和供應(yīng)鏈合作可以看出，搭載固態(tài)電池的汽車將于2030年左右開始大規(guī)模生產(chǎn)。2027年，固態(tài)電池需求將低于2.5 GWh，與2027年鋰離子電池總需求相比數(shù)量很小。因此，預(yù)計(jì)不會有從傳統(tǒng)鋰離子到固態(tài)電池的大容量“轉(zhuǎn)換”。99%以上的固態(tài)電池需求將用于電動(dòng)汽車。

現(xiàn)在，業(yè)界對固態(tài)電池好處的看法已經(jīng)發(fā)生了變化，它被認(rèn)為是電池和電動(dòng)車企技術(shù)路線圖中的終極里程碑。幾年前，許多公司認(rèn)為這種電池是“一只圣杯”，可以徹底改變電池和電動(dòng)汽車行業(yè)。此后，許多電動(dòng)車企押注于固態(tài)電池初創(chuàng)公司，要么是因?yàn)樗麄儗ι虡I(yè)產(chǎn)品的快速發(fā)展持樂觀態(tài)度，要么是為了確保他們在日益激烈的電池競爭中不會被甩在后面。

“固態(tài)電池”這個(gè)神奇的詞也為風(fēng)投基金和公共基金提供了“借口”，從而減少了電動(dòng)車企自身所需的投資額。將固態(tài)技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，可能需要比之前預(yù)期更多的時(shí)間。
顯而易見，合作關(guān)系比以往任何時(shí)候都更重要，可以將所有必要的固態(tài)電池技術(shù)知識匯集在一起：技術(shù)、設(shè)備、高產(chǎn)量/高產(chǎn)量生產(chǎn)和終端系統(tǒng)。在陶瓷材料和陶瓷基器件方面擁有專業(yè)知識的合作伙伴，以及在鋰金屬陽極和電極/電解質(zhì)界面方面的經(jīng)驗(yàn)，可能會大大縮短將固態(tài)電池推向市場所需的時(shí)間。
回到現(xiàn)實(shí)
固態(tài)電池目前被認(rèn)為只是傳統(tǒng)鋰離子電池逐步改進(jìn)的一個(gè)附加步驟，事實(shí)上，大多數(shù)電池和電動(dòng)車企正將精力重新集中在短期技術(shù)里程碑上，如富鎳陰極（NCM811）、硅石墨陽極和無鈷陰極。
將電池集成到車輛中最常見的方法是模塊化方法。制造電池組的另一種方法是Cell To PACK（電池-電池包），也叫無模組技術(shù)，其中電池單元直接集成到電池組中，無需中間模塊。如今，許多電池制造商，如比亞迪、寧德時(shí)代和LG Energy Solution都在探索這種方法。將電池集成到車輛中的最新方法是電池到底盤的方法，將電池直接集成到車身中。
鋰離子電池組的性能取決于許多因素，如電池化學(xué)、能量和功率密度、充電/放電效率、循環(huán)壽命以及電池組組件，包括電池、BMS、熱管理系統(tǒng)、互連和安全組件。
最常見的電池化學(xué)成分是用于高檔電動(dòng)汽車的鋰NMC和鋰NCA。此外，低成本無鈷LFP電池也越來越受歡迎。

看了2021至2027年按組件劃分的電池組市場價(jià)值（單位10億美元），包括電芯、BMS、熱管理、安全組件、電氣互連、外殼和組裝各自的市場走向，也許對你所從事的細(xì)分行業(yè)會有一個(gè)新的認(rèn)識。