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中汽中心李平:新能源汽车动力电池市场及技术趋势

【李平:中国汽车技术研究中心技术经理】尊敬的行业同仁大家早上好!我是来自中国汽车技术研究中心技术中心的李平,感谢主办方的邀请,跟大家介绍一下产业发展的情况,以及我们对于这块领域的研究进展。

我汇报的题目是新能源汽车动力电池市场及技术趋势研究,我汇报三个部分:一是我在跟大家介绍一下整车的情况;二是动力电池的发展现状以及趋势的研究;三是先进动力电池解析方面跟大家做一下系统的汇报。

第一,新能源汽车产业总体发展情况,我将从政策环境和市场表现情况跟大家进行介绍,2009年作为新能源汽车发展的元年,2015年是导入期,2016年到2020年我们认为是市场的发展期,这两个不同的时间阶段,新能源汽车产业发展的特点也是不太一样,对于这两个不同的时期,从国家部委也是制订了不一样的政策。总结起来,在市场导入期,政策偏培育和引导,对于市场发展期,政策的特点更倾向于规范和管理,更多细致的东西不多展开。

通常我们认为整个汽车产业发展的轨迹是由最初的政策引导型到中间的政策、市场双驱动型乃至最终的市场主导过程逐渐的演变,随着时间的推移我们分为四个阶段,这四个阶段也是暗含了国家对于新能源汽车产业管理的思路。首先是在第一阶段,也就是说从现在到2020年这段时间,应该说是政策主导为主,这个时间段的特点是,我们的补贴政策是逐渐减弱的作用。第二阶段和第三阶段也是暗含了我们在下一阶段,也就是中长期整个新能源汽车产业推动是靠双积分政策拉动。第四阶段是市场主导完全电动化和替代燃油车比较符合,时间阶段是按照这样的轨迹执行。

对于国家政策未来几年的趋势,首先在生产段双积分政策肯定是重中之重,也会影响比较大的指标,对积分的要求也逐渐加严,对生产端另外一个特点,投资建厂逐渐放宽,国外的产品可以放宽进入国内市场,对于国内的市场竞争会更加加剧。补贴方面,2018年占40%,2019年、2020年补贴政策也会一年一调整,并且退坡的力度加大,对产品技术的要求在不断提高。免征车辆购置税2017年底结束以后,明确2018年到2020年这段时间补贴政策还会继续延续,这是国家层面市场趋势的情况。

对于使用端,我们主要看一下从消费者层面,影响消费者选择新能源汽车的特点,我们做了这样的调研分析,在充电站和电池充电费的优惠、充电时间、免限行、免限购我们做了这样的调研。上面列的几项是消费者对于这块比较在意、比较关心的点,未来我们的地方政策也会从这个层面制定和出台相应的政策,进行推广和示范。

新能源汽车整体市场发展方面,我列举了2009年开始到现在新能源汽车保有量的情况。2017年我们国家的产量也是突破了80万辆,截止到现在一共生产新能源汽车181万辆的数据。我们基本上分为四大类车型,区分补贴政策和免税政策,98%以上的车型产品都是能够拿到补贴和能够享有免税的优惠,98%都是按照技术要求生产的,产业受政策驱动影响还是非常大的

对于使用,是个人使用、单位购买还是出租租赁?乘用车出租购买的比例在加大,2017年新能源乘用车私人购买的比例占到61%,我们通过数据看了一下消费者的分布区域情况,车卖到哪些地方?罗列了私人购买的乘用车、消费区域的分布,排名前七的省市里有五个标圈的是限行限购的城市,新能源乘用车没有达到和传统乘用车媲美的阶段,促使消费者购买新能源乘用车是因为在有些区域没法购买、没法上牌。

下一阶段补贴退坡以后,我们推动新能源汽车在部分地方的使用,对于限行限购有比较大的促进作用。我们对比了历年新能源汽车产销量的情况,基本上2018年上半年,产销量相对于2017年上半年的数据是有较大幅度的增长,分别增长了109%和180%,造成这样一项大幅度增长的原因,也是2018年补贴政策到6月12号有补贴过渡期,也就是说在6月12号之后执行新的补贴政策,因此在这段时间内企业集中清库存的情况比较明显,前几个月的月度产销量可以看出来,1月到4月市场表现是产量高于销量,5、6月销量超过产量,企业清库存在这两个月爆发式的体现出来。

对于不同车辆类型区分的话,我们也看了一下乘用车、客车和专用车几种类型车辆的市场份额占比,2015年到2018年车型的产量走势来看,乘用车的数量还是占据主导的地位,我们对比2018年上半年的客车数据和2017年上半年的客车数据,客车这块是有较大幅度的降低,专用车也是有较大幅度的降低。

这个现象的原因也是因为新的补贴政策对于客车和专用车补贴金额和技术指标调整的幅度比较大,对于市场的冲击也表现得特别明显。

我们看一下新能源汽车乘用车企业市场格局的分布,分别罗列了2017年和2018年新能源汽车乘用车企业排名的情况,这是排名前十的企业份额,比亚迪和北汽是做得比较高,销量比较强势的企业。我们也看一下2018年上半年新能源汽车销售在各区域的分布情况,我们也罗列的排名前十的销量区域省份,广东、山东、浙江、河南都是销量大省,颜色比较深的区划,要么分布在沿海区域,要么分布在市场和经济稍微较发达的区域,这块是做得比较好的地域。

我们也是关注了进口车辆的群体,进口车辆在2012年、2013年基本上没有市场份额,或是市场份额极低,2014年到2016年基本上维持在5%到10%左右的市场份额,包括2017年也是这样的特点。我们也是看了一下2018年上半年的市场份额,这块进口车的市场份额是有不小的提升,主要原因也是我们投资股比这项政策逐渐在放开,有更多的进口车辆可以进入到国内的市场,与国内自主企业共同分割国内市场这块大的蛋糕,未来在高端新能源汽车这块的竞争可能会日趋激烈,因为进口的车辆主要是高端车型为主。

对于乘用车市场这块,我们按照车型的级别来区分,现在对于纯电动乘用车小型化的趋势还是比较明显,市场份额的占比也能看得出来,基本上在A级车以下,灰色、红色、橙色达到90%左右,小型化的趋势比较突出。造成这样的原因首先是在生产端,小型的纯电动乘用车技术简单、电池容量比较小,同时生产和制造的成本较低,对于消费者来说,定位的准确,就是用在路线比较固定的通勤需求,价格也是相对比较优惠,为广大消费者比较接受。

对于基础设施我们统计去年年底的数据,基本上全国累计建桩,根据我们的统计数据是63万,尤其是在2017年全年相较之前有较大的提升,2017年是建了很多的充电桩,现在全国的车桩比应该是达到的2.85%,这个现象比以前缓解了很多。

我们对于未来几年新能源汽车发展市场做了研究,我们和美国的国家实验室做的,新能源汽车市场趋势做了分析,我们预测到2020年,新能源汽车的产销量是可以突破200万辆,可以达到国家规划的要求,新能源汽车占整体汽车市场的份额大概达到8.2%左右,当然这是预测的数据仅供参考。

第二,动力电池市场现状和未来趋势。

现在比较确定的是国家补贴政策,未来几年是一年一调整,政策的扶持力度逐渐减弱,对于产品的技术要求不断提升,我们从以前的普惠型政策逐渐向择优扶强的方向转变,近两年也是按照这样的原则进行贯彻和实施,对于新能源汽车的产品要求在不断加严,新能源汽车的核心技术要求我们做了一些罗列,对于消费者肯定比较关心续航里程、安全性和使用经济性、成本等因素。对于行业管理者来说,可能会关心电池的回收利用特性和一些低能耗的特性。其实把这些指标进行分解,主要对应的是整车和动力电池两大块,我们后面介绍的主题和动力电池相关,我这里只罗列和动力电池相关的几项技术特性,在这里也是引用欧阳明高院士的讲话,零部件和核心技术方面动力电池依然是关键,整车技术方面,能耗是目前要集中解决的问题。

对于动力电池市场表现情况来看,我们也是分析装载在新能源汽车动力电池的配套数据,2018年上半年动力电池的配套量达到15.48GWh,相对于2017年的上半年增长的比例还是比较大的,增长幅度达到174%。造成快速增长的原因是受新能源汽车市场在上半年量比较大的因素拉动。2018年上半年平均每月装配的量是2.58GWh,2017年是3.04GWh,2017年计算的是全年数据2018年计算的是上半年的数据,新能源汽车市场表现下半年会远远好于上半年,有年底冲量和年底翘尾的现象,2018年下半年动力电池的市场还有很大的空间可以提升。

我们也是统计的整个行业的总体产能,预计在180GWh,对照现在动力电池的配套电量,产能利用率是非常低的,多数企业没有达到饱和的状态。更多的是供大于求的状态,对于高质量的动力电池电芯,市场还是非常紧俏的

对应到企业的竞争格局来看,我们罗列了2016年、2017年、2018年上半年整个动力电池生产企业的市场份额对比的情况。可以看到在2016年之前,应该说比亚迪在动力电池领域的市场份额一直遥遥领先,2017年的时候是宁德时代CATL有快速的上量,包括2018年上半年也是宁德时代CATL份额相对多一些。使基本上宁德时代CATL和比亚迪是动力电池市场第一梯队的主要成员,第二成员比如说力神、国轩,是第一梯队的表现数据相对于第二梯队高很多,第二梯队的市场是严重受到第一梯队的市场冲击。对比2017年、2018年的数据我们发现一些企业的变化,比如说沃特玛的企业,由于资金链的问题,2018年上半年跌出前十,2018年上半年表现比较好的孚能和亿纬锂能表现比较好。

值得关注的是对比2017年和2018年上半年,蓝色色块的圆柱型电池降低,沃特玛配套的圆柱形的电池,这款电池基本停产,对于整个市场的表现也是有较大的冲击。方型的动力电池2017年的市场份额是63%,2018年提升77%,这些市场份额的提升也有一部分是挤占圆柱形的市场份额。

按照使用的材料区分技术路线,目前国内主要计算路线是三元和磷酸铁锂为主,它的市场份额一般在50%或是50%以上,到了2018年这种现象得到了改变。三元动力电池的市场份额超过了50%,三元动力电池在市场上解禁的信号,乘用车和专用车上应用的普及程度是比较高的,我们也可以看到,在补贴政策里对于动力电池能量密度项要求不断的加严,三元电池有望突破和实现较高能量密度的技术路线,未来也是一种主流的方向。

我们把新能源汽车的车辆类似进行分类,客车上搭载的动力电池配套的份额一直是占据行业的主体,是有较大的提升。2018年上半年也是有了改变,前面也提到2018年上半年的时候,客车的产量有较大幅度的下滑,也是政策的原因,造成这样的原因也是引导了2018年上半年动力电池配套在乘用车上的市场份额有较大的提升,2018年上半年乘用车这块应该占比达到了58%,对于客车和专用车比例下滑得比较明显。

纯电动动力电池市场份额远远高于插电式,这几年这块没有太大的波动,一直表现比较稳定。对于细分领域的车型来看,纯电动乘用车和插电式乘用车的占比增幅是比较明显,这也是和新能源汽车整车市场表现相关。

动力电池能量密度这项指标对于动力电池影响比较大的,通常我们用这个指标衡量电池表现好坏的主要说词。对于这块我们也是测算了在2017年、2018年前面发布的推荐目录,动力电池的平均能量密度,基本上在第一批的时候推荐目录里有90%产品的动力电池能量密度是低于120Wh/kg,第二批是50%的产品是高于120Wh/kg,在政策的驱动和影响下,行业里装载的动力电池能量密度确实是有了不俗的提升。

我们测算了2017年、2018年动力电池平均的能量密度散点所示,2017年行业的平均能量密度是在120%到130%,最高值是150%出头,第四、五、六批是抬高了,行业最高水平是在165Wh/kg的水平,即使是这样水平的提升,距离我们国家制定的到2020年260Wh/kg的目标值还是有非常大的差距。

对比国内外电池技术路线应用的特点,国内对于动力电池来说,主要是三元和磷酸铁锂这两条技术路线。国外三元用得比较多,还有一些锰酸锂,国内还是方形电池占比比较大,国外软包和圆柱电池为主,对应到具体的车型来看,国内在纯电动乘用车上方形、圆柱、软包三足鼎立的局面,今年圆柱这块的市场份额有一些降低,方形和软包有市场份额提升的表现,插电式混合动力主要用的是软包和方形,圆柱的市场份额极低,究其原因,不利于圆柱电池摆放进去。

不同动力电池在企业的应用情况,我们列举了三条技术路线的动力电池,国内和国外企业各选择一个典型的企业看一下它的产品表现情况。圆柱形的动力电池,顾名思义,外形是圆柱形的,主要的特点是生产的一致性较高,缺点是能量密度提升的空间非常有限。国外的松下一直是做圆柱形的动力电池,并且技术路线、工艺比较成熟、做得比较早,松下也是成为特斯拉主要的动力电池供应商,除此之外与大众、福特都有一些合作。松下电池装载在Model3中21700电池能量密度达到340Wh/Kg。目前在比克是已经进入到第四代3.0安时的开发,已经装车的动力电车能量密度是可以达到232Wh/Kg,后续还会突出300Wh/Kg的产品。

方形电池而言,单体的容量会非常大,这是它的优点。缺点是生产的一致性较差,宁德时代CATL、比亚迪、国轩高科都使用方形电池,以宁德时代CATL举例,宁德时代CATL现在主要是采取磷酸铁锂和三元并行的方式生产方形电池,2017年配套的方形电池是超过了10款,短期内会尝试改性正极材料,中期会更换负极材料和固态的电解质,会专注新型的动力电池,长期专注于锂空气等新体系电池。

软包电池而言,空间使用比较灵活,单体的能量密度做得比较高,缺点是机械安全性比较差,软包电池的第一梯队还是日韩企业,比如说LG、AESC和雪佛兰、日产合作。以LG为例,主要通过811提高镍含量提高钴含量,国内孚能和万向为例,能量密度可以达到240 Wh/kg,寿命是2000次,未来还会推高285 Wh/kg的产品。

动力电池的发展趋势,过多规格和过多尺寸的动力电池不利于市场的集中和生产动力电池企业的生产制造,加大成本不利于统一。国标的引领下,动力电池用动力蓄电池的规格尺寸的推动引领下,未来动力电池标准化应该是有望在一定时间内实现,动力电池的生产体系,我们是做了这样的研究和判断。动力电池的路线和国家生产新能源汽车的技术路线是比较温和的,2001年到2015年,三个五年有不同的产品特点。2010年以后三元用得比较多,在国家新能源汽车的引领下,力神和宁德时代CATL开发的高镍三元动力电池单体可以实现300Wh/Kg的技术水平。中长期我们判断动力电池的生产体系,一条技术路线是高比能量的富锂锰极。

第三,我们在做的工作,先进动力电池对标解析的工作,我们现在会购入一些国内外比较先进的新能源汽车车辆,从车辆上做一些解析、拆借工作,整车拆借出独立完整的电池包,针对于这些电池包做一些测试和记录信息,最终形成逆向的分析报告,分析的纬度包括单体的电化学性能的测试和结构设计的分析以及材料的分析,同时也会做一些仿真的研究工作,每款电池是需要两到三个月时间分析并且形成最终的逆向解析的报告。

以上是我汇报的报告,页数比较多,我讲得比较仓促,大家有问题我们可以会后交流。谢谢大家。

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轨迹
中汽研李平新能源汽车动力电池技术趋势

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