特斯拉电池日临近,关注六大看点

来源: 中信证券
原定于4月的电池日将于9月22日举行,市场最关心的问题包括:电池去模组化、无极耳电极电芯、电极由湿法制备向干法制备转变、负极或将采用硅纳米线材料、正极采用单晶NMC 532以及搭配新的电解液、无钴电池。

动力电池行业

1、全球新能源汽车销量增加,带动动力电池的需求

2、动力电池行业:竞争格局

3、动力电池行业:CR5生产商占比达80.4%

全球动力电池生产商较为集中:2020年H1,CR3占比达68.2%。2020年H1,CR5占比达80.4%。

4、电池:锂电池主要用于电动汽车中

  • 电池分类:从广义上讲主要可分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。其中在电动汽车中,应用最广泛的是化学电池。
  • 化学电池分类:从结构上来看,可分成蓄电池(包括一次电池和二次电池)及燃料电池两大类别。 目前市面上的车型大都 采用二次可充电蓄电池对车辆进行驱动。
  • 二次电池分类:按照正极材料不同,可分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池等。 现阶段 , 市场上车企二次电池以锂电池 为主,少数车企用的是镍氢电池(丰田)

5、动力电池:组成

6、动力电池:锂电池分类

7、动力电池:三元电池发展

在三元电池材料中,镍、钴、锰分别起的作用是:

  • 钴:稳定材料的层状结构,同时提高材料的循环和倍率性能。但过高的钴含量会导致实际容量降低。
  • 镍:提高增加材料的体积能量密度。但镍含量高(即高镍)的三元材料也会导致锂镍混排,从而造成锂的析出。
  • 锰:降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性,但过高的锰含量会破坏材料的层状结构,使材料的比容量降低。

8、动力电池:主要生产商

  • 松下(圆柱+ 镍钴铝21700):产品由18650型向21700型转变。 据路透社2020年2月份报道,特斯拉采用的21700 电池含钴量已降低至5%以内,低于NCM 811中10%的钴含量。
  • LG化学(软包+ 镍钴锰622):目前产品主推软包NCM 622,并开始向NCM 712/811转变。
  • 三星SDI(方形铝盒+ 镍钴锰532):现阶段公司产品主要为方形铝盒NCM 532,2019年推出NCM 622,预计2020年底将推出NCM 811。
  • 宁德时代 (方形铝盒+磷酸铁锂/镍钴锰622):现阶段公司主推方形铝盒+磷酸铁锂/NCM 622。其中,2018年下半年推出NCM 622、2019年下半年推出NCM 811。

9、动力电池:主要生产商工厂&产能规划

特斯拉电池布局

1、特斯拉:电动汽车行业的颠覆者

2、特斯拉:汽车产品

3、特斯拉:电池产品

特斯拉电池近几年的变化:

  • 正极材料:由钴酸锂向镍钴铝三元材料转变。
  • 负极材料:由石墨向硅碳复合材料转变。
  • 能量密度:电芯能量密度不断提升,带动电池包能量密度增加。
  • 现阶段电芯能量密度停留在260Wh/Kg,电池包能量密度停留在160Wh/Kg。

4、特斯拉:电池模组个数逐渐减少

电池模组:由Model S的16个模组降低至Model 3的4个模组,更便于电池管理。

5、特斯拉 :电池成本2024年或将降至50美元/KWh

  • 按照100美元/KWh测算,Model 3/Y电池包成本区间为5200-7500美元 。
  • 按照50美元/KWh测算,未来Model 3/Y 电池包成本区间为2600-3750美元 。

6、特斯拉 :行驶20万Km后,电池包保有量约在90%

  • 行驶至5万8万公里后,电池包只损失了2%的容量。
  • 行驶至20万约32万公里后,电池包只损失了10%的容量。
  • 一般来讲,乘用车的报废里程数为60万公里。

7、特斯拉:更新电池三包政策

2020年2月,特斯拉调整了电池的三包政策:

  • 对于Model S/X,高压电池和驱动总成的质保期是8年和不限公里数。
  • 对于标准续航版的Model 3,保质期为8年或16万公里(以先满足的条件为准),且质保期内保有最低70%的电池容量。
  • 对于长续航版本的Model 3,保质期为8年或19.2万公里,且质保期内保有最低70%的电池容量。

8、特斯拉:与松下合建电池工厂

现阶段, 特斯拉电池生产主要是与松下合作完成。 其中松下主要负责电池电芯的生产:

  • 2009年特斯拉与松下达成合作协议。
  • 2014年7月,特斯拉与松下共投资50亿美元在美国内华达州建立“超级工厂”Gigafactory 1,用于生产车载动力电池(松下出资16亿美元)。
  • 2018年10月,松下计划与特斯拉再投入9-13.5亿美元以提高Giga 1电池50%产能。
  • 2020年8月,松下投资1亿美元,用于扩建其在内达华州Giga 1生产线产能。其中,扩建的生产线为第14条生产线,预计2020年底投产,产能将由之前的35GWh提高至约39GWh。

9、特斯拉:拓展电池供应商,并开始自研生产电池

  • 2009年7月,特斯拉与松下电池合作。
  • 2015年,特斯拉与锂电池专家Jeff Dahn签订5年合作协议,共同研发下一代动力电池。
  • 2019年2-5月,收购具备干电池电极和超级电容技术的Maxwell。
  • 2019年6月,特斯拉在股东大会上表示未来将进军采矿业以保证足够多的电池。2020年6月,特斯拉与嘉能可签署协议,每年将采购6000吨钴生产锂电池。
  • 2019年10月,收购加拿大电池组装企业Hibar。
  • 2020年初,特斯拉在德国工厂开始招募电池研发及生产人员。
  • 2020年1月,特斯拉宣布与LG化学和宁德时代合作,为公司提供动力电池。
  • 2020年2月,特斯拉佛里蒙特首条电池生产线试点运营,随后公布“RoadRunner”动力电池自产项目。
  • 2020年5月,与韩国韩华集团签署了电池化成设备的订单,用来自行生产电池组。

10、特斯拉电池:供应商产能

目前特斯拉共有三个电池供应商, 基本能够满足车辆的需求。 三家供应商产能分别如下:

  • 松下美国工厂:现阶段为35Gwh,预计年底将增加至55Gwh。
  • LG南京工厂:现阶段为7Gwh,预计年底将增加至10Gwh。
  • 宁德时代:公司暂未披露具体的采购计划。

11、特斯拉RoadRunner项目

2020年2月,公司公布动力电池自产项目“RoadRunner”,项目目标为:

  • 电芯密度更高:据Electrtrek报道,新的电池芯使用了特斯拉内部团队所开发的技术(包括Jeff Dahn和Maxwell的技术),预计3-4年后电芯能量密度提高至400Wh/Kg。
  • 电池成本更低:将电池成本降低至100美元/kWh,以期电动车在没有补贴的情况下,达到与燃油车较为类似的售价。2020年初公司与松下合作成产的电池成本约111美元/KWh。
  • 电池续航里程更长:全生命周期循环寿命超过160万公里。
  • 电池充放电寿命更长:由之前的1500-2000次提升至4000次左右。

特斯拉电池日值得关注的问题

特斯拉电池日:将于北京时间9月23日03:00-04:30后举办

  • 2019年上半年,公司CEO马斯克首次提及“特斯拉四月公司座谈会”(即我们所说的特斯拉电池日),以对公司化学电池、模组和组装、结构和制造计划进行全面的评估,并给出公司未来每一年的清晰路线图。
  • 受疫情影响,原定于2020年4月的电池日多次推迟,最终定于太平洋时间2020年9月22日。
    - 首先,公司先于太平洋时间9月22日(星期二)13:30举行公司2020年年度会议(北京时间23日周三凌晨四点半)。
    - 随后,独立电池日活动将在2020年度会议结束后立即举行。

关注问题1:电池去模组化

电池去模组化 :是指通过物理的手段减少电池的零部件,进而减少电池包的空间、质量,进而提高电池生产效率, 使得电池包能量密度提高、生产成本降低 。

- Roadster、Model S/X:电池模组个数为16个。

- Model 3:电池模组个数为4个。

- 电池去模组化,意味着直接将电芯集成到电池包中,在一定程度上与宁德时代CTP技术类似。

关注问题2 :无极耳电极电芯

采用无极耳电芯,或可提供“十分钟充满约50%电量”的功能。

- 极耳:从电芯中将正极和负极引出来的金属导体,极耳的存在使得电芯的内阻更高,使得电池充电过程的热量过高。
- 采用无极耳设计,可以降低电池5%-20%的内阻,进而解决电池充电发热的问题。

关注问题3:电极由湿法制备向干法制备转变?

  • 2019年,公司收购Maxwell。
  • Maxwell拥有先进的干法电极制造技术,适用于超级电容及锂离子电池 。
    - 不管是电池还是超级电容器,电极都是核心部件之一。
    - Maxwell用干法电极技术制造超级电容器成功应用已经多年,近几年探索把干法电极技术应用于锂电池电极制造,并有了初步验证结果。

干电极vs湿电极:

  • 湿电极:将电极中的化学物质、粘结剂、添加剂与 溶剂混合制成料浆,再将料浆涂覆到导电的金属上,比如铜或者铝,然后再通过 干燥装置,将溶剂蒸发掉,得到电极。
  • 干电极: 制作电极无需溶剂,电极材料直接以压延方式“粘”在导电金属上。

据Maxwell在21st Annual Needham Growth Conference上的报告,干电极技术有如下优点:

  • 降低成本:现有湿电极制造既费时又耗成本,干电极技术通过简化工序(无搅拌和涂敷)、减少设备(无涂布设备)等,可将成本降低 10%-20%。
  • 提升能量密度、降低内阻:可将电池容量提高到300Wh/kg,比目前最好的动力电池高出20%,未来有望达到500Wh/kg。
  • 延长电池寿命:提高耐久性,电池寿命可翻倍。
  • 更加环保:无溶剂、 无钴、降低能耗、减少CO 2 排放。

关注问题4:负极或将采用硅纳米线材料?

  • 从18650到21700,电池负极材料从石墨向硅碳转变,电芯能量密度提高约15%。
  • 特斯拉或将利用电池制造司 公司Amprius的硅纳米线材料,以提高电池电芯能量密度至400Wh/kg。

关注问题5:正极采用单晶NMC 532,搭配新的电解液?

  • 新型正极材料:单晶NMC 532
    - 经过1000次循环后,电池保持95%的容量;循环超过4000次后,电池容量仍能保持90%左右的容量。
    - 由于NMC 532的钴含量为20%,成本相对较高。
  • 新型电解液:ODTO(1,2,6- 二噻烷-2,2,6,6- 四氧)等
    - 相对于传统电解液,混入ODTO添加剂的电解质溶液可钝化电池负极上的活性颗粒,生成保护膜,从而使得电池循环周期更长。

关注问题6:无钴电池?

  • 无钴电池或不仅仅指磷酸铁锂:
  • 宁德时代磷酸铁锂:特斯拉国产Model 3基础版本或将采用宁德时代磷酸铁锂电池。
  • 干电极技术去钴:2019年5月公司收购全球超级电容与干电极技术企业—Maxwell,已在电池“去钴”上探索了多种可能。
    - Jeff Dahn团队在2019年发布的《Is Cobalt Needed in Ni-Rich Positive Electrode Materials for Lithium lon Batteries?》论文中,结果表明:Li-Ni 0.95 -Al 0.05 O 2 、LiNi 0.95 -Mg 0.05 O 2 ,LiNi 0.95 Co 0.05 O 2 和 LiNi 0.9 Co 0.05 Al 0.05 O 2 中的Al、Mg、Mn能够降低电极和电解质的反应,Co并非必须。即:镍含量>90%后,钴元素为非必须品。

本文作者:许英博、陈俊云,来源:中信证券,原文标题:《特斯拉:电池日临近,关注六大看点》
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