记者 严利婷
编辑 高宇雷
2023年的新能源汽车竞争,从年初卷价格、年中卷营销,到年末卷智驾,车企之间的竞争不断升级,而一场突如其来的寒流又将电动车打回原形。在续航焦虑重新占据舆论C位的情况下,竞争焦点再度被拉回到起始点,一场关于补能的技术比拼也悄悄打响。
从12月中旬开始,短短两周之内,埃安、极氪、蔚来三家造车新势力就相继发布自研电池。其中,最引人注瞩目的还是蔚来46105大圆柱电池,这款产品有行业最低的单芯内阻,5分钟可补能255公里。
更重要的是,与此前的纯技术发布不同,这一次上述车企的自研电池都已经走到了量产阶段。
比如,广汽埃安在发布P58微晶超能电池的同时,旗下因湃电池工厂也正式竣工投产。极氪的金砖电池也首搭在新车极氪007,并于2024年1月1日启动交付,而蔚来的150度固态电池更是直接上路实测,这款电池在冬季低温状态下的续航超过1000公里,后续将以灵活升级的方式服务蔚来所有在售车型。
此外,随着头部车企将自研电池的链路跑通,更多的车企也准备排队进场。此前,长安汽车已在广州车展上发布了自研电池品牌“金钟罩”,并计划在接下来7年陆续推出8款自研电芯,而近期奇瑞汽车执行副总经理、研发总院院长高新华也对外透露,奇瑞汽车明年将正式推出自研电池产品。
如果将这两家车企计算在内,截至目前,自研电池的国产车企已经超过10家。除了零跑、岚图等少数车企在自研之余选择外采电芯,包括比亚迪、广汽、上汽、吉利、长城、蔚来等在内,多数玩家均选择了从0到1的全产业链布局,其中,比亚迪、广汽等巨头还将手伸到了上游原材料领域。
某种程度上,车企对电池自由的追求似乎没有尽头,而这场轰轰烈烈的自研大潮才刚刚开始。
超越发动机的存在,电池到底有多重要?
当然,不同车企自研电池的出发点并不完全相同,但归根究底都是同一个逻辑:电池太重要了。
“无论电池、电机、电控,都是电动车的基础,这是我们对电池的认知和重要性定义”,12月15日,吉利控股集团总裁、极氪智能科技CEO安聪慧在金砖电池发布后的媒体沟通会上表示,一家电动车企未来想要形成竞争力,必须掌握各个关键领域的核心技术,而电池是最基础的要素。
首先,在产品定义方面,从续航、空间、性能、安全到体验,电池影响着电动车的方方面面。比如,在用户感知最明显的续航方面,同样是采用宁德时代三元锂电芯的100度电池包、搭配双电机的电动轿跑,2.185吨重的蔚来ET5能跑700公里左右,而2.655吨的小米汽车却能跑800公里。
这背后是汽车电池相隔3年的技术差异,其中,小米汽车采用的是宁德时代最新上市的麒麟电池,这款电池在相同化学体系、同等电池包尺寸下,电量相比4680提升13%,最高能量密度达255Wh/kg。不过,蔚来在2023年NIO Day发布的120度大圆柱电池,能量密度已经可达260Wh/kg。
“我们一直觉得电池还有很多突破空间”,蔚来电池系统副总裁曾士哲指出,很多车企只是将供应商的东西拼凑在一起,但无论是材料的选择,还是零部件的焊接方式,现在电池的创新都体现在细节上。比如,通过上盖局部胶粘和防碰撞的特殊设计,蔚来的大圆柱电池空间利用率提升了24%。
值得注意的是,很多创新也不仅仅是从电池密度出发。按照蔚来电驱及高压架构负责人毕路的说法,在车企竞相角逐的高压快充技术方面,从外部的超充桩、换电站,到内部的电控、电池,这是一个大的闭环,其中,电池不仅要满足高压快充的存储密度,还需要满足高压传输的能量效率。
这意味着,如果脱离了高倍率电池,高压快充很难发挥真正效用。比如,作为国内首款基于800V高压平台的量产车,小鹏G9全系标配的是3C快充电池包,充电速度大约是15分钟补能400公里,但同样是800V平台,最新上市的极氪007搭载4.5C的金砖电池,可以实现15分钟补能500公里。
对于车企来说,电池已经成了整个补能体系的关键一环。当前,为了配合首款纯电车型问世,理想汽车不仅在大力布设超充站,还联合宁德时代研发了5C超充电池,这款电池可以实现12分钟补能500公里,但可能相较蔚来900V平台下的5C电池还是稍逊一筹,后者5分钟就可补能255公里。
“5C充电关键点在于电池的阻抗”,曾士哲解释称,当前,市面上的大圆柱电池抗阻一般在3毫欧左右,很难支撑5C快充技术,而蔚来的46105大圆柱电池可以做到1.6毫欧的抗阻,相当于降低了一半,但他也强调,大圆柱电池的超快充技术还处在非常早期的阶段,未来还有较大提升空间。
从产品力的角度出发,电池的升级远未到尽头,在车圈竞争不断升级的当下,除了续航和补能之外,车企比拼的空间、性能、安全、乃至品牌,都可以从电池上找到解法。比如,性能方面,极氪的金砖电池在3秒脉冲放电倍率最高可达16C,巨大的瞬时能量可让百公里加速轻松跑进3秒。
随着CTP、CTB、CTC等电池车身一体化技术的升级,电池逐渐从能量件变成结构件,车内空间也得以不断拓展。根据极氪提供的一组统计数据,当前,奥迪A6L、奔驰E级和宝马5系等传统豪华品牌的“得房率”普遍在73%-76%之间,而搭载金砖电池的极氪007的“得房率”则达到了81.8%。
此前,理想汽车电池负责人柳志民也曾对外透露,早在2019年下半年,理想产品团队就接到了创始人李想要求内部做一款家庭MPV的诉求,但基于自身的增程技术,当时理想的MPV“得房率”只能做到67%,与旗下大型SUV车型L9相当,后来发现要做到70%以上的“得房率”只能是纯电车。
“这是电动汽车软、硬件的天然优势”,蔚来CEO李斌在2023年NIO DAY的采访中表示,由于电池、电驱的先天技术特性,现在电动车可以做很多燃油车做不了的事情。他以安全性举例称,“以前的汽车怎么讲安全冗余都没有意义,因为发动机时代根本做不到,最多在后面搞个备胎。”
如今,电动车可以发挥自身技术特色,进一步提升整车的安全上限。据李斌介绍,蔚来新一代旗舰车型ET9具备制动、转向等7重安全冗余,所搭载的大圆柱电池还融入了新的热电分离设计,并研发了智能高精度热失控算法,可大幅提升单芯电池安全、预防电池过热甚至自燃等情况发生。
总体来看,电池就如同一辆电动车的心脏,它的状态决定了最终的产品边界,重要性远胜于燃油车时代的发动机。单从占据整车30%-40%的成本比重来看,电池在供应链上的重要性已经不言而喻,而对于蔚来等采取换电模式的车企来说,电池还不仅是一个零部件,更是一个独立的大单品。
“这里面也有一些思维模式的区别”,李斌表示,所以蔚来考虑电池的生命周期有多长,很大程度上不是从8年质保期出发,而是将电池材料、回收流程、回收工艺以及梯次利用都纳入进来,从电池的全生命周期去考虑,“如果这么去看这件事情,它的视角就不一样,需要我们自己去定义。”
特斯拉带头 车企争夺电池话语权
不过,作为整车定义的关键一环,很长一段时间,电池的供应链都受制于宁德时代等少数巨头。
江西新能源科技职业学院新能源汽车技术研究院院长张翔指出,这种供应链格局与动力电池的产业门槛息息相关。电池是一个资源密集性的行业,投资力度大而回收周期较长,宁德时代由于起步早,拥有较大的规模优势,并且通过早期与宝马等国际一流车企合作,啃下了配套的技术标准。
反应在市场份额上,从2016年开始到2022年,宁德时代已经连续6年问鼎全球动力电池装机量榜首。其中,2022年,宁德时代装机量高达191.6GWh,市占率为37%,而排名其后的LG新能源、比亚迪、松下分别为13.6%、13.6%和7.3%,相当于三大巨头的份额加起来还抵不过宁王一家。
这种一家独大的市场局面,为电池的供需矛盾埋了伏笔。2015年,不甘于受松下产能限制的特斯拉,通过投资三元锂电之父杰夫·戴恩的研究小组,拉开了车企自研电池的序幕。随后,特斯拉又相继收购了电池技术公司Maxwell以及电池设备公司Hibar,并在2020年推出自研的4680电池。
特斯拉的举措引发了部分车企跟进。其中,长城汽车于2018年将电池部门独立并改名为蜂巢能源,专注于动力电池及储能电池系统的研发、生产和销售,蔚来汽车则在2020年底发布100度电池包后,也开始投身150度半固态电池的研发。当时,这些在外界看来只是一些试探性的动作。
然而,从2021年开始爆发的电池荒,进一步催化了电池的供需矛盾,很多车企的一把手都需要亲自出面“抢电池”,甚至何小鹏曾被爆在宁德时代蹲守一星期。与此同时,不断攀升的电池价格也让所有车企有苦难言,广汽集团董事长曾庆洪更是在公开场合吐槽,“我们是在给宁德时代打工。”
与之相对的则是,从电池起家的比亚迪,由于自身具备电池供应能力,逐渐迎来业务爆发期,尤其是在车企普遍遭受疫情冲击的2022年,比亚迪更是吃尽垂直整合的供应链红利,全年汽车销量达到186.85万辆,同比增长212.82%,并且还一举超越特斯拉,成为全球新能源汽车销量冠军。
更重要的是,在车企普遍遭遇成本压力的情况下,比亚迪的盈利能力也是一枝独秀。根据财报显示,从2022年Q1到Q4,比亚迪的净利润从8.08亿元攀升至73.11亿元,全年净利润达到166.22亿元,相当于一次性实现了过去5年的利润总和,利润增速也高达446%,在业界可谓遥遥领先。
此外,一直模仿比亚迪走垂直整合路线的零跑汽车也开始崭露头角。2022年,零跑汽车全年销量为11.12万辆,同比增长154%,对应的总营收为123.85亿元,同比增长295%。2023年初,为了进一步抢占市场份额,零跑汽车打着豪华平权的口号将旗下中型SUV C11的价格杀到14.98万。
“我们一款中型SUV为什么能卖14.98万,说白了就是靠电池等在内的全域自研能力”,零跑汽车电池产品线副总裁宋忆宁表示,毋庸说零跑有高达7成的零部件自研率,仅是自创的C2C电池车身一体化就可以大幅降低成本,“C11这个价格放出来,别人要学也我们,至少也要一两年时间。”
对于电池带来的技术降本空间,特斯拉曾给出了一组更直观的对比数据:由于4680电池的单体容量相较于2170电池提升5倍,所以对应的每度电投资成本减少7%、总成本减少14%,而通过4680的CTC一体化技术及整车的一体化压铸工艺,还可以减少370个零部件、并给整车减重10%。
强烈的对比之下,更多的车企开始加速自研步伐。其中,2022年5月,蔚来在前期自研技术的基础上,宣布投资2.18 亿元在上海建设电芯研究实验室和试制线,同年10月,蔚来再度以20亿的注册资本在安徽成立蔚来电池科技(安徽)有限公司,主要从事电池制造、电池销售等方面的工作。
对此,李斌也公开算了一笔账:电池占整车成本近40%,如果以20%的毛利率来算,蔚来如果自己造电池,就能多出约8个点的毛利。车企在外采电池的情况下,一般整车毛利在10个点左右,如果蔚来自研电池和芯片的话,毛利率整体能提升大约10个点,相当于整车毛利率能达到20%左右。
根据电厂不完全统计,2022年,除了蔚来之外,上汽、广汽、吉利、大众、宝马等多个车企的电池项目也都在集中动工。其中,吉利从2019年3月开始,在国内陆续投资了12个电池项目,累计投资规模超过1300亿,而2022年落地的鹰潭、桐庐、盐城、衢州4个项目,约占总投资的31%。
一场轰轰烈烈的自研大潮由此蔓延开来。期间,电池巨头也曾试图修复与巩固与车企的合作关系。2023年年初,宁德时代就推出了一个“锂矿返利”计划,即:未来3年,倘若车企将80%的订单给到宁德时代,宁德时代会将50%的碳酸锂原料按每吨20万元的价格结算,剩余再按照市价计算。
对此,车企对此却并不感冒。宋忆宁告诉电厂,这种条款实际意义不大。一方面,车企对电池降价预期要比上述条款设定的20万元更为乐观。另一方面,宁德时代在上述条件之外还有一些隐形条款,比如,在3年的合作过程中,车企还是需要先按市价打款,后续结算后才会返还差价。
这对于很多车企来说无法缓解现金流压力。他强调,零跑还是希望能在电池上占据主导,“除了电芯以外,我们的电池全部都是自己做,所以我们把电芯也标准化了,相当于尺寸、型号、容量都定了,随时去4、5家供应商里面挑,我们来占主导,所以我们这两年用宁德时代的电池越来越少。”
从自研到自供,车企离电池自由还有多远?
问题是,车企自研电池也并不是一条坦途,最典型的代表可能就是特斯拉。
从2020年推出自研的4680电池以来,特斯拉在量产阶段就遭遇了各种问题。这款电池最大的特点是采用了无极耳技术,可以缩短电子流通路径,减小电池内阻与产热量,带来更高的输出功率与更好的快充性能,但这也带来了生产工艺上的挑战,比如激光焊环节不易控制,良品率一直上不去。
2022年年初,在经历了一年半的摸索之后,特斯拉4680电芯产量首次突破100万枚,随后,特斯拉宣布在得州和柏林两座新工厂开设4680电池生产线,规划产能分别为100Gwh、50Gwh,而同年8月,首款搭载4680电池的车型Model Y也在美国官网重新上线,一切看上去正逐渐走上正轨。
可好景不长,从2022年8月开始,4680版Model Y迄今为止两度上线、又两度从特斯拉官网消失。对此,外界普遍猜测有两个,一个是由于实际路测效果不佳,特斯拉正准备升级现有的4680电池,二是4680电池产量有限,特斯拉要将产能优先供给 Cybertruck,后者已于近期正式启动交付。
不过,从最新的消息来看,最大难点还是4680电池的量产问题。据外媒爆料,由于在生产4680电池阴极材料时,所使用的干涂层技术尚无法达到规模化量产要求,当前,特斯拉的4680电芯产能仅够支撑每年2.4万辆Cybertruck的交付,而马斯克也曾强调这款车的产能要到2025年才能爬到25万辆。
事实上,遭遇量产难题的不止特斯拉一个。近期,蔚来已经路测的150固态电池也面临较大的爬坡压力。根据李斌介绍,这款电池已经做完了验证与实测,市场预期被拉得很高,但每个电芯都要做CT检测,所以整体成本很高,生产也有较大难度,如今产量并不高,大规模交付还要再等一段时间。
“电池是一个技术门槛很高的行业”,宋忆宁表示,自研电池的确能够带来很大的降本空间,但车企并不一定都需要亲自下场造电芯。“我一直认为电池里面有两个东西比较难,一个是电芯,一个是芯片,这两个东西很奇怪,只有能用和不能用两种状态,哪怕做得再好看,不能用的话价值就归零。”
当前市面上排名前10的电池厂商,尤其是中国厂商都投入了很多年,磷酸铁锂技术普遍比较成熟,而难度更大的三元锂电技术,除了宁德时代,现在中创新航等厂商也做得不错,车企有足够的选择空间。宋忆宁认为,“这么多厂商都做这么好,车企没有必要再出来单干,能把资源整合好就不错了。”
对此,张翔也持同样的态度。他告诉电厂,电池的制造门槛也很高,车企自己下场的话,将会占用宝贵的发展资金,车企应该将更多精力放在电池的集成上面。根据中金公司的研报显示,即便不考虑研发及人员投入,单是锂电设备的成本就在2亿元/GWh左右,并且这些设备的换代周期也只有3-5年。
此外,根据麦肯锡估算,只有在汽车生产规模达到50万辆以上,或者电池生产规模达到15GWh以上,车企自产电芯才可能具备成本优势。这意味着,在这样一个门槛高、投入大、周期长的行业中,与龙头拼效率是一件很有风险的事情,尤其是考虑到电池技术的进化也存在很大的不确定性。
由于面临较大的资金压力,原计划自造电芯的蔚来已经被迫放弃了这条路。近期,李斌在采访中坦言,长期来看,车企研发电池可以改善毛利,但短期的确很难,车企需要不断平衡投入产出比,“电池是一个重资产的事情,从材料到电芯、整包、BMS,我们会自己做研发,但是让别人来制造。”
当然,还有很多车企仍在坚持,比如,广汽埃安、极氪等等。根据安聪慧介绍,极氪自研的金砖电池在生产效率上能提升40%以上,每度电成本较同等三元锂下降14.8%,但他也承认,如果将电池等在内的补能网络放在一起独立核算,这块业务至今还是亏损的。其中,衢州极电工厂投资就超百亿。
从投资承受力以及销量规模来看,当前能撑得起自建电池厂的可能就是比亚迪、特斯拉及广汽埃安。2023年,三者的年度销量分布为300万辆、180万辆、48万辆。其中,埃安的因湃电池工厂近期也正式投产,最高单线产能为6GWh,但对于总体规模和具体的量产时间,埃安方面仍然三缄其口。
可以预见的是,即便是特斯拉、埃安这样的巨头,车企距离真正的电池自由还有很长的路要走。