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18650鋰離子電池技術及深圳創(chuàng)明電池案例研究

   2014-01-20 鋰電世界佚名0
核心提示:中國電池網(wǎng) 在2013年在中國(宜春)鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇(ABEC2013),組委會邀請了世界500強之一的江森自控(JCI)、全球最大的水電公司加拿大魁北克水電(Hydro Québec)、中國營收最高的鋰離子電池企業(yè)東莞新能源(ATL)、

在2013年在中國(宜春)鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇(ABEC2013),組委會邀請了世界500強之一的江森自控(JCI)、全球最大的水電公司加拿大魁北克水電(Hydro Québec)、中國營收最高的鋰離子電池企業(yè)東莞新能源(ATL)、中國產(chǎn)銷量最大的鋰離子電池企業(yè)天津力神(Lishen)、深圳創(chuàng)明(CHAM)等以及中科院物理所黃學杰研究員、北京大學其魯教授、法國國家科研中心Alain Mauger教授等赴會演講。本次論壇這些鋰離子電池企業(yè)關于其在應用技術開發(fā)方面的介紹不多,這有些遺憾,只能希望以后的ABEC論壇逐步增加這方面內(nèi)容。下面我們有選擇地對其中一些內(nèi)容進行小結(jié)(本章節(jié)重點分析18650鋰電池和深圳市創(chuàng)明電池技術有限公司案例)。

深圳市創(chuàng)明電池技術有限公司(CHAM,官網(wǎng)www.cham.com.cn)是本次ABEC2013宜春論壇的移動電源禮品主贊助商之一,該公司在論壇上的演講報告題目是《18650電池特性及應用》,較為全面地介紹了這個代表性圓柱型鋰離子電池產(chǎn)品同時也是銷量最大的單一型號的鋰離子電池產(chǎn)品的發(fā)展狀況。該報告的相關內(nèi)容可以結(jié)合前面歐洲Avicenne的產(chǎn)業(yè)研究一起來看,二者的數(shù)據(jù)有些不同。

公開資料顯示,在中科院物理所陳立泉院士的支持下,深圳創(chuàng)明于2003年03月成立,目前營收約5億元,主營18650電池業(yè)務。該公司于2004年開始小批量生產(chǎn)18650電芯,自稱是中國首家量產(chǎn)2.6Ah和2.8Ah的18650電芯的企業(yè)(分別于2009年和2011年實現(xiàn)量產(chǎn)),現(xiàn)在已介入移動電源產(chǎn)品制造領域,創(chuàng)造的“Powerocks”(寶格石)已成為中國移動電源領域的知名品牌。

(1)18650電池特性及產(chǎn)銷總況

在各種型號的鋰離子電池產(chǎn)品出貨量中,18650電池是占比最多的,也是迄今為止價格最便宜的。由于18650電池具有規(guī)定的尺寸(直徑18mm×長65mm)和龐大的需求量,因此其生產(chǎn)設備的自動化程度也在各類鋰離子電池產(chǎn)品中是最高的,產(chǎn)品的一致性也最好,安全性最可靠。不過,具有將近10年生產(chǎn)經(jīng)驗的深圳創(chuàng)明認為,18650電池做出產(chǎn)品容易,但要做好卻很難。該公司認為,做好18650電池需要優(yōu)質(zhì)的原材料、合理的結(jié)構(gòu)設計以及有效的制程管控等。

通過前面對歐洲Avicenne演講報告的介紹知道,鋰離子電池產(chǎn)品主要有圓柱型、方型和聚合物3大類,其中圓柱型產(chǎn)品主要有18650、16650、26650等多種型號,其中18650型電池的出貨量最大,遠超其他圓柱型電池總出貨量之和。

是深圳創(chuàng)明演講報告中給出的數(shù)據(jù),這與歐洲Avicenne的數(shù)據(jù)有些不同,真鋰研究尚不清楚這些數(shù)據(jù)的最終出處。圖11上顯示,2013年全球鋰離子電池出貨量42.45億只,其中聚合物電池11.86億只,占比27.94%;方型電池16.50億只,占比38.87%;圓柱型電池14.09億只,占比33.19%。

上是2008年~2012年全球10大鋰離子電池企業(yè)的18650電池的產(chǎn)能、產(chǎn)量和出貨量情況,從中可以看到,前10強的18650電池總產(chǎn)能約9.5億只,但產(chǎn)量約為7億只,產(chǎn)能利用率不到75%。中國電池雜志-鋰電世界戰(zhàn)略合作機構(gòu)——真鋰研究預計這種狀況未來幾年之內(nèi)也難以改變。

前10強的出貨量總和不到5.5億只,與產(chǎn)量有較大差距,這表示企業(yè)的庫存較大,而且自2008年以來基本上都是如此,近兩年還有加大的趨勢。中國電池雜志-鋰電世界戰(zhàn)略合作機構(gòu)——真鋰研究認為,18650電池的市場這幾年來一直面臨著轉(zhuǎn)型的壓力,特別是在最大的應用領域——筆記本電腦市場,使用聚合物電池或16650電池的超極本正在規(guī)模化取代使用18650電池的傳統(tǒng)筆記本電腦。

龐大的18650電池產(chǎn)能何去何從,是所有18650電池企業(yè)都需要認真面對的一個問題。

在各種18650電池中,出貨量最大的是2.2Ah的產(chǎn)品,自2009年以來一直占據(jù)榜首位置,2009年2季度出貨量首次超過1億只/季,2010年1季度首次超過1.5億只/季,在高峰的2011年2季度和3季度,接近2億只/季。從年份來看,2009年2.2Ah產(chǎn)品出貨量約3.6億只,2010年飆升到6.3億只,2011年突破7億只,2012年略有下降,約6.65億只左右。2012年2.2Ah產(chǎn)品在所有18650電池總出貨量中占比約40%。

出貨量緊隨其后的是1.5Ah以下產(chǎn)品和2.6Ah產(chǎn)品,占比在15%~18%之間。總體來看,≥2.6Ah的18650產(chǎn)品的出貨量占全部18650電池出貨量的40%左右。從產(chǎn)品技術含量來看,由于體積固定,因此大致可以認為容量越高的產(chǎn)品,技術含量越高,產(chǎn)品的利潤也就相應地更高。三星SDI的2.2Ah18650電池產(chǎn)品雖然出貨量很大,但2012年1.4美元/只的價格基上賺不到錢,其18650電池的利潤主要來自≥2.6Ah的產(chǎn)品。松下目前給特斯拉供應的18650電池產(chǎn)品就是3.1Ah的,技術含量最高。中國企業(yè)的18650電池產(chǎn)品主要集中在利潤很低的2.2Ah及以下容量的產(chǎn)品,能生產(chǎn)2.6Ah產(chǎn)品的企業(yè)很少。從這個角度看,中國企業(yè)的18650電池產(chǎn)品基本上集中在中低端市場。

提到松下,我們都知道,它給特斯拉提供的18650電池產(chǎn)品使用的正極材料是鎳鈷鋁酸鋰(NCA)。目前絕大多數(shù)18650電池產(chǎn)品用的都是含鈷的正極材料(鈷酸鋰(LCO)和鎳鈷錳酸鋰(NCM))而非磷酸鐵鋰(LFP),只有索尼(Sony)等極少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)LFP18650電池。深圳創(chuàng)明認為這主要有以下兩方面原因:①鈷系材料分解溫度高,即使是小顆粒的LCO的分解溫度也遠遠高于18650可承受的噴火溫度,而最安全的LFP材料依然安全事故問題頻發(fā),因為其制程缺陷造成18650電池內(nèi)部的硬傷是安全事故發(fā)生的根源;②電解液和正負極材料的雜質(zhì)發(fā)生副反應是電池性能劣化的微觀原因。

基于此,深圳創(chuàng)明認為18650電池正極材料的發(fā)展方向是高鈷→低鈷、高電壓,其中NCM的用量會越來越大。今后18650電池使用的的正極材料的組合主要有:①NCM(111、442、523、622等);②NCA;③NCM+LCO;④NCM+LMnFe等。對于18650電芯制造而言,主要考慮的是材料的穩(wěn)定性,要求材料的批次差異盡可能小。

(2)中國18650電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況

深圳創(chuàng)明認為,中國18650型鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大致經(jīng)歷了五個階段:①第一階段:中國企業(yè)大約從2000年開始涉足18650電池制造,從1.8Ah產(chǎn)品開始,主要應用市場是移動DVD領域。在這個階段,18650電池還是一個相對神秘的產(chǎn)品,只要能做出來便可以賺錢。②第二階段:大約從2005年開始,在國外領先企業(yè)的帶動下,國內(nèi)企業(yè)開始生產(chǎn)可在電動工具領域用18650電池以替代鎳鎘電池,產(chǎn)品以側(cè)重功率的1.3Ah的18650電池產(chǎn)品為主(此時電動工具用代表性18650電池產(chǎn)品是索尼1.1Ah產(chǎn)品)。

③第三階段是2007年~2009年,對電池一致性要求較高、同時利潤也較高的筆記本電腦用18650電池市場吸引了越來越多中國企業(yè)關注的目光,中國企業(yè)開始陸續(xù)進入筆記本電池二級市場,主要生產(chǎn)2.0Ah~2.2Ah的鈷酸鋰系18650電池。④第四階段是2009年~2011年,這個時期國內(nèi)18650電池產(chǎn)能開始了瘋狂擴張的時期,導致產(chǎn)能嚴重過剩,成本壓力不斷加大。此時18650電池制造所需的正極材料開始由鈷酸鋰(LCO)向NCM三元材料傾斜。

在第四階段,因筆記本電腦市場呈現(xiàn)出飽和的趨勢,僅靠替代鎳鎘電池的增量市場根本容納不了迅速擴張的產(chǎn)能,加上全球性的金融危機,國內(nèi)一些企業(yè)不得不放棄18650電池,這個階段倒閉的18650電池企業(yè)不少,能夠堅持下來的,開始進入了中國18650電池發(fā)展的第五個階段(2011年至今)。第五階段的標志性事件是移動電源市場的突然崛起,在移動電源市場需求的拉動下,18650電池市場火爆異常,而且該市場技術門檻比較低,市場秩序亦無規(guī)范可言,企業(yè)只要做出電池產(chǎn)品就可以找到銷路。

對于中國18650型鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的狀況,深圳創(chuàng)明總結(jié)了以下幾點:①不健康的產(chǎn)業(yè)鏈(材料→電芯→Pack)使得所有從業(yè)者都很艱難;②技術開發(fā)人員的產(chǎn)品開發(fā)意識存在問題,不是做更好的產(chǎn)品,而是做更低價的產(chǎn)品,直接導致產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入比拼價格的泥潭;③蒙上新能源神秘面紗的鋰離子電池相關產(chǎn)品(材料、電池)吸引了大量資本和企業(yè)的關注及介入,競爭空前激烈;④通過擴大規(guī)模以降低成本的“量大為王”的理論一直主導著中國18650電池產(chǎn)業(yè),造成產(chǎn)品長期供過于求;⑤能和三星SDI等抗衡的品牌和質(zhì)量的產(chǎn)品一直沒有出現(xiàn),產(chǎn)能擴張大多為低水平的重復建設。中國18650電池的發(fā)展進入了一個死循環(huán)。在這種狀況下,生存下來并取得發(fā)展的企業(yè)很少,深圳創(chuàng)明和江西福斯特可謂兩種不同發(fā)展路線的代表性企業(yè)。深圳創(chuàng)明在艱難前行時敏銳地發(fā)現(xiàn)并把握住了移動電源這個新興市場,及時地介入下游移動電源制造領域,把企業(yè)的發(fā)展帶上了一個新高度。目前,深圳創(chuàng)明的移動電源產(chǎn)品并不是完全使用自身制造的18650電芯,對于一些高端的移動電源產(chǎn)品,他們還是會采購三星SDI等企業(yè)生產(chǎn)的品質(zhì)表現(xiàn)最好的18650電芯。

深圳創(chuàng)明沒有走比拼價格的道路,而是通過介入下游移動電源制造、打造移動電源品牌的方式保證企業(yè)獲得盡可能高的利潤。江西福斯特則致力于走比拼價格的道路,該公司在困難的生存環(huán)境中做出的決策是:每只18650電芯只賺0.3元錢,在此基礎上盡可能保證電芯的品質(zhì)。依靠此策略,福斯特的18650電芯產(chǎn)品一直保持著一定的性價比優(yōu)勢,所以也在不斷發(fā)展壯大。在電芯價格不斷下降的今天,這條路要走好也不容易。當傳出三星SDI的2.2Ah18650電芯單價要降到1美元的情況下,福斯特表示他們也可以繼續(xù)跟進降價,而且0.3元/只的利潤水平不會下降。

演講中深圳創(chuàng)明提出了一個值得思考的課題:如何用中國的方式做好18650電池?他們從以下四個方面給出了答案:①從產(chǎn)品路線來看,高容量和高功率是18650電芯制造的兩條基本不變的發(fā)展路線,選擇好路線之后剩下的就是做好電池的一致性。②材料:NCM系材料是中國現(xiàn)有技術條件下最適合的正極材料,負極材料方面高容量人造石墨是首選,電解液要求滲透性好的同時輔之以過充添加劑,隔膜要強調(diào)閉孔溫度與韌度,蓋帽的CID要保證可靠性(CID要在內(nèi)壓下自動斷開,特別是在過充條件下)。③電池的結(jié)構(gòu)設計方面,要注意氣室空間、填充比、電極孔隙率等問題。④設備方面中國需要大幅度提高設備制造能力,目前中國的相關設備并不省人省心,與18650電池高效率的自動化要求存在矛盾。

作為中國“老牌”的18650電池企業(yè),深圳創(chuàng)明也談到了他們對于做18650電池的幾點體會,這也值得我們思考。①不要想著做更便宜的18650電池,而要想著做性能更好的和有差異化的18650電池;②企業(yè)之間在戰(zhàn)略層面的合作要遠遠好于無底線的競爭;③從業(yè)技術人員的開放度低,相對比較保守,難以接納新東西;④要增強行業(yè)的透明度,不要關起門來做;⑤要比客戶更清楚他到底需要什么樣的18650電池;⑥要讓供應商知道你到底需要什么,并能解答為什么需要這樣。深圳創(chuàng)明認為,18650電池的制造已經(jīng)不是某個技術人員的一個點子、某個策劃所能解決的,而是整個產(chǎn)業(yè)鏈緊密深入配合完成的系統(tǒng)工程。

(3)中國18650電池的主要市場

中國企業(yè)的18650電池產(chǎn)品沒有形成主流應用,在筆記本電腦這個最大的18650電池市場以及電動工具這個第二大市場所占的份額都還很小。圖13上是全球18650型鋰離子電池的主要市場構(gòu)成情況,從圖中可以看到,筆記本電腦(NBPC)市場需求量占到整個18650電池總需求量的一半以上(最高峰的時候占到了2/3左右),由于超極本的出現(xiàn),筆記本電腦對18650電池的需求狀況正在呈現(xiàn)下降態(tài)勢:2013年筆記本電腦市場對18650電池的需求量約7.4億只,較2012年約10.3億只的需求量有較大幅度地下降。

目前電動工具用鋰離子電池全部使用的幾乎都是18650電池。從圖13下可以看到,電動工具市場的主要客戶有德國的博世(Bosch)、麥太保(Metabo)、AEG、喜利得(Hilti),美國的百得(B&D)、米沃奇(Milwaukee),日本的牧田(Makita)、日立(Hitachi)、松下(Panasonic)、利優(yōu)比(Ryobi)以及香港泉峰(Chervon)等,向電動工具市場供應18650電池的鋰離子電池企業(yè)主要有三星SDI、LG化學(LGC)、松下、索尼(Sony)、日立萬勝(Maxell)、東莞新能源(ATL)、比克(BAK)、比亞迪(BYD)、天津力神(Lishen)、A123系統(tǒng)等。

目前尚不清楚圖13下是哪個產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)在什么時候提供的數(shù)據(jù)。從這張圖來看,在電動工具用18650電池市場,三星SDI是最大的供貨商,其次是松下、索尼和LG化學,中國的四大鋰離子電池企業(yè)(ATL、比克、比亞迪和力神)的供貨還很少,且基本上集中在Others領域(上述主要客戶之外的其他客戶)。2011年~2013年全球電動工具市場對18650電池的需求都在2.7~2.9億只的范圍內(nèi),其中中國企業(yè)的總供貨量約0.4億只,占比不到15%。

深圳創(chuàng)明認為,中國18650電池產(chǎn)品主要應用在以下幾個領域:①移動電源市場;②筆記本電腦二級市場及部分原裝筆記本電腦市場;③電動工具市場;④移動電子設備市場;⑤醫(yī)療器械市場;⑥以電動自行車為代表的輕型電動車市場。該公司認為,電動自行車市場將會是中國18650電池未來首選的市場。他們的理由有:①18650電池最經(jīng)濟;②易于自動化大規(guī)模生產(chǎn);③電池模塊的組裝易于實現(xiàn)自動化;④圓柱鋼殼的耐循環(huán)膨脹及使用過程的機械沖擊保證了電池的安全性;⑤18650電池緊密排列的空間利用率高,而且是線接觸,散熱好;⑥18650卷芯是完全的中心對稱,以徑向均勻放電。

深圳創(chuàng)明是從電池的性能和價格等角度判斷電動自行車將會發(fā)展成為18650電池的一個最主要的應用市場,該公司演講報告中列出的18650電池放電與組合性能表現(xiàn)圖、18650電池溫度特性與存儲表現(xiàn)圖見下圖14。同時,該公司還認為18650電池將會在電動汽車領域取得好成績。中國電池雜志-鋰電世界戰(zhàn)略合作機構(gòu)——真鋰研究在之前的分析中已經(jīng)提到,在18650電池的產(chǎn)能明顯大于需求量、最大的筆記本電腦市場超極本在取代傳統(tǒng)筆記本電腦的現(xiàn)實下,18650電池必須要找到新的主導應用市場才可以延續(xù)它的生命力。而18650電池便宜且性能表現(xiàn)穩(wěn)定等特點決定,在鋰離子電池取代鉛酸電池的這些市場,18650型鋰離子電池將會大展宏圖。而特斯拉在電動汽車領域取得的成功,也在極大地刺激中國企業(yè)將18650電池用于電動自行車、電動三輪車等目前主要使用鉛酸電池的市場。

當然,在這些新興市場,中國18650電池企業(yè)也將面臨著三星SDI等國際巨頭的強有力競爭。這些國際巨頭擁有龐大的18650電池產(chǎn)能,它們也必須要為這些產(chǎn)能找到新的應用市場。三星SDI宣布將在2014年將2.2Ah的18650電池價格降到1美元/只,中國電池雜志-鋰電世界戰(zhàn)略合作機構(gòu)——真鋰研究認為,它的目的就是要與中國企業(yè)在電動自行車、移動電源等市場展開競爭。因此,中國18650電池產(chǎn)業(yè)的未來雖然較為光明,但路途絕不平坦。

 
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