作為未來出行的終極模式，BEV最終將為客戶提供比ICE或混合動(dòng)力汽車更低的TCO（總擁有成本）。隨著電池成本的持續(xù)下降以及密集充電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的部署，未來十年內(nèi)BEV將大規(guī)模普及。

最近吉利控股關(guān)聯(lián)公司錢江鋰電開始破產(chǎn)重組。汽車動(dòng)力電池新國標(biāo)實(shí)施三年來，業(yè)內(nèi)已有近百家企業(yè)倒閉破產(chǎn)。行業(yè)專家認(rèn)為，電池企業(yè)困境的發(fā)生在于補(bǔ)貼退坡、動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)集中度提升，優(yōu)勝劣汰是行業(yè)發(fā)展的必然。在這一變革過程中，未來電池和與其相關(guān)的熱管理技術(shù)方向如何，市場機(jī)會(huì)又在哪里呢？

中國是最大市場

得益于基礎(chǔ)設(shè)施、監(jiān)管支持、技術(shù)推動(dòng)、消費(fèi)者參與因素的一致拉動(dòng)，以及越來越多的可用車型（中國目前有60多個(gè)電動(dòng)汽車品牌，全球絕無僅有），中國已成為上路電動(dòng)汽車的主要市場，增速超過所有其他地區(qū)。

管理咨詢公司麥肯錫在關(guān)于電動(dòng)汽車的市場報(bào)告中預(yù)計(jì)，2030年中國銷售的汽車中有40%以上將實(shí)現(xiàn)電氣化，電動(dòng)汽車是主要技術(shù)；歐洲電動(dòng)汽車的普及率將達(dá)到中國的40%；而美國電動(dòng)汽車的使用存在更大的不確定性，估計(jì)仍將擁有最大的內(nèi)燃機(jī)（ICE）資源。

電動(dòng)汽車電驅(qū)系統(tǒng)構(gòu)成

全電動(dòng)汽車（BEV）是未來出行的終極模式，目前和未來一段時(shí)間使用的主要是鋰電池，其電池組通常由以下部件組成：

由陰極活性物質(zhì)（決定電池電壓容量）、陽極活性物質(zhì)、隔膜（防止短路）和儲(chǔ)存在電池殼中的電解質(zhì)（平衡電流）組成，用以提供充電和放電的能量。

電池模塊：電芯連接在一個(gè)框架內(nèi)，形成一個(gè)“模塊”，以防止其受到外部沖擊、熱量和振動(dòng)的影響。這種格式可以實(shí)現(xiàn)不同的電池結(jié)構(gòu)，通過電池串聯(lián)或并聯(lián)增加電壓或電流輸出。

管理控制器（MC）：有不同的層次，即電芯管理控制器（CMC）和模塊管理控制器（MMC）。CMC直接安裝在電芯上，測量電池電壓和溫度，并通過數(shù)字雙線總線進(jìn)行通信。MMC收集多個(gè)CMC的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

電池管理系統(tǒng)（BMS）：既是個(gè)電子控制板，也是電池和整車控制器（VCU）之間的接口。其主要功能是利用充電和負(fù)載均衡防止深放電、過壓、快速放電、大電流消耗等損壞電池組。BMS還從MC收集信息，以監(jiān)測各種電池參數(shù)（如電池電壓、溫度、電流、充電/放電循環(huán)次數(shù)），計(jì)算電池的充電狀態(tài)/工作時(shí)間，并確定電池的健康狀況。系統(tǒng)的復(fù)雜程度隨電池組中電芯的數(shù)量而異。

配電模塊（PDM）：也叫電池接線盒（BJB），它是一個(gè)開關(guān)，用來連接/斷開電池與功率電子設(shè)備的連接，即通過安全保險(xiǎn)絲、開關(guān)、熔絲開關(guān)、電阻器、斷路器、繼電器/接觸器、電氣連接和固態(tài)電源控制器（SSPC）來引導(dǎo)高電流，并防止電池受到過電流的影響。

冷卻系統(tǒng)：控制電芯溫度，保證電池組的安全性、功能性（冷啟動(dòng)）和性能。冷卻系統(tǒng)可分為被動(dòng)和主動(dòng)兩種，冷卻介質(zhì)有空氣或液體。電芯完全浸入冷卻劑是最高性能應(yīng)用的做法。

電池可能出現(xiàn)短缺

據(jù)麥肯錫預(yù)測，從全球看，到2025年電動(dòng)汽車電池供應(yīng)量將增長到約750GWh，比2018年的200GWh年增長20%。雖然這與2023年之前的需求相符，但如果新增產(chǎn)能不能迅速擴(kuò)大，供應(yīng)短缺可能會(huì)在隨后出現(xiàn)。

對(duì)歐洲而言，預(yù)計(jì)供應(yīng)量將以每年約40%的速度增長，從2018年的15GWh增長到2025年的150GWh以上。在歐洲，如果需求增長快于預(yù)期，或需要更長時(shí)間才能充分利用計(jì)劃產(chǎn)能，也可能導(dǎo)致供應(yīng)短缺。歐洲產(chǎn)能增長的主要?jiǎng)恿υ从趤喼揠姵毓?yīng)商在歐洲主機(jī)廠附近建造大型工廠，以及Northvolt正在瑞典建造一座32GWh的工廠。

全球和歐洲鋰電池供需展望

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與成本構(gòu)成

汽車電氣化的核心是電池，無論是作為唯一電源（如BEV）或與其他電源（如氫燃料）組合。近年來，伴隨技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)工藝優(yōu)化和規(guī)模經(jīng)濟(jì)，作為BEV主要成本構(gòu)成的電池成本已大大降低，但電池組成本仍占整車總成本的50%左右。

從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，亞洲電池生產(chǎn)商一直主導(dǎo)著電池市場，引領(lǐng)著技術(shù)發(fā)展。盡管競爭日益激烈，在上游電池生產(chǎn)領(lǐng)域，亞洲公司目前提供的所有組件約占市場的一半至四分之三，營業(yè)利潤在8%至14%之間。

歐洲和北美現(xiàn)有主機(jī)廠早期在內(nèi)部制造電池的努力并不成功。目前，看有以下幾種主機(jī)廠與供應(yīng)商的關(guān)系模型：

主機(jī)廠集成模式：主機(jī)廠高度參與，與電池制造商成立合資企業(yè)；

主機(jī)廠封裝模式：主機(jī)廠接管模塊和電池組的制造；電芯從外部采購；

主機(jī)廠導(dǎo)向模式：主機(jī)廠與集成電池、BMS和其他組件的Tier 1供應(yīng)商合作，但主機(jī)廠對(duì)子供應(yīng)商的設(shè)計(jì)、工程和選擇保持嚴(yán)格控制；

主機(jī)廠外包模式，主機(jī)廠缺乏電池/xEV專業(yè)知識(shí)，參與度低，從供應(yīng)商處購買全套電池。

自2010年以來，以美元/千瓦時(shí)為單位的成本下降了約85%，進(jìn)一步打開了BEV市場的發(fā)展空間。目前，電池組成本已平均降至接近約130美元/千瓦時(shí)，最佳電池成本已達(dá)110美元/千瓦時(shí)。

隨著電池化學(xué)的優(yōu)化和大型電池工廠開始實(shí)現(xiàn)高量產(chǎn)，預(yù)計(jì)電池成本不久將降低到100美元/千瓦時(shí)。電池成本的走低將進(jìn)一步使BEV向大眾市場滲透。當(dāng)然，不同地區(qū)的補(bǔ)貼、電價(jià)與燃料價(jià)格、稅收和轉(zhuǎn)售價(jià)值差異將在一定程度上影響其采用率。

規(guī)模經(jīng)濟(jì)和技術(shù)改進(jìn)，如2025年前鈷含量較低的高能陰極和2030年前的固態(tài)電解質(zhì)，將導(dǎo)致成本降低，進(jìn)一步推動(dòng)包括BEV在內(nèi)的xEV的使用。

電池化學(xué)關(guān)鍵技術(shù)趨勢

創(chuàng)新和大規(guī)模工業(yè)化是圍繞電池展開的關(guān)鍵趨勢，主要體現(xiàn)在以下一些方面：

電池組拆解

陰極：之前陰極化學(xué)側(cè)重于相對(duì)安全的技術(shù)，如LFP（磷酸鐵鋰）或LMO（鋰錳氧化物），但由于其在能量密度上的限制，已轉(zhuǎn)向鎳基材料為主，特別是NCA（鋰鎳鈷鋁氧化物）和NMC（鋰鎳錳鈷氧化物）。預(yù)計(jì)未來三到五年內(nèi)，當(dāng)前的NMC532和NMC622將被更高能量密度的陰極（如NMC811）所取代。鎳通常會(huì)增加電池的能量密度，而鈷則用于穩(wěn)定系統(tǒng)。通過提高陰極活性材料的均勻性和純度以及先進(jìn)的電芯熱穩(wěn)定性管理，可以實(shí)現(xiàn)向更高鎳含量的過渡。

陽極：目前應(yīng)用的主要陽極材料是石墨。其主要優(yōu)點(diǎn)包括它與鋰的電位相似，可以實(shí)現(xiàn)高電池電位，因此，電池的成本低，制造過程簡單、安全、環(huán)保。為了增加陽極的能量密度，加入了少量硅（大約5%）。預(yù)計(jì)到2025年，添加劑的用量將增加到20%，從而使能量密度提高三倍，約為1000毫安時(shí)/克。

電解質(zhì)：下一代電解質(zhì)的發(fā)展重點(diǎn)是液體電解質(zhì)的改進(jìn)和固體電解質(zhì)的引入。由于液體電解質(zhì)的高可燃性、毒性和有限的穩(wěn)定性，目前禁止使用高壓陰極材料來提高能量密度，因此液體電解質(zhì)面臨著安全問題的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，一些添加劑正在研發(fā)中，其中一些可能在未來幾年上市。討論最多的技術(shù)之一是固態(tài)電池，它不同于當(dāng)前的電池技術(shù)，因?yàn)槭褂霉腆w電解質(zhì)，在能量密度、安全性、溫度穩(wěn)定性和成本方面具有最大的潛力。它有助于顯著減少充電時(shí)間，這將改變電動(dòng)汽車的游戲規(guī)則。較短充電時(shí)間可減少長途充電需求，也楷體使用更小的電池。然而，固態(tài)電池的發(fā)展和商業(yè)化時(shí)間表仍不確定，在2025年之前擴(kuò)大規(guī)模的可能性不大。“固態(tài)”材料包括聚合物、硫化物、氧化物、磷酸鹽等，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。目前，最有前途的技術(shù)是硫化物，它允許高電流密度（即快速充電）、高溫穩(wěn)定性（即需要較小的冷卻系統(tǒng)）和良好的可制造性。固體電解質(zhì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其電位，允許使用雙極電極進(jìn)行疊層電池設(shè)計(jì)。與冷卻系統(tǒng)相結(jié)合，可以顯著降低電池組的重量、體積和成本。然而，這類材料面臨的最大挑戰(zhàn)是易受水的影響，需要在惰性氣體下生產(chǎn)。

電壓：電池組電壓正從平均400V增加到800V，將提高充電速度，還可以降低成本，因?yàn)檩^低的電流密度可以減少母線和電纜的尺寸和重量。

其他組件：多層次管理控制器將降低成本和提高效率；電池管理系統(tǒng)模塊化程度的提高可能會(huì)降低成本，實(shí)現(xiàn)更精確的測量，從而提高系統(tǒng)性能（如更快充電）；通過使用更緊湊的幾何結(jié)構(gòu)和優(yōu)化材料（銅與鋁、機(jī)械繼電器與半導(dǎo)體），降低過熱風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)消除機(jī)械部件，使配電模塊得到改進(jìn)，延長使用壽命；用碳化硅（SiC）取代硅MOSFET，可以使電池充電器具有更高的耐壓和耐高溫性能，實(shí)現(xiàn)更快的充電。

供應(yīng)商如何成功？

電池主要是由電池生產(chǎn)商供應(yīng)，封裝仍將是主機(jī)廠的重頭戲；電池管理系統(tǒng)將主要由供應(yīng)商提供，應(yīng)用軟件則由主機(jī)廠控制。作為電池供應(yīng)商有幾個(gè)因素對(duì)成功至關(guān)重要：

技術(shù)領(lǐng)先：主機(jī)廠、電池制造商和陰極、陽極、隔膜、電解質(zhì)和專用材料制造商之間的新聯(lián)盟正在形成。供應(yīng)商需要通過內(nèi)部創(chuàng)新和與價(jià)值鏈的頭部企業(yè)合作，了解快速變化的電池技術(shù)。

規(guī)模成本：對(duì)于電池制造業(yè)而言，實(shí)現(xiàn)成本競爭力的一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力是規(guī)模，這將減少生產(chǎn)的資本支出，降低銷售管理費(fèi)用和研發(fā)成本。而購買力的增加有助于確保供應(yīng)，并改善與下游的談判地位。

原材料/供應(yīng)商協(xié)議：最關(guān)鍵的原材料是鈷和鎳，通常由為電池生產(chǎn)廠家生產(chǎn)活性材料的公司收購。選擇合適的合作伙伴，甚至縱向整合上游，對(duì)緩解供應(yīng)鏈的影響可能越來越重要。

汽車級(jí)認(rèn)證：與消費(fèi)類電子產(chǎn)品（鋰離子電池的起源）不同，用于汽車應(yīng)用的電池必須具有汽車級(jí)質(zhì)量。這意味著故障率僅為百萬分之幾，并且具有惡劣環(huán)境條件下的可靠性。

接近主機(jī)廠：趨勢是電池供應(yīng)商和主機(jī)廠之間密切合作，以確保相關(guān)的承購量，并快速適應(yīng)不斷變化的需求，后者可能從選定的供應(yīng)商處購買電池并內(nèi)部封裝。此外，未來供應(yīng)商需要能夠提供主機(jī)廠要求的完整的48V系統(tǒng)。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展：電池制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展正受到越來越多的關(guān)注，決策者正在討論電池生命周期評(píng)估、分類和行業(yè)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，主機(jī)廠正在尋找既能避免電池回收成本，又能回收有價(jià)值原材料的方法。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、回收技術(shù)、甚至新的循環(huán)商業(yè)模式等方面的創(chuàng)新，都可能成為電池制造商和供應(yīng)商大有可為的途徑。

價(jià)值鏈透明度：電池價(jià)值鏈的迅速擴(kuò)大（到2030年將增長14倍）意味著對(duì)某些關(guān)鍵原材料的需求迅速增長，并帶來若干環(huán)境和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)（如鈷礦的童工）。能夠針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)提高透明度和合規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商，將擁有更好的賣點(diǎn)。

備戰(zhàn)電動(dòng)出行

電動(dòng)出行（E-mobility）正處于一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，二氧化碳排放法規(guī)的增加，消費(fèi)者對(duì)清潔運(yùn)輸解決方案的偏好，以及電池成本下降，所需基礎(chǔ)設(shè)施的日益可用性將加速電動(dòng)汽車在20世紀(jì)20年代初在主要市場的推廣。這些趨勢的規(guī)模和范圍正在顛覆供應(yīng)鏈。

作為未來出行的終極模式，BEV最終將為客戶提供比ICE或混合動(dòng)力汽車更低的TCO（總擁有成本）。隨著電池成本的持續(xù)下降以及密集充電基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的部署，未來十年內(nèi)BEV將大規(guī)模普及。對(duì)此，您做好準(zhǔn)備了嗎？