全球汽车产业已经呈现出非常清晰的趋势,越来越多的车企加速下场自研、自产电池

 

全球新能源汽车市场渗透率的高歌猛进,一方面给予车企拥抱电动化的信心与动力;但另一方面,受制于当前对核心部件——动力电池在供给、价格和技术等方面的掌控能力,车企被迫开始与其供应商展开战略角力。

 

在汽车产业百年发展中,车企似乎还未曾面临过像当下一样的局面,因为某一类供应商而感到如此的焦虑不安。

 

前不久,比亚迪汽车高调宣布全面停产燃油车,进一步激发了车企的普遍担忧:如果全面电动化已如历史车轮一般快速驶来、不可避免,电池是不是一颗必须摘取的明珠?

 

01、全球车企的新战略:自研自产、掌控电池

 

在3月22日德国柏林工厂的开工仪式上,美国特斯拉公司CEO马斯克预计,电池将在2-3年内成为阻碍特斯拉发展的“限制因素”。对于如何缓解电池“焦虑”,马斯克早就给出了特斯拉的解决方案,通过自研及自产,部署作为核心环节-动力电池的“主动权”。

 

面向长期,特斯拉年电池产能(含储能)需求将超过1000GWh,马斯克的思路是采用自产和外部供应商两种方式实现。

 

1月初,特斯拉位于加利福尼亚州弗里蒙特的试点工厂生产出了第100万块4680电池,按照规划,首批搭载4680电池的Model Y车型将于3月底开始交付。

 

由特斯拉首创的4680电池的规模化量产,意味着其在自研自产电池进程上又迈出关键一步,这让其已经完整掌握了包括材料体系、型号规格、工程制造等电池核心环节的自主权。

 

 

在电动化领域“破釜沉舟”的德国大众,同样也已经在电池自研自产的路上加速向前。

 

去年3月,大众在首届Power Day上,释放了包括Unified cell(标准电芯)、电池成本下降50%、CTC技术、材料创新、电池需求量等一系列电池规划的消息。

 

为保障电池供应,大众规划与合作伙伴携手在欧洲建设6座电池工厂。首座工厂与瑞典Northvolt合作,规划年产能 40GWh。同时,大众位于萨尔茨吉特的电池工厂将于2025年开始生产标准电芯,规划年产能也达到了40GWh。

 

 

大众动力电池长期规划:80% from self-owned or dependent cell maker,20% other suppliers

 

可以看出,大众的策略与特斯拉类似,一方面通过推出标准来掌控电池开发的主动权,另一方面则通过与合作伙伴共同建设电池工厂来保证供应链环节的稳定与可控。

 

将视野投向国内,同样能看到车企在自研电池进程上快马加鞭。

 

3月10日,广汽埃安自研动力电池试制线开建,该项目覆盖了从浆料制备到电池Pack完整的电池全流程生产工序以及材料研发、理化测试、电性能等实验室,预计2022年底正式投入运营。据悉,广汽埃安自研的海绵硅负极片电池等就将在此条试制线实现自主生产。

 

在广汽埃安背后,广汽集团已宣布在电池和电芯的自主研发上加大投入,其内部孵化出的巨湾技研,产业基地将在2023年全面建成投产,主要从事超级快充电芯、下一代新型储能器件及Pack集成系统的研发和生产。

 

全球汽车产业已经呈现出非常清晰的趋势,越来越多的车企加速下场自研、自产电池。这既包括特斯拉、大众、奔驰、宝马、通用这样的国际车企,也包括长城、吉利、广汽等国内车企。

 

 

02、电池供应荒、电车零利润:自研自产电池,车企长期最优战略

 

高工锂电认为,车企纷纷下场涉足电池研发及制造,背后的“不得已”与“主动性”因素在于:

 

一是从价值链层面来看,动力电池占据了电动汽车超过35%以上的成本,这要高于传统燃油车的动力系统占比。

 

与此同时,相对于传统燃油车,电动汽车最大的变化在于核心部件的成本和技术集成度大幅提升,这打破了传统Tier1、Tier2的供应体系结构,倒逼车企必须要跨链掌握包括动力电池、智能驾驶等环节的主动权。

 

二是从技术产品层面来看,动力电池与整车性能高度相关,车企要开发出更具竞争力的车型产品,并保持持续领先,就必须深度参与到电池的前期研发、规格定义以及标准主导中,只有开展车辆和电池协同设计,才能做到车型的精益开发,也只有这样,才能开发出更具差异化竞争力的车型产品,从而确保车企在电动化赛道市场角力中的竞争力。

 

高工锂电认为,无论是特斯拉主导的圆柱4680电池,还是大众主导的方形Unified cell、通用主导的Ultium Cells,某种意义上都是要抢占对于车用动力电池的标准主导权。从而既确保自身产品的差异化竞争力,同时也能抢占汽车价值链中的定义权和主导权。

 

三是从供给层面来看,电动汽车“电池荒”正在全球范围蔓延,车企想获得稳定可靠的电池供应,就必然要提升供应链的把控力与话语权。

 

根据GGII预测,全球动力电池的出货量将在2025年达到1TWh。而从目前供给侧的情况看,已有产能仍存较大缺口,使得市场供给一直处于卖方市场,车企在该领域短期还处于较为被动的角色。

 

在此背景下,车企除了强化外部供应商的多元化,自己涉足电池同样也是降低供应链风险的重要途径。

 

03、自研自产大愿景,电池研发新“鸿沟”

 

尽管已经意识到掌握电池环节主导权的重要性与紧迫性,但对于大部分国内外车企而言,要快速构建动力电池的研发能力,依然面临着不小的挑战。

 

与车企目前所处的机械机构和电气结构不同,电池作为能量转换器件其技术分属电化学领域,这意味着,现有整车厂具备的资源、经验以及研发体系,与设计制造电池所需的技术和人才结构并不匹配。

 

从电池领域目前的实际情况来看,动力电池研发体系的构建与能力搭建,需要长期积累,同时,电池制造属于重资产投入,对于车企而言,不仅仅在研发环节需要进行大量的投入,同时也要在制造、工艺等环节开展积累。按照现有的方式,无论是在人力、财力还是在时间的投入上都非常大,根本无法跟上电动化所需的节奏。

 

当前全球头部的动力电池企业,技术起步几乎都始于消费电池领域,时间积累长达10多年。在研发投入上,企业的研发人员数量接近万人,占员工总数近三分之一,每年研发费用最高的超过50亿元人民币。

 

在此背景下,通过复制传统电池企业的老思路和旧方法去组建电池研发能力,对于车企而言显然并不现实。

 

车企没有时间和机会像电池企业起步时从0到1一步步试错沉淀,也不可能立即组建上万人的电池研发团队。

 

对于这样的新进者而言,要想快速、高效、低成本的建立其自身的研发能力,补足电池环节短板,就必须导入更为前瞻且高效的跨越式技术来实现追赶。

 

04、抓住电池研发技术代际革新机遇,扩大“后发者”优势

 

导入先进工具、快速获得电芯企业在过去10年试错得到的技术经验,这是车企进入电池领域的一个重要的共识,也是大部分车企正在采用的具体技术路径。

 

车企涉足电池研发领域处于这样的技术发展大背景下:经过十几年的积累,电池研发目前正在从“实验试错”向仿真驱动的“正向设计”进行迭代,通过采用先进的仿真设计工具,实现电池研发效率的大幅跃升,已经是可以实现的事实。

 

在这一过程中涌现出的电池先进研发技术供应商,迎来了这一“电池研发技术代际革新”的历史机遇。

 

在3月27日召开的中国电动汽车百人会论坛动力电池分论坛上,清华大学车辆与运载学院李哲副教授发表了题为《动力电池的先进设计技术与研发模式变革》的主题演讲,其中明确提出电池研发技术分为三代,即:

 

目前仍占主流的第一代技术-实验试错,正在逐渐被广泛采纳的第二代技术-仿真驱动正向设计,以及已取得早期突破性进展的第三代技术-智能化全自动所取代。在未来的3-8年内,通过两代先进方法和技术的跃升,电池研发的效率有望被提升10-100倍。

 

 

这份报告击中了多家国内、外车企的现阶段迫切需求、产生了一系列重要反响。而一家电池设计技术与软件供应商易来科得的CEO陈新虹博士告诉高工锂电,从去年开始与该公司接触和开展合作的客户,很多都是整车企业或储能电站主机厂。一些车企已购买了电芯试制线或投资了小型电池厂,还有的在设立电池研发部门将近10年后终于下决心自研自产电芯。易来科得正在帮助这些企业快速具备自研自产电芯的核心能力,建立电动化长期战略下的核心技术锚点。

 

高工锂电了解到,作为一家具备自主知识产权的中国企业,易来科得的电池开发平台正在帮助车企实现电池的快速高效研发。

 

 

对于车企而言,在电池研发环节的诉求主要有三个,一是快速建立电池开发的完整流程,二是在近乎零基础的情况下建立电池研发的核心知识库并形成良性积累,三是如何用最优化的人才投入,建立起电池研发和创新的能力。

 

借助易来科得的仿真设计平台,车企可以通过已经固化下来的标准化研发流程,结合自身的差异化特点,快速建立先进的研发流程和体系。

 

易来科得的仿真平台,覆盖了电芯设计及开发的完整流程,从产品规划、指标输入及分解、需求梳理、快速计算,到物料衡算、性能仿真、试生产,再到方案定型、电芯认证、量产。基于此,可以快速帮助车企梳理和建立研发流程,实现新型号电池开发,持续积累核心知识并规范期间所涉及的管理规程。

 

 

要建立快速的研发能力,大前提是具备对于电池材料、工艺的积累,对于车企而言,仅靠自身摸索,不仅难度大,而且周期长。

 

易来科得的工具平台,就可以为车企提供完整的核心知识库,帮助车企在电池研发时掌握已有的成熟资源。标准化的热力学参数库、动力学参数库、老化参数库等,可以充分为电芯设计赋能,帮助车企快速有效建立电芯设计研发的能力。

 

与目前业界的其它工具不同,易来科得的电芯仿真工具平台具备高精度的电化学机理模型和专用求解器,可以精准地反应电池真实的物理化学状态,破解设计基因,准确预测电池性能。

 

借助易来科得的仿真设计工具,从正负极、电解液、隔膜等关键材料的配方选择、到工艺参数的选择与设定,都可以通过仿真进行虚拟验证和迭代,支持企业快速完成产品的开发。在研发周期上,能将原本8到36个月的研发周期大大缩短至几个月甚至几周。

 

与此同时,通过平台化+数字化的赋能,可以让车企在电池研发中打破传统电池的人海战术,更为可行的同时也大幅降低了整体投入。

 

高工了解到,多家国内车企正在与易来科得展开合作,采用这套数字化研发平台建立电池研发能力。

 

以吉利汽车和易来科得的合作为例,根据双方达成的协议,易来科得将向吉利汽车提供从具体型号设计到数字化平台建设的整体解决方案。该解决方案利用易来科得在“电池仿真正向设计”和“智能寻优”领域的核心技术,帮助整车企业在获得所需高性能电芯方案的同时,建立包括流程、系统和人才在内的自主研发能力。易来科得的数字化平台,不仅提供设计、电化学-热-寿命性能仿真、快充分析和装车性能等应用工具,还将为吉利汽车建设自有的材料、工艺、测试对比等知识库。

 

点击查看《深化电芯研发合作,保障整车电动战略,吉利汽车与易来科得启动合作》

 

另外,在全自动智能化设计的第三代技术上,易来科得也在前瞻行动。由易来科得发起的动力电池产业首次无人化、自动化、智能化大规模型号设计实验,正在挑战研发效率极限。包括蜂巢能源在内的多家企业,已经与易来科得达成了相关合作意向,面向下一代智能化技术展开新的探索。

 

结语

 

面向未来十年,对于车企而言,掌握动力电池技术环节的主动权异常关键,这将决定其在产业链中扮演怎样的角色。这意味着,寻求领先技术的企业,可通过数字化、智能化的平台来获得跨越式技术加持,助力其实现战略目标。

 

碳中和目标下,全球交通与能源领域正在发生着深刻的变革,动力电池是这场变革的中心,面向新的产业周期,车企在动力电池领域的布局还将继续加大,以易来科得为代表的中国科技企业,将依托自身的解决方案,赋能国内外车企构建其在核心部件领域的“主动权”。

 

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