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走好科技自立之路 中国动力电池下好创新“先手棋”

来源:中国青年报2021-08-26 11:18

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  自从1890年爱迪生首次发明可充电的镍铁蓄电池后,化学体系繁多的电池被广泛应用于军事、电子消费、交通出行等各个领域。但恐怕没有哪个行业能像新能源汽车一样,为全球电池产业带来历史性的机遇和考验。

  统计数据显示,今年7月,新能源汽车产销分别达到28.4万辆和27.1万辆,市场呈现出“淡季不淡”的特点,产销环比和同比继续保持增长,且双双创历史新高。考虑到通常下半年才是新能源汽车销售的旺季,2021年新能源汽车销量有极大的概率超出市场预期。

  更重要的是,从上游的大宗原材料到中游的电池、电机,再到下游的充电桩,发展新能源汽车可以打通光伏、电池、半导体等核心技术。从整车企业纷纷加快布局新能源汽车业务,到动力电池呈现出供不应求的态势、电池产业链争相扩产,再到最近中央部署碳达峰、碳中和工作时强调,要坚持全国一盘棋,纠正运动式“减碳”……由新能源汽车引发的这股热潮究竟会流向何方,成为电池赛道的风向标。

  “从2021年开始,全球锂电池市场需求会有明显的提升,但反观供给端,目前全产业链的产能供给增长相对较慢,有效供给不足。”宁德时代新能源科技股份有限公司董事长曾毓群预测说,未来5年,锂产业市场将迎来井喷期,进入TWh时代。

  这意味着,在从原材料供应、电池制造、新能源汽车研发乃至能源结构调整、发展绿色储能的各个环节,需要所有参与者齐心协力,完成高质量发展的“接力跑”。

  中国电池企业为何争相扩产能

  “因动力电池供应不足,我们将短暂停产”“电池供货商给多少,特斯拉就买多少”……这个夏天,动力电池的火热程度比起高温也不遑多让。

  据中国汽车工业协会的统计,今年7月,我国新能源汽车产销分别达到28.4万辆和27.1万辆,环比增长14.3%和5.8%,同比增长1.7倍和1.6倍。今年1-7月,新能源汽车产销分别达到150.4万辆和147.8万辆,同比增长均为两倍。

  新能源汽车销量的增长自然而然的引发了全球动力电池产业的迅速增长。

  高工产业研究院(GGII)发布的《新能源汽车产业链数据库》显示,2020年全球新能源汽车销量约319万辆,同比增长44%,动力电池装机量约136.30GWh,同比增长了18%。按照GGII的预测,到2025 年,全球新能源汽车渗透率将提升至 20%以上,动力电池出货量将达到 1100GWh。

  新能源汽车出色的销量表现和市场预期,导致动力电池产业链迅速进入投资扩产的热潮。

  其中,动力电池行业龙头企业宁德时代祭出最大手笔,公布了一个不超过582亿元的募资定增计划。按照计划,除了93亿元用于补充流动资金外,此次巨额定增的大部分资金主要用于扩张产能、推进新能源先进技术研发与应用项目,规划扩张动力与储能电池产能达137GWh。

  事实上,准备腾出手来扩充产能的并非只有宁德时代一家。

  公开资料显示,仅在今年第一季度,宁德时代、比亚迪、国轩高科、中航锂电等电池厂商相继公布了20多个动力电池相关新增投建项目,投资高达1600亿元,建设年产能超过350GWh。有证券分析师预计称,到2025年年底,全球电池企业产能合计将达到2242GWh。

  “竞争的王道就是,技术要比对手更强,产品也要比对手更丰富。所以要一边加快产能布局,一边还要不遗余力地提高电池的技术水平。”中国汽车工程学会名誉理事长付于武认为,对于像宁德时代、比亚迪、国轩高科等头部电池企业来说,抓住眼下的历史性机遇加大技术研发投入,扩张产能布局,“是十分合乎逻辑的”。

  GGII的统计数据显示,2020年全球动力电池装机量约136.30GWh,同比增长18%。在装机量排名前10的电池企业中,中国企业占据6席。中国电池企业在全球市场的份额总和也超过了韩国、日本,位居第一。

  “全球汽车驶入电动化转型快车道,而中国动力电池已走在了世界前列。”付于武评价说,从需求侧来看,大量整车企业对电动化的态度发生了重大转变。之前中国汽车的电动化转型走在了前列,现在包括大众、奥迪、奔驰等在内的德国车企也开启了电动化转型步伐,因此动力电池需求量激增。从供给侧来看,优质的动力电池供应商仍然产能不足。“虽然全球范围内的电池厂不少,一些整车企业也在试图自己掌握电池,但中国动力电池产业无论技术还是产能,均稳居世界前列。”

  值得注意的是,动力电池产业的市场集中度进一步上升,有“头部企业撑死,其他企业饿死”的趋势。2020年,全球动力电池装机量前10的企业装机量总和约为126.47GWh,占全球动力电池装机总量的93%,这一占比同比增长4%。

  “这说明动力电池的产能存在结构性,高端产能仍然偏紧。今后在各家的扩军备战中,落后产能将逐渐被淘汰。”有业内人士表示,连续4年荣膺动力电池装机量全球第一的宝座后,宁德时代试图再次以募资定增下好“先手棋”,一边加强动力与储能电池产能建设,一边继续投入先进技术研发,这有助于夯实其在动力电池和储能电池领域的领先地位。

  中南财经政法大学数字经济研究院执行院长盘和林认为,得益于中国在新能源汽车领域的先发优势,不少中国电池企业在动力电池上拥有足够的技术储备,“无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,这些中国电池企业都具备明显的规模优势和技术优势,同时我们也有供应链完整的优势。”

  他建议说,电池企业在扩张产能的同时也要加强技术升级,多向技术创新要效益。“例如锂电池回收的问题,锂电池材料还难言过剩,电池企业应十分注意注重资源的循环应用。这对于企业和经济社会的可持续发展来说都是十分重要的。”

  如何闯过原材料涨价、低端产能过剩的险滩

  仔细看看锂精矿价格的飙升曲线,就会明白上述担忧无不道理。

  据了解,与今年1月1日的价格相比,7月20日的碳酸锂价格上涨了66%,氢氧化锂价格上涨了96%。

  显然,随着电池产业扩产潮的到来,上游电池材料的供应可能出现瓶颈。有测算结果显示,到2025年,全球锂资源供应量折合120万吨碳酸锂当量,而需求为150万吨碳酸锂当量,将存在约30万吨的缺口。

  “全球电池需求量的迅速增长,而锂资源空间分布不均匀,中国电池产业链开始面临锂资源约束问题。”光大证券的一份行业研究报告显示,一方面锂资源的总量分布有限,地壳丰度仅为 0.006%;另一方面,锂资源的空间分布不均匀,锂矿主要分布在澳洲、南美地区,我国的电池生产用锂对外依存度过高。

  此外,由于之前锂矿周期下行导致很多矿场关停,叠加国外新冠肺炎疫情肆虐的不利影响,短期内锂资源供应很难满足下游快速增长的需求。

  毫无疑问,解决原材料短缺的根本出路在于电池技术革新。宁德时代不久前发布的第一代钠离子电池就验证了这一思路。

  “有人议论说,电池的化学体系已经很难创新了,只能在物理结构上做些改进。我们认为电化学的世界就像能量魔方未知远远大于已知,我们乐此不疲地探索其中的奥秘。”曾毓群在发布会上直言,“多元化的技术路线是电池产业长期稳定发展的重要保障。”

  一方面,钠资源的丰度更高、成本更低;另一方面,钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面也拥有独特优势,可以与锂离子电池相互兼容互补。但由于钠离子体积较大,在材料结构稳定性和动力学性能方面要求更严苛,此前钠离子电池迟迟难以实现大规模商业化应用。

  据介绍,基于材料体系的一系列突破,宁德时代研发的第一代钠离子电池具备高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等优势。其电芯单体能量密度高达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;即使在零下20摄氏度低温环境中,它也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强制标准的安全要求。

  “第一代钠离子电池既可应用于各种交通电动化场景,尤其在高寒地区具有突出优势,又可灵活适配储能领域全场景的应用需求。”宁德时代研究院副院长黄起森表示,为了弥补现阶段钠离子电池在能量密度上的短板,宁德时代还开发了AB电池系统解决方案,即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭,集成到同一个电池系统里,通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。

  光大证券的分析师认为,在对能量密度要求不高的场景中,钠离子电池将有着广泛的应用前景。例如储能、电动两轮车与A00级新能源汽车,预计到2025年,这三大领域国内电池需求将达到123GWh。

  由于能够直接决定新能源汽车的产品性能,动力电池被视为新能源汽车的“灵魂”。

  “电池企业在扩张产能的同时提高电池技术水平,是一个不小的挑战。因为未来围绕电池技术的竞争会很激烈。”付于武坦言,无论是电池生产商还是主机厂,都想“把灵魂掌握在自己手里”,都想牢牢掌握核心技术。像特斯拉、大众等跨国车企已经开始筹备自建动力电池工厂。

  “以宁德时代为代表的中国电池企业已经走在了世界电池产业的前列,这是一个极为珍贵的机会,甚至可以说是历史性的机会。在下好了先手棋的基础上,后面还要继续努力。”他告诉记者,要成为世界领先的电池企业,就必须实现科技创新,走好科技自立之路。“无论是电池材料技术革新,还是电池结构的创新、生产工艺的升级,都离不开研发这潭活水。只有电池技术创新成果源源不断的涌现,我们才能巩固好已有的先发优势。”

  据介绍,围绕“以可再生能源发电和储能替代固定式化石能源、以动力电池助力电动车的发展、以电动化和智能化的集成作为一个创新”的三大战略方向,宁德时代打造了材料化学体系、系统结构以及极限制造和商业模式的四大创新支撑,形成了从前沿基础研究到产业化应用,再到商业化大规模的推广快速转化的能力。

  “这一轮电池产业扩张中暴露出原材料价格上涨、低端产能过剩等问题,需要尽快加以解决。”新能源汽车独立研究员曹广平提醒说,目前整个新能源汽车行业仍处于逐渐成熟的阶段,但有些问题需要未雨绸缪。“例如,等到这一大批动力电池该退役的时候,希望我们已建成了科学、合理的电池回收体系,让新能源汽车能够真正地为‘碳达峰、碳中和’作出贡献。”

  值得一提的是,8月25日,工业和信息化部在答复政协提案时表示,将组织有关标准研究机构适时开展钠离子电池标准制定,并在标准立项、标准报批等环节予以支持。工信部将在“十四五”相关规划等政策文件中加强布局,从促进前沿技术攻关、完善配套政策、开拓市场应用等多方面着手,做好顶层设计,健全产业政策,统筹引导钠离子电池产业高质量发展。

  同时,科技部将在“十四五”期间实施“储能与智能电网技术”重点专项,并将钠离子电池技术列为子任务,以进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化,提升综合性能。

  “创新是宁德时代的基因,也是宁德时代加速发展的动力。我们有超过5000名研发人员,大家聚精会神地搞科研。”曾毓群坦言,“碳中和”时代的到来,意味着人类社会生产力深刻的变革,它将给各行各业带来深层次的影响,更推动了新能源产业的蓬勃发展,给不同技术提供了施展的舞台。

  有人说,“更优越的性能、更低的成本、更好的安全性”是动力电池发展过程中的“不可能三角”。但从某种意义上来说,一部电池发展史几乎就是人类驯化各类化学元素,不断探索能源利用率极限的历史。能源是人类社会发展的物质基础,而“碳达峰、碳中和”时代无疑将加速新能源电池行业前进的车轮。

  中青报·中青网记者 许亚杰

[ 责编:张梦凡 ]
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