10亿榜样 | 「中创新航」装机量达行业第三,2030年规划产能达1TWh

张麟 ·2022-01-18 09:00
电池厂商的竞争开始“刺刀见红”

2021年已经结束,作为世界上最大的汽车市场,去年我国的新能源汽车市场及与之配套的动力电池市场数据依旧亮眼。

相关数据显示,去年9月,中国市场动力电池装机量约为15.86GWh,同比增长141.2%;去年1-9月装机量约为95.26GWh,同比增长178.8%。

从动力电池企业来看,宁德时代比亚迪、中创新航(原中航锂电,于去年11月份战略发布会上正式更名)等头部玩家今年动作频频,建厂、投产、扩产能忙的不亦乐乎

目前宁德时代仍以绝对的市场份额稳坐国内动力电池企业头把交椅,中创新航则是行业里的一匹“黑马”。

2021年10月中国市场装机量TOP10(单位:MWh)

中创新航(原中航锂电)成立于2007年,是国内最早一批从事新能源电池研发生产的企业,它的前身是天空能源(洛阳)有限公司,由中航工业旗下的中国空空导弹研究院孵化成立。到了2009年8月,中航工业与中国空空导弹研究院重新组建了公司,并更名为中航锂电(洛阳)有限公司。

此后,中航锂电便开始主要研发客车领域的磷酸铁锂电池,在未来的近10年内保持着高速增长。直到2017年,由于市场环境和政策方针的影响,中航锂电的业绩开始下滑,且速度惊人。

掉队—改变业务方向—急速增长,目前中创新航已经成为国内动力电池装机量排名前三的企业。而中创新航的发展过程也是国内新能源汽车、动力电池行业的直观体现。

“高光”和“掉队”

2017年,新能源商用车迎来了最后的高光时刻,但中航创新却掉队了。

这一年,中航锂电在主要业务线上受挫,磷酸铁锂电池和新能源客车市场遇冷。

由于政府出台了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》,改变补贴政策,提出了到2020年,锂离子动力电池单体比能量〉300Wh/kg的关键性能指标及时间节点,能量密度更高的三元锂电池开始收到市场和企业追捧。这对以磷酸铁锂电池主要业务的中航锂电十分不利。

在此之前,我国还对公交车等商业用车制定了监管方面的措施,例如行驶累计里程达3万公里才可获得补贴。而商用车,同样是中航锂电的主要市场。

我们将时间线拨回到2007年,彼时我国新能源汽车行业还处于萌芽阶段。尽管在2001年我国就启动了电动汽车重大专项计划,但直到2007年11月1日,我国正式实施了《新能源汽车生产准入管理规则》,对新能源汽车进行了定义,新能源汽车市场才真正开始迎来发展。

从时间点上来看,当时的中创新航拥有了很好的市场先发优势。再加上2010年成飞集成入主中创新航,中创新航获得高速发展,到2015年,搭载中创新航的车辆产品公告就突破了几十款。

当时中创新航的主要产品为磷酸铁锂电池,搭载车辆主要以新能源客车为主。

中创新航相关负责人介绍,在三元锂电池的研发方面,当时国内和国外存在一定的技术差距,同时由于新能源汽车产业政策引导,并没有对动力电池的能量密度做出要求,因此国内大部分汽车厂商及新能源电池研发企业均以磷酸铁锂电池作为主要市场。

但市场需求和政策导向始终在变化。

2012年前后,政府相关部门已经开始将电池能量密度纳入到新能源汽车补贴范畴中,并在逐年减少补贴份额。同时新能源乘用车市场开始发力,2013年,北京率先对新能源汽车的牌照给予优惠且不受限行管制,高额的补贴、免购置税等一系列推动措施,使得消费者购买新能源汽车的意愿大大增加。

中创新航相关负责人表示,此时包括中创新航在内的很多企业开始了能量密度更高的三元锂电池的研发;到2015年左右,中创新航的三元锂电池也已经完成了一定程度的乘用车装机量,但从整体的业务结构上来说,当时中创新航的主要业务仍集中在新能源客车市场。

此后,由于新能源乘用车市场的蓬勃发展,以及此前曝光的“新能源骗补”案例,政府相关部门开始对动力电池能量密度进行更加精细化的分级,并制定了相关补贴政策。搭载磷酸铁锂电池的新能源客车市场被迅速压缩。

根据节能网数据,2016年和2017年新能源客车的动力电池装机量为16.6GWh和14.3GWh,分别占动力电池装机总量的57.7%和39.3%。

2017年新能源乘用车动力电池装机量占比为37.6%,和新能源客车装机量基本持平,此后乘用车市场持续发力,市场占比不断提升,客车市场和商用车市场很难再望其项背。

而中航锂电也在2017年掉队了。由于收到补贴政策冲击和市场需求变革,中航锂电动力电池装机量一路下滑,在2017年跌出了行业前十。

如何起死回生?

中创新航相关负责人将2017年的公司状态称为“打盹儿”。

早在2015年甚至更早的时间,中创新航就已经看到了新能源乘用车市场的潜力和趋势,但由于公司具有央企背景,人事关系和决策机制复杂,即使敏锐地嗅到了市场风向,也几乎不可能迅速完成生产变革。

在中航锂电业务急剧下滑的第二年,2018年,中航锂电进行了资产重组和巨大的人事调整,成飞集成董事长石晓卿不再担任中航锂电(江苏)公司法人代表,由刘静瑜接任。

上台后,这位曾担任过中航工业旗下天马微电子股份有限公司董事、总经理的新领导者对中创新航的改革可谓大刀阔斧,明确了暂停商用车业务,瞄准乘用车市场研发三元锂电池的方向。

明确任务方向是容易的,但摆在中创新航面前的另一大问题是如何实施这项新的战略决策。

从市场产品上来看,当时以宁德时代为主的新能源电池企业几乎都在研发高镍路线的三元锂电池。而高镍路线的动力电池对能量密度的提升也是最为直观的。

例如宁德时代将811电池作为战略主攻,自2019年年初宣布量产以来,以240WH/kg的单体能量密度收获了广汽、吉利、小鹏、威马等一种拥趸,连宝马旗下首款纯电SUV--iX3也搭载了宁德时代提供的NCM811电池,市场上甚至出现了“走高端必用811”的声音。

而此时中创新航正处在业务调整期,面向乘用车市场的产品选择极为重要。中创新航相关负责人对36氪说:“三元电池我们一直都是高镍和高电压两个方向同布在开发。当时我们也在考虑技术路线的选择,高镍技术当时在我们看来并不是非常成熟,还有很多问题需要时间解决。而且如果我们也和大家一样去推6系或8系的高镍电池产品,很可能无法快速形成市场竞争力。我们必须拿出一款差异化的新产品,能够更好的解决当时市场面临的痛点问题,同时让客户看到市场上还有别的甚至更好的解决方案。”

这个新产品就是5系中镍高电压三元锂电池。

高镍动力电池虽然能量密度大,但对加工工艺要求十分苛刻,同时有着更差的热稳定性和循环性能。换句话来说,高镍电池更有可能发生热失控和自燃。

而高电压技术则是指通过提升三元正极充电上限电压来提升材料的脱嵌锂能力,从而实现电池能量密度的大幅提升。利用了高电压技术的5系中镍动力电池的热稳定性比8系高镍动力电池要好得多。

但高电压动力电池本身也有技术难点,例如由于要耐受更高的电压,三元材料自身体相结构和界面保护需要做到精细化设计以对抗高电压下的结构劣化和界面副反应。

中创新航相关负责人表示“在正极材料配比不变的情况下,提升电压将会带来全方位的挑战。”

在这些方面,中创新航在动力电池材料层面开发了体相原子层级均匀掺杂技术、界面靶向多元素协同包覆技术及高效钝化电解液添加剂设计技术等,可有效抑制电池在充放电过程中引起的内部结构相变,同时显著提升了高电压化学体系高温寿命和能量输出能力。

通过精准定位,中创新航从根本上解决了高电压三元化学体系的行业难题,实现了高能量、高安全、强动力和长寿命的兼顾,并成功的将上述核心技术推向产品。

2018年底,中创新航第一代高电压产品成功搭载长安、吉利、小康等主力车型。

从2018年中创新航的装机情况来看,其波动非常大,上半年甚至出现了两个月装机量为零的情况,但下半年装机量猛增。相关业内人士表示,这是中航锂电战略调整的结果,中创新航2018年下半年将主要的几条产线进行改造,全力生产面向乘用车推出的一款拳头产品。

真正让中创新航抓住机会的可能是广汽起火事件。

自2019年下半年起,搭载了宁德时代NCM811动力电池的广汽新能源AionS发生了多起自燃事故,尽管没有直接证据表明宁德时代的电池有关,但坊间传言还是将矛头指向了8系动力电池。

据了解事后双方的责任划分和赔偿过程进行的相当不顺利,此时中创新航的5系中镍高电压电池已经经过了一年的市场验证,产品性能出色,安全性更好且成本更优,这些因素促使中创新航成为了广汽第一大供应商。

2019年底,随着第二代高电压产品推出,中创新航三元产品力进一步提升,在各主力客户的渗透率大幅增加,在长安、广汽等战略客户实现全系配套。

至此,中创新航的战略转型初步成功,乘用车业务成为公司主营业务,深度绑定头部乘用车企业,产品实现差异化领先。随着江苏二期产线的投产,从2020年二季度开始,装机量排名步入国内前三。

目前,中创新航5系高电压产品能量密度达260Wh/kg,并实现高安全不起火、长寿命不衰减、全气候适应性,且兼具成本优势。

同时,为了进一步提升高电压产品的能量密度,中创新航目前已经完成了下一代6系高电压技术的开发,在安全性能进一步提升的前提下,电池能量密度达到280Wh/kg。

而从市场角度来看,5系中镍高电压电池也正在获得市场青睐。今年上海车展上,几何汽车全新改款车型几何A Pro正式上市,首次搭载了镍55新型NCM523电池,能量密度达183Wh/kg。除此之外,极氪001搭载最大100kWh的电池包,也采用了NCM523高电压技术,能量密度可达250Wh/kg。

中镍高电压电池在安全性、单位成本和制造工艺要求上相较于高镍系列电池有着不可比拟的优势,在加上其能量密度不断通过技术手段获得提升,也难怪其有了“后来居上”的态势。

超前设计-One-Stop Bettery(意指Better-battery)

动力电池需要从结构上进行创新,用更小的空间、更简化的工艺、更少的零部件来实现更高的安全性和更高的能量密度。

新能源汽车对电池能量密度的需求长期存在。高能量密度、高效率制造技术、长寿命技术、低内阻是动力电池发展方向。为此,行业各家都做了不少努力。例如比亚迪研发出了著名的刀片电池、LG去年对外宣布开发NCMA(镍钴锰铝)四元锂电池等等。

而在去年9月17日,2021世界新能源汽车大会上,中创新航正式对外公布了面向“TWh时代”的新产品——One-Stop Bettery。

中创新航One-Stop Bettery宣传图

One-Stop Bettery是中创新航交出的一个答卷。

One-Stop Bettery开发了众多原创技术,包括超薄壳壁,多维壳体成型,多功能复合封装、一体桥接电连接,高剪切外绝缘,原位无尘装配集成等技术,这些技术不仅可以有效提升产品的能量密度,同时还有着提升电池生产品控方面的考量。

动力电池生产流程十分复杂,工序包括制浆、涂布、极耳制造、卷绕或叠片、注液、化成、模组成型等等,而这势必会带来相当大的质量管控难度。

当大量的检测手段和品控理念都已经完成部署后,中创新航开始利用第一性原理思考动力电池的生产过程。即如果复杂的加工工艺使产品产生不可避免的缺陷,那是否应该简化工艺?

从已有的公开资料来看,中创新航One-Stop Bettery动力电池有着极高的集成度,并且利用结构设计简化了原有的壳体和盖板构件,也减少了传统方形电池的装配过程。

而且从中创新航披露的视频及One-Stop Bettery造型上来看,其不同于传统方形电池在电池窄面有着突出的极耳,One-Stop Bettery的极柱采用了模块化设计,位于电池宽面且十分平滑,很可能是与电外池壳一体成形制造的。

中创新航相关负责人表示,多维壳体成形、复合封装、原位无尘装配这些技术手段的运用可极大减少电芯的抓取、转移环节,减少产线异物的出现和转移损伤对电池品控的影响。

同样值得一提的是中创新航的One-Stop Bettery电池外壳厚度仅为0.2mm,如果在进行CTP方案时这款外壳依然能够提供足够的结构强度,那么One-Stop Bettery将成为市面上外壳厚度最薄的动力电池。

这么做有什么好处吗?

One-Stop Bettery使电池结构重量降低了40%,零部件数量减少了25%,生产效率提升了100%,这对于中创新航来说可以使其从产品端提升产能,并形成更强大的市场竞争力。

同时在车辆端,高集成度的电芯设计拥有了极大的空间利用率和可拓展性,One-Stop Bettery可通过灵活的尺寸设计和生产调整适应几乎所有电动汽车底盘。

中创新航One-Stop Bettery宣传图

中创新航相关负责人表示“One-Stop Bettery兼具了软包电池形态的高能量密度,同时又规避了软包电池在封口强度低、容易漏液和抗冲击性等方面的先天缺陷。同时由于软包电池成组的复杂性,其单体能量密度优势会在pack层级大大减弱,而One-Stop Bettery则完全不会出现这种问题。”

目前中创新航公布了两个One-Stop Bettery方案,分别是磷酸铁锂电池系统:电芯能量密度为200Wh/kg,电池系统能量密度为160Wh/kg,成组效率为80%,续航里程700km;以及三元锂电池系统:电芯能量密度为300Wh/kg,电池系统能量密度为240Wh/kg,成组效率为80%,续航里程1000km。

当然,对于这样的创新,业内也有一些质疑。

首先,可以预见One-Stop Bettery的工艺要求将提高,其带来的成本提升必须由简化工序和零部件覆盖,即使制造技术得到了保障企业也必须核算一笔经济账。

同时,目前市场上已经有多家企业也开始了除圆柱、方形、软包之外的第四类形态动力电池的研发,且不约而同地发展除了“长条”状电池,以及虽然没有取消模组,但通过消除侧板,把模组做长的技术路线。例如比亚迪的刀片电池、特斯拉及蜂巢能源的L6新型电池模组等。

从电池结构我们可以看到,中创新航One-Stop Bettery在模组设计和电池pack方面和现有“长条”状电池基本相同,但电芯设计和可以想象的生产工艺仍有很大不同,例如中创新航会在One-Stop Bettery上采用原位复合叠片技术,这相当于直接在外壳中进行电池叠片。

目前这种技术并没有在其他厂家的动力电池产品中出现过,中创新航的原创性非常高,但技术成熟度需要通过真正的量产来验证。

此外,在One-Stop Bettery的宣传视频中还显示其将采用柔性泄压技术,这是由于取消了传统盖板,中创新航将必须重新考虑电芯级别的泄压防爆问题,这种技术也是再比亚迪刀片电池,或蜂巢能源L6上面看不到的。

至于如何泄压,以及中创新航此前提到的One-Stop Bettery封装技术,目前都没有更加详细的资料和解读,想要搞清楚这些问题看来只能等到产品上市,买来拆开研究了。

锂离子电池的天花板

谈中创新航的未来,必须要回归动力电池技术本身。

即使动力电池已经有了蓬勃的发展,但仍有诸多问题没有得到根本上的解决。

例如无法进行真正意义上的快速充电、续航里程焦虑、寒冷天气下对电池性能的影响,以及以贵金属为主要正极材料的电池配方能否持续发展等。

因此,市面上有两种不同的路径与声音。

一类是将上述问题归结于电化学和材料学体制,因此开始将目光转向新的电池技术和体系,包括但不限于固态电池、钠离子电池甚至石墨烯电池。

例如去年7月29日,宁德时代通过一场线上发布会,发布了自己的第一代钠离子电池,电芯单体能量密度达到了160Wh/kg。从后续的相关报道中可以看到,此款钠离子电池将于锂离子电池混搭,以应对寒冷天气下电动汽车的续航挑战。

另一类是将目光聚焦于锂离子电池的性能挖掘上。中创新航就是代表之一。

以电池成组率为例,目前大部分的动力电池体积成组率在60%左右,中创新航的One-Stop Bettery计划成组率将达到70%以上。这意味着动力电池内部还有大量空间没有被充分利用。而中创新航提出的目标实在现有锂离子电池技术框架上,将电池单体能量密度推到可量产的400Wh/kg以上。

而要实现这样的目标,除了要开发能量密度更高的化学材料,还要依靠更巧妙的设计、集成度更高的结构。中创新航相关负责人对36氪说:“化学材料的技术升级对动力电池能量密度以及性能的提升是功不可没的。化学材料的迭代升级往往需要更长的时间,应用到电池上可靠性验证的时间也更长。就电池能量密度而言,无论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池,过去几年各个厂商的新产品能量密度不断提高,其主要依靠的不是更加先进的‘材料配方’,而是产品构型,以及支撑这些新结构的制造能力。”

例如近年来,动力电池的电池壳体越做越薄,从最初1.2mm,到0.8mm、0.5mm,还有集流体、隔膜的厚度也越来越轻薄,其对电池能量密度的提升效果是巨大的。

资本和企业试水新材料电池的另一大原因是,在材料端,锂矿去年太贵了。截至2021年11月15日,电池级碳酸锂的价格为19.5万元/吨,而在三个月前,还不到9.5万元/吨。年初至今,碳酸锂的涨幅已经超过230%。

除了新能源汽车,3C产业也是碳酸锂的需求大户,因此大量新能源电池上游企业开始布局海外锂矿,再加上有宁德时代这样的企业推出钠离子电池站台,新材料电池的话题一时间甚嚣尘上。

中创新航相关负责人对36氪说:“行业里上游原材料大规模涨价不是第一次了,在2015年、2016年左右,碳酸锂的价格就一路狂飙,最高涨到了17万元/吨,但最终也回归了平稳。

本轮动力电池原材料上涨与电动乘用车市场需求猛增有关,但随着主要产业链企业不断扩产,以及后期产能逐渐释放,市场供需紧张状态将得到缓解。”

但在未来可以预见的一段时间,锂离子电池仍会是新能源汽车和动力电池企业最好的选择。 而长期来看,新材料和新结构两条电池路线之争仍将存在。

竞争还在继续

规模效应,是这个行业的潜规则之一。

由于动力电池行业有显著规模经济特点,一家动力电池制造商只有具备一定生产规模,才能更稳固的获取上游资源,并通过规模摊薄生产成本、提高毛利率。头部企业甚至可以通过绝对的市场份额,以及通过雄厚的资金实力收购原材料供应商把控上游企业和下游客户。

此前传出的宁德时代对车企实施“有钱才发货”原则,以及与车企签署协议,收取保证金等情况,都可以看出来车企作为动力电池的买家基本不具备议价能力。而今年出现的“电池荒”更加剧了此类情况,某储能系统从业者表示“对于中小企业来说,你有钱都不一定买得到宁德时代的电池。”

规模效应带来的另一现象是:车企与动力电池制造商的关系被绑定的更为紧密。

一款动力电池需要大量的装机和长期的市场验证才能证明其产品性能,而产品性能一旦被证明,就会树立品牌,使电池厂商获得车企认可,进而促进更深度的合作。

同时,动力电池作为电动汽车的心脏,价值和成本决定了其需要电池厂商长时间、稳定地供货。一家车企和一个动力电池厂商一旦建立某款车型的定点供应关系,一般在该款车型的全生命周期里不会再更换供应商,客户粘度极大。

从这几个角度我们可以清晰地看到中创新航与宁德时代间的冲击,以及其自身面临的威胁。

首先,中创新航从2018年的715.8MWh装机量,在短短三年时间内完成了重生,2021年1-10月中创新航的装机量已经达到6.42GWh,在国内动力电池企业装机量中占比6%,排名第三位。

同时,中创新航已经设立了常州、洛阳、厦门、成都、武汉、合肥六大产业基地,并在今年9月份完成了120亿的股权融资,规划了到2025年公司产能超过500GWh,2030年预计产能达1TWh的战略目标。

今年8月,中创新航在合肥新建年产能50 GWh的动力电池及储能电池产业基地的消息,已经被外界解读为在和宁德时代“抢地盘”,这并不是空穴来风,以中创新航目前的市场表现,扩大产能将直接带来更多的配套汽车厂商。

而合肥被称为新能源汽车之都,目前已经相继布局了50多个新能源汽车重大项目,今年11月甚至有过“特斯拉第二工厂落户合肥”的传言,中创新航落址合肥的战略意义不言而喻。

除了中创新航大规模扩产,宁德时代与中创新航高度重合的市场定位和业务范围也加剧了彼此的竞争。

由于目前装机量排名第二的比亚迪的大部分电池产品仍主要供给自家车型,即使刀片电池已经开始对市场放开,但动力电池毕竟是电动汽车的核心零部件,再加上车型竞争,其他车企大范围接受比亚迪的电池仍需时间。

这样一来,宁德时代的直接威胁就来到了中创新航身上。

宁德时代和中创新航目前都拥有磷酸铁锂和三元锂电池的产品线,只不过先后顺序不同。宁德时代是先研发三元锂电池,后推出了磷酸铁锂电池,而中创新航正相反。

近期也传出了由于小鹏汽车创始人何小鹏计划将中创新航引入电池供应商,导致其与宁德时代创始人曾毓群发生激烈争吵的话题,也侧面证实了中航锂电正在蚕食宁德时代的客户。事实上与小鹏汽车合作之前,中创新航已经取代宁德时代成为广汽新能源车的第一供应商。

但说中创新航已经能与宁德时代分庭抗礼还为时过早。从市场份额上来看,宁德时代目前仍以超过50%的市场份额稳居行业第一,中创新航目前的市场份额仍较小,短期内仍将保持追赶的态势。

同时由于动力电池头部厂商的竞争加剧,中创新航现在的市场地位也并非稳固。

首先,由于我国新能源汽车市场的持续火爆,松下、LG等日韩动力电池厂商正在开始加快重返中国市场的节奏,这将会给国内的动力电池行业竞争带来更多的不确定性。

其次,国内其他一、二线动力电池厂商也在通过各种战略布局扩大自己的市场份额,例如比亚迪与丰田合作探讨动力电池的开发、大众中国入股国轩高科成为第一大股东;比亚迪、欣旺达都在今年12月宣布建设年产能30GWh的动力电池项目等。

同时从去年1-10月各国内动力电池厂商装机量数据来看,国轩高科装机量为6142.09MWh,和中创新航的6397.36MWh相差仅仅250MWh左右。在磷酸铁锂电池重回大众视野、备受关注的当下,国轩高科的业务也可能迎来新的增长点。

动力电池行业目前还是一个增量市场,且基本不会发生重大变局,但由于技术门槛高、前期投资大,中小型企业很难获得较大的市场空间,随着时间的推移,动力电池行业的马太效应可能会愈加严重,强者愈强、弱者愈弱。

这会造成行业头部玩家的竞争日趋激烈,且随着技术迭代、产品升级、产能释放等企业的后续市场表现,以及官司、客户易主等消息、传闻,这样激烈的竞争或将持续下去,并牵动每一个从业者的神经。

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