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动力电池产业调查:产能是否过剩 回收难题咋破解?

发布时间:2022-11-03   来源:经济日报   点击数:23714次

动力电池产业调查:产能是否过剩 回收难题咋破解?

2014年5月,习近平总书记在上汽集团考察时强调,“发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,要加大研发力度,认真研究市场,用好用活政策,开发适应各种需求的产品,使之成为一个强劲的增长点”。坚持以推动高质量发展为主题,增强产业对绿色消费的有效拉动和汽车强国的创新支撑,新能源汽车具有风向标意义。

扩大内需,产品必须适应市场需求;汽车强国,离不开产业配套。作为核心零部件之一,动力电池堪称新能源汽车的“心脏”,其重要性远胜于发动机之于传统燃油车。动力电池占据整车成本近40%,两倍于传统燃油车动力系统,成为汽车价值链重构制高点。可以说,在“双碳”目标驱动的产业变革中,动力电池已成为强化新能源汽车竞争水平,打造汽车产业竞争力的关键。

当前,在汽车电动化发展过程中,动力电池技术创新起到了主体推动作用。动力电池强,则新能源汽车强;动力电池弱,则新能源汽车弱。关注动力电池产业的现在,就是关注新能源汽车产业发展的未来。中国动力电池产业,经过10多年奋力追赶,不仅突破了欧美技术专利封锁,而且打破了日韩市场垄断,在全球新一轮动力电池竞赛中成为领跑者。

后来者何以居上

中国动力电池产业的逆袭,举世关注。

一段3分57秒的视频,一篇推文。今年6月23日,宁德时代用这种极简方式发布第三代CTP(Cell To Pack)电池包技术,同时宣布“麒麟电池”将于明年量产上市。

如此低调的新技术和新产品发布,反响超乎预期。在麒麟电池发布不久,理想汽车创始人李想在微博上给出“明年见”的评论。此后,阿维塔和哪吒等车企也纷纷与宁德时代展开互动。8月27日,宁德时代宣布第一批搭载麒麟电池的系列汽车品牌,即吉利旗下高端电动车“极氪”和华为与赛力斯合作的“问界”。

宁德时代首发的麒麟电池不仅引发全球车企关注,也吸引了各路技术大咖竞相解读。有评论认为,麒麟电池的出现,对现有新能源汽车产业格局,对中西方新能源汽车产业竞争都有着重要影响和意义。

宁德时代进入动力电池行业时间并不长,最早的锂电池专利还是其创始人曾毓群从美国贝尔实验室买回来的。11年前,曾毓群回乡创办宁德时代;2012年,接下华晨宝马订单;2015年,装机量首超韩国三星和LG;2017年,跑赢日本松下,成为全球动力电池霸主,蝉联至今。今年前9个月,宁德时代电池累计装机量达到119.8吉瓦时,全球市场份额占比为35.1%。这意味着,“全球每3辆电动车,就有1辆搭载宁德时代电池”。

宁德时代的崛起是中国动力电池产业高质量发展的缩影。从动力电池发展历史来看,上世纪70年代美国发明锂电池,90年代日本将锂电池商业化,21世纪前10年韩国扩大了锂电池商业化规模。2010年全球锂电池市场份额中,日本占据一半,韩国拥有30%,而中国作为“后来者”尚未入局。不过,我们不久就实现了完美逆袭。

韩国市场研究机构SNE Research数据显示,今年上半年,在以国别为单位计算的动力电池出货量数据中,中国占据全球近六成份额,韩国滑落至二成,而日本仅有一成多,欧美则可忽略不计。以企业为单位计算的装机量中,全球动力电池装机量排名前20的厂商中,有15家来自中国;在增速超过100%的12家动力电池厂商中,有11家来自中国。在前10名榜单中,中国动力电池厂商占据六席。其中,宁德时代的市场份额达到34%,领先第二名韩国LG新能源20个百分点,位居全球第一;比亚迪市场份额12%,超越日本松下,跃居全球第三。中创新航、国轩高科、欣旺达和蜂巢能源分别位列第七名至第十名;日韩动力电池厂商仅在前10名中占据4席,合计市场份额为35.4%。

“过去我国主要是电池集成,现在形成了从材料研发、电池生产、回收利用到设备支撑的全球产业链最全、规模最大的动力电池产业体系,正极、负极、电解液和隔膜四大原材料基本摆脱进口依赖,锂电设备国产化率也已达90%以上,其中关键工序的装备国产化率达80%以上。”中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟表示,我国电动汽车性价比快速提升,续驶里程从过去的100多公里发展到600公里至800公里,甚至更远,部分车型成本相对燃油车开始具备竞争力,过去担心的安全、充电等问题也不断改善。动力电池产业发展,对推动市场接受电动汽车起到了关键性作用。

梳理我国新能源汽车和动力电池发展历程,全国政协经济委员会副主任、工信部原部长苗圩认为,有五条经验值得总结:一是加强党对经济工作的领导,发挥社会主义制度优势,集中力量办大事。习近平总书记对我国新能源汽车发展的重要指示为我们凝聚共识、统一行动指明了方向。实践表明,只要大家协调一致、分工合作、共同推进,这种万众一心的磅礴力量是任何国家都不可比拟的。二是抢抓“换道超车”的纯电驱动发展机遇。我们精心研判,超前部署,新能源汽车的“先发”,为动力电池产业的逆袭创造了机遇。三是保持战略定力。即使面对各种质疑,在产业发展上坚持一张蓝图绘到底,不反复“拉抽屉”。四是构建以企业为主体的创新体系,企业成为新能源汽车和动力电池创新主体,也是新技术产业化的主体。五是政府从顶层设计、技术创新、标准体系、财税政策等各方面加以引导,为新能源汽车和动力电池产业发展营造良好环境。

在全球新能源汽车起步阶段,我国前瞻性地将其列入战略性新兴产业,中央和地方政府陆续出台了一系列政策加以引导和扶持。截至2021年底,我国制定出台了300多项政策措施,涵盖12大方面,发布了106项国家和行业标准,已构建起全方位、系统化和多维度的新能源汽车产业政策和标准体系。同时,在技术路线上,坚持以纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车为“三纵”,布局整体技术创新链;以动力电池、电机、电控为“三横”,构建关键零部件技术供给体系。这些政策措施的制定和技术路线的确立,不仅有效推动了新能源汽车市场化应用,而且带动了动力电池产业和储能技术的大发展。

在大规模市场应用中,动力电池能量密度、安全性能、使用寿命等核心技术指标得到提升,成本快速下降。2011年,主流动力电池比能量仅在100瓦时/千克左右、系统成本为4元/瓦时,电池占到了整车成本的一半以上。到2021年,电池比能量达到270瓦时/千克,系统成本降到1元/瓦时以内,电池占整车成本降低到1/3左右。这些技术指标的重大改变表明,部分新能源汽车成本在不依赖财政补贴的情况下,已降至可以与燃油车进行市场竞争的水平。

“锂电池最初成本相当高,没有补贴根本不可能普及。”中国汽车动力电池产业创新联盟理事长董扬认为,创新性的补贴形式不仅推动了我国新能源汽车过去10年的快速发展,也将全世界新能源汽车的发展进程提前了5年至10年。

通过创新驱动,中国动力电池企业不断塑造着规模、成本和技术上的新优势,也把中国动力电池产业推上了世界之巅。中国汽车动力电池产业创新联盟统计显示,今年前9个月,中国动力电池产量累计372.1吉瓦时,同比增长176.2%。其中,装车量为193.8吉瓦时,约占一半。出口量达到90.6吉瓦时,接近1/4。今年全年我国动力电池销量有望突破500吉瓦时,产值超5000亿元。

创新着力点在哪里

打开世界动力电池产业地图,格局清晰可见:中日韩稳居第一阵营;以宁德时代麒麟电池、比亚迪刀片电池、特斯拉4680电池为代表的创新产品各领风骚;钠离子电池、半固态电池等全新技术仍在大规模量产前夜,远不具备改变现有产业格局的条件。显然,欧美企业很难撼动中日韩三国电池企业地位。

不过,当前动力电池技术并不完美。“相比中国在应用技术上的创新,欧美基础研究能力强,汽车工业和化学工业发达,出现颠覆性创新技术并非没有可能。”张永伟表示,我国应该由生产引领向基础创新领域延伸,加强化学、物理、材料等基础研究能力建设。同时,随着动力电池向“T时代”迈进,也要加强电池制造技术和制造工艺创新,提高良品率、降低生产成本。

“美国、日本、韩国、欧洲正在加大对下一代电池的支持,我国依然存在因技术变革而导致被甩掉的风险。”张永伟举例,如美国计划到2030年实现固态电池和锂金属电池规模化量产;日本计划到2030年实现全固态电池量产;韩国将在2023年至2028年投入3066亿韩元,争取提前实现固态电池、锂硫电池、锂金属电池商业化应用;欧盟已批准向参与电池项目的7个成员国提供32亿欧元援助,以支持电池技术研究和项目创新。

从全球主要国家和地区的发展规划看,2030年是关键节点。“预计2030年前后固态电池、锂硫电池等下一代电池都将大规模进入市场。”张永伟建议,当前我国应加大对下一代电池的研发投入,完善新技术产业链环节,并寻求适宜的应用场景以推动技术落地和迭代。

准确识变,才能抓住机遇;把握趋势,才能赢得未来。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高向记者表示,“低碳化、高端化、智能化”是动力电池产业发展趋势和创新方向。

——低碳化,包括低能耗、低排放、低损耗。“现在我们动力电池的材料成本占到了75%以上。比如,石墨负极每吨材料电费占比接近60%。”如何解决这个问题?欧阳明高说,关键材料制备低碳化要抓住动力电池材料回收环节,降低成本、排放和能耗,“通过物理回收可以使其碳排放降低一半以上,结合绿电则可以使整个过程实现近零碳排放”。

——高端化,包括高品质、高安全、高技术。过去10年,中国电池创新突破,已实现成本大幅度下降、竞争力大幅度提升。但是,安全事故亦时有发生,这说明产业还面临着安全方面挑战。从现在的结构创新,到材料体系创新,这是动力电池发展的必然趋势。当前,全世界正在兴起新一轮电池材料体系创新突破的大竞争。2025年之前,现有锂电池有望实现350瓦时/千克的能量密度;2030年之前,逐步从液态向固态过渡,实现400瓦时/千克的能量密度;2035年之前,实现500瓦时/千克能量密度的新体系电池产业化等。

——智能化,包括智能设计、智能制造、智能控制。首先就是智能设计,从实验试错,到仿真驱动,再到智能化全自动,已经历三个发展阶段,这种方式可以大幅度降低成本,节省70%至80%研发费用,中间的核心技术就是高精度的建模技术和高效率的寻优算法;其次是智能制造,电池制造是一种极致制造,不能引入任何杂质,否则就有安全隐患,为此,必须采用智能化,从数字化生产工艺仿真到数字化生产车间,再到工业互联网,对生产过程要达到3000个以上的质量监控参数;再次就是智能控制,“对于温度、气体、压力,现在我们只能管理,在充电时才能控制。”欧阳明高说,下一步要把传感器放到电池里,进行全方位控制。在软件方面,则要引入人工智能。总之,中国动力电池行业也要实现从材料选择、电池设计、制造、使用、回收的全链条智能化。

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