走在前面的比亚迪电池/特斯拉电动技术估值

2014-08-30 18:30:25来源: OFweek 电子工程网

    动力电池争夺比亚迪ATL占尽先机 材料企业受苦

  新能源汽车,尤其是民用车销量井喷,给沉闷多年的动力电池行业带来了无限生机。面对新能源汽车元年的到来,动力电池行业又开始新一轮大扩产。

  销量井喷带来扩产潮

  中国汽车工业协会25日最新数据显示,1-7月,汽车产销同比分别增长9.48%和8.15%。 但是,新能源汽车却一支独秀。7月,新能源汽车生产5799辆,同比增长10倍。1-7月,新能源汽车产量累计同比增长280%。其中,纯电动乘用车产量同比增长近7倍,插电式混合动力乘用车产量同比增长近10倍。

  2010年开始,发展新能源汽车呼声不绝于耳,但是,市场尤其是私人用车市场迟迟不启动,使前期大肆扩产的动力电池企业同时承受着价格下跌、开工率仅三成的巨大压力。

  形势在今年突然扭转。2014年以来,中国新能源汽车发展迎来了诸多利好,购置补贴比例上升、免购置税、公务车采购……到了五六月份,新能源汽车销量突现井喷。“2014年将成为中国新能源汽车消费元年",已成为行业内共识。

  突然其来的回暖,新能源汽车产业链各环节产量迅速提升,比如电动汽车用动力电池产量增长明显,2014年上半年产量为8.04亿瓦时,超过2013年全年的3.6亿瓦时。

  同时,车企、动力电池企业迅速卷入扩产大潮。设备企业对此最为敏感。国际电池工业展参展商威驷贸易上海有限公司主要为锂电设备厂家提供配套零部件。该公司刘豪经理告诉记者,公司在二季度已经把三季度的订单接满了。

  高工锂电预计,今年下半年锂电设备需求将近20亿元,同比2013年7-12月份增长70.5%。

  少数企业占尽先机

  目前,锂电行业中,消费电子、动力电池和储能电池等领域锂电所占比例分别为87%、10%和3%。消费井喷的仅是动力电池。具有竞争力的动力电池仅比亚迪、ATL和力神等少数企业。

  此外,这一轮新能源汽车商机仅被少数细分领域龙头车企把持。业内人士介绍,新能源汽车销量井喷的主要集中在比亚迪、北汽、奇瑞、江淮四家企业,其中比亚迪尤为突出。

  据比亚迪董事长王传福介绍,比亚迪的新能源车上半年在国内市场份额达37%,其中插电式混合动力车市场占比超过60%。“上半年销量已经超过去年全年。”

  业内人士称,进入比亚迪新能源汽车供应链的动力电池企业受益,包括沧州明珠、贝瑞特、松芝股份等等。

    更多动力电池企业日子仍然不好过。资料显示,由于产能较大,竞争激烈,以及技术进步加快,今年上半年,锂电池正极材料的平均价格呈现微跌的态势;负极材料价格同比下降10%左右;隔膜价格下降20%;

  锂电分析师罗焕塔认为,未来动力电池行业会严重分化,中小型材料企业将会感到非常痛苦。2014年上半年,已经有一些企业倒闭。

  解读特斯拉技术与价值:锂电池篇 

  作者将从大家都关心的电动车的历史、特斯拉的故事、特斯拉的估值、锂电池和充电基础设施问题、环境和未来等几个角度详实地解读特斯拉的技术和商业价值。篇幅稍长,按章节摘成上下两篇。

  引言

  这是一家业务独一无二的公司,这又是一家生产最广泛用途产品的公司。这家公司诞生10年,烧掉超过10亿美金,历史上一直在大幅亏损,直至最近一个季度才开始微幅盈利,但这家公司的市值已经超过100亿美金。这并不是一家互联网公司,它就是以生产电动车为主营业务的特斯拉汽车公司。

  电动车的历史

  鲜为人知的是,电动车并非是一个新鲜事物,准确地说电动车诞生得甚至比内燃车还要早的多,历史上公认的第一台内燃车由德国工程师卡尔·奔驰1885年在曼海姆发明。而电动车诞生在1832年到1839年之间,当时由苏格兰人罗伯特·安德森发明了使用一次性电池的汽车。在1888年两者几乎同时进入商业化的进程,第一次电动和内燃汽车的战争开始了。

  19世纪90年代后期和20世纪初的这段时间里,尽管最高速度慢一些,但电动车由于具有无需换档,直接启动等很多先天性的优势,发展居于优势地位。1911年的纽约时报这样写道:“与燃油的内燃车相比,电动车无疑是更理想的交通工具,它既清洁又安静,关键的是还可以省不少钱。”

  在1912年,电动车卖$1750(大致相当于现在的42,000美元),而内燃车只需要不到一半650美元(今天大约$15000),但是当时汽油相当昂贵,总体拥有成本相差并不大。所以尽管电动车的价格较贵,电动汽车的销量还是在1912年达到顶峰,当年美国和欧洲电动车的保有量大约5万辆,占了整个汽车数量的40%,而内燃车只有不到22%左右的市场份额。(剩下的是蒸汽驱动的车辆)。到了20世纪20年代,随着遍布全球的石油大发现,汽油的价格很快降到大众可以负担得起的水平,新的道路,加油站等基础设施如雨后春笋般涌现。内燃车可以跑得更快更远的优点吸引了大众的注意,火花塞、消音器的发明也让内燃车驾乘变得更为简单舒适。电动车的全盛时期过去了,又过了十年,全世界的电动车产业事实上已经完全消失了。

  之后将近一个世纪的漫长岁月里,由于石油危机和污染问题,催生了一些电动车需求,但新的实用电动车产品依然是寥若晨星。值得一提的产品只有登月用到的月球车,剩下的商业化电动车对于续航能力不足和价格昂贵这两大痼疾也无计可施,没有一款有能力向内燃车的地位发起挑战。这一状况一直持续到20世纪90年代。

  经过一个世纪的发展,电动机相对于内燃发动机而言拥有了更大的比较优势,采用电动机驱动的汽车在同等功率下动力输出更加强劲,能源效率更高,可以说非常适合如今城市驾驶频繁起停的工况。另外电动车的结构简单,无需传统意义上的变速箱、传动系统、离合器,也不用机油,从而故障率低也大大降低了保养维修的成本。但是1990至今的复兴进程,虽然几乎每个汽车厂商都推出了一些电动车型号,可是从通用的EV1到日产的Leaf,至今没有一款车获得主流大众市场的认可,究其原因,是有两个因素拖了电动车发展的后腿:电池和充电基础设施。

    电池和充电基础设施的问题

  1912年流行的使用铅酸电池的电动车仅能行驶30-50公里,续航能力不足的缺陷现在有一个非常形象的专有名词叫做里程焦虑,事实上,内燃车也不可能完全避免里程焦虑,当你车里的油灯亮起,附近60公里又找不到加油站的情况下就可以体会到这种心理状态。但毕竟经历上百年的发展,加油的基础设施在多数地区已经相当完善了。

  电动车如何克服里程焦虑这个问题的答案其实是显而易见的:首先提升单次充电下汽车的续航能力,内燃车加满油箱可达里程通常在400-600公里之间,而现在销量最好的日产Leaf只有不到200公里的续航,超过300公里续航能力电动车凤毛麟角;其次加强充电站充电桩等基础设施建设,理论上讲充电的基础设施是最多的,但是不改造供电动车直接充电的实用价值并不大;最后缩短单次充电所需时间,内燃车单次加油算上排队时间一般也在15分钟以内,而现在电动车的充电进程动辄需要数小时。

  解决里程焦虑答案并不难寻找,不过怎样实现却是一个困扰了电动车发展一个世纪的难题,解决这个难题的核心毫无疑问在于电池的进步。

  我们的生活绝对离不开电池,从形形色色的电动玩具工具到汽车里面的12v蓄电池,从各种智能手机笔记本PAD到卫星国际空间站上的高密度蓄电池,电池的应用已经无处不在。尽管电池的应用已如此的广泛,但是电池发展的进度和个人电脑,互联网这些科技革新进化的速度相比却相形见拙。

  用作汽车的动力电池有两个核心的指标:一个是能量密度,另一个是使用寿命(包括循环和日历寿命)。如果电池的发展也存在类似芯片业摩尔定律这样规律的话,那么如钢铁侠的战衣,变形金刚的能量块这样许多科幻电影中的场景完全可以在现实生活中出现,不幸的是电池现在还是人类文明发展的一大制约。我们回顾下电池的历史就可以发现,从早期的铅酸电池到现在应用最广泛的锂离子电池,能量密度仅仅提高了7倍多。坏消息是电池的发展是百年来是如此缓慢,摩尔定律真的不存在。好消息是大部分发展我们是在1990年以后锂离子电池工艺突破(索尼公司率先克服枝晶难题)取得的。

解读特斯拉技术与价值:锂电池篇

  正如电容触摸屏技术出现后才有可能制造普及的智能手机一样。如果要达到类似内燃车的500公里续航的话,按照每千瓦时行驶5.5公里计算(EPA平均数据),电动车需要存储90千瓦时(度)的电量才能满足。采用整车2吨作为上限,其能量密度最少要达到200wh/kg以上的电池才能勉强符合电动车的要求,从上图可以看出,锂离子电池已经在2005年前后跨越了这一门槛,电动车终于在续航能力方面有了向内燃车正面挑战的资格。

  当然用作动力电池并非仅仅是能量密度提升这么简单,还涉及到使用寿命、安全性、性能、成本等重要参数。技术出现重要里程碑之后,各大汽车公司均投入了一定精力用于研究可用作电动车的动力电池。以下是几种常见的用做动力电池的锂化合物材料:

  锰酸锂(LiMn2O4):

解读特斯拉技术与价值:锂电池篇

  锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点,能量密度尚可,是比较理想的动力电池正极材料,但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。不过近年来通过表面包覆和掺杂结合的改性手段来提高锰酸锂的电化学性能,这方面的进步很快。目前已有雪佛兰Volt,日产Leaf采用这种电池技术路线。

  磷酸铁锂(LiFePO4):

解读特斯拉技术与价值:锂电池篇 

  磷酸铁锂主要的优点在于安全性良好、热稳定性不错、高放电功率、可快速充电且循环寿命长。不足之处主要是振实密度和比能都低从而体积较大重量偏沉,低温性能也较差,另外生产工艺也不太容易保持材料的一致性。目前使用这种技术路线有比亚迪的e6和菲斯克的Fisker Karma。

  镍钴铝锂(LiNiCoAlO2):

解读特斯拉技术与价值:锂电池篇

  镍钴铝锂也叫NCA,这种材料在能量密度、功率系数和使用寿命上可以说是理想的动力电池,不太讨人喜欢的主要是安全性和成本,但是用作小电池安全性的提升相当大,成本高主要是因为生产工艺要求比较高,在主流厂家稳定工艺量产后成本可以得到进一步控制。特斯拉的Model S正是通过和松下的合作,深度定制了这种电池。

  钛酸锂(Li4Ti5O12):

解读特斯拉技术与价值:锂电池篇

    钛酸锂是用作负极材料的,其低温性能和使用寿命都极佳,而且可以快速充放电,安全性也非常好。问题就是能量密度实在太低,成本也实在太高,所以比较适合增程式电动车,三菱的i-MiEV就采用了这种技术路线。

  需要强调的是汽车动力电池的安全性是一个系统工程,任何锂离子电池本身的安全性能只能提供一定程度保障,百万分之一(ppm)爆喷率都远远不够汽车级的安全要求,因此电动车设计时就要防止出现热失控、刺穿、短路等意外。整体安全性设计的概念非常重要也并非容易做到,以上的车型没有出现过着火事故的只有日产的Leaf和特斯拉的Model S,尽管两者都不是应用了标榜安全的正极材料,但都采用了严格的办法来保证安全性,所以目前验证反而是最安全的。

  另外值得一提的是动力电池还有一条技术路线燃料电池,燃料电池虽然不存在能量密度的问题,但是需要使用贵金属做催化剂使得成本很难控制从而不具经济实用性。另外一方面加氢这种基础设施建设的成本和难度更甚于一般的充电站或是加油站。按照正常逻辑推算,未来10-20年内可能几乎没有什么实用意义。

  锂离子电池的电化学革新本质上依赖于材料科学的进步,如今能量密度正以每年约5-7%的速度提升,在硅系负极、固态电解质、锂硫、锂空、锌空等新技术的轮番冲击下,根据预测能量密度有望在2020年达到400wh/kg的高度,价格可能会下降到每千瓦时200美元左右,从而使得电动车在和内燃车同等价位下装备足够电量彻底克服里程焦虑。

  没有什么特别的意外的话,通过对电池的分析可以看到时代正处在电动车即将大发展的十字路口,为了抢占历史机遇,各国纷纷出台政策鼓励电动车发展,并且争先恐后的制定了充电基础设施的标准,美国是SAE J1772,日本是CHAdeMo,欧洲还在IEC 62196的框架内努力寻求统一标准,而中国尚无相应标准。

  如果当下真的是这样的历史性十字路口,相信一定能够看到里程碑式电动车产品的出现,遍搜寰宇,目前拥有能接近内燃车的行驶里程——480公里续航,最短充电时间——半小时充70%,一小时充满这样的唯一一款电动车正是来自于特斯拉汽车公司的Model S。

  特斯拉的故事

  特斯拉2003年成立于美国加利福尼亚州的帕罗阿尔托,位于举世闻名的硅谷所在地,这里是世界上聪明人最多的聚集地,同时也是这个星球上人力成本最高的地方,通常是互联网和高科技企业扎堆的位置,但将一家汽车企业放在硅谷却显得有些另类。

  公司以历史上最伟大的工程师兼极客尼古拉·特斯拉的名字命名,这个公司从诞生之日起,还有另外一个名字和公司的命运紧紧绑在一起——埃隆·穆斯克。

  穆斯克也是一个毋庸置疑的天才,1971年生于南非,12岁就卖掉了写出的一个电脑游戏,17岁独身一人来到北美。在斯坦福上学期间穆斯克考虑了三个最想涉足的领域,这三个领域在他看来都是深刻影响人类未来发展的领域,分别是:互联网,清洁能源和太空。95年和弟弟创立了Zip2,99年以3.07亿美元现金和3400万美元股票期权卖给了康柏。随即穆斯克又创立了贝宝(Paypal),在2002年以15亿美元的价格转让给了eBay。紧接着穆斯克在02年创立了SpaceX并在03年作为共同创始人加入了特斯拉,后面又发起了一家名为SolarCity模式独特的太阳能企业。穆斯克改善人类交通的愿望一定很强烈,因为SpaceX和特斯拉这两家公司的业务都有一个共同点——交通工具,SpaceX的猎鹰9火箭是目前运载能力最强和成本最低的商业火箭,龙飞船是唯一具有和国际空间站对接能力的私人飞船,这一系列看似毫不相关让人眼花缭乱的成就堪称傲视同侪,也因此被誉为现实中的钢铁侠。

  穆斯克设想有一天人们可以自由驾驶对环境没有破坏的汽车并使用无处不在免费的太阳补充能量,这也成为了特斯拉的企业愿景——向主流的消费人群普及电动车,通过以下三种方式实现:

  1. 迭代生产一代代更经济实用的电动车型:先从高端车入手,然后再进入大众市场,并通过自己的展示厅和网站卖掉它们。

    2. 将自己在电动车动力总成方面的专利和经验卖给其他的汽车制造商,从而让其他汽车制造商能够更快的推出电动车型。

  3. 作为催化剂和其他汽车制造商积极的榜样,表明电动车能满足高性能,更经济的消费需求。

  公司历经5年的发展后于2008年正式推出了公司的第一款跑车车型Roadster,Roadster是和莲花公司合作使用莲花公司生产线生产,合同到期现已停产,共售出约2400辆。第二款车是现在在售的唯一车型Model S,Model S定位于5万美元以上的豪华车市场。公司计划在2014年下半年量产采用和Mode S同一平台的SUV车型Model X。另外还有一款规划中的普及车型Gen III,穆斯克透露会在2016年的某个时间推出。

解读特斯拉技术与价值:锂电池篇

  从上图看出大多数汽车公司因为技术和成本的限制基本上都将电动车设计为日间通勤用途,尽管经过研究80%以上的日行车里程不会超过100公里,但显然用户是不太买账的,大部分这些车型的销量数据都是乏善可陈的。特斯拉Model S的各项技术数据都大幅领先其他电动车型,比之同级别的内燃车也是不遑多让,这得益于特斯拉在Model S上应用的超过250项专利,Model S的全铝车身和最低风阻造型。所以ModelS竞争对手其实并不是其他的电动车而是同价位的豪华车型,销量数据也证实了这一点,截至2013年5月份,出货量超过10000辆,在手订单超过10000辆。超过宝马7系,奔驰S级,奥迪A8和雷克萨斯LS系列位居2013年1季度北美7万美元以上的豪车市场销量第一。

  从用户的反馈来看,Model S的驾乘体验是惊人的:没有了反人性的换挡设置,起步时就可以提供峰值扭矩,加速的动力源源不断,百公里加速表现超越运动型跑车宝马M5和奔驰E63 AMG;甚至连发动按钮都不需要,打开车门坐好踩下加速踏板就可以直接行驶;刹车变成了一个真正在紧急情况下才需要触发的机制,完善的制动能量回收系统会在松开加速踏板时强制减速,驾驶的绝大部分时间里完全不需要换脚去踩另外一个东西;静如耳语的行驶过程、反应灵敏的大触摸中控屏、和互联网永远随时连接的谷歌地图导航、能语音控制播放任意歌曲音乐的点播系统,增添了更多的驾乘乐趣;由于不需要传动装置,车辆地板完全是平整的,这样即使是后排3人中间位也可以坐的非常舒服;由于没有发动机,甚至多了一个前备箱供储物;可以通过智能手机上的App远程掌握车的位置、观察充电状态、提前打开车上的空调等;另外一些新特性可以通过互联网直接更新车内操作系统软件来获得。Model S所有这些人性化的用户体验让ModeS的车主在将车子送修或者保养时如坐针毡,以至于完全没有办法重新适应回之前内燃车,总觉得又吵又臭,反应迟钝,甚至很多时候会忘记车子还要熄火。

  著名的《汽车潮流》杂志(Motor Trend)11位编辑史无前例的一致投票将2013年度汽车奖颁给Model S,在这个奖项65年的历史上第一次给内燃车以外的汽车颁奖,正如他们的评语:“Model S不仅仅是一辆伟大的电动车,它本身就是一台伟大的汽车”。美国权威的汽车评论杂志《消费者报告》在经过长期测评之后也给了Model S历史最高分99分,满分100,评语是“几乎完美的汽车”。

  为了完成公司的愿景,特斯拉还有一个Supercharger网络计划,Supercharger网络由特斯拉和穆斯克的另一家公司SolarCity合作,使用太阳能为Supercharger供电,Supercharger现在可以在一个小时之内将ModelS充满,后续还有进一步提高充电速度的计划。最令消费者动心的是,这一切都是永久免费的,这意味着特斯拉的车主可以在不远的将来不用花一分钱自由的进行全美旅行。

  特斯拉的销售策略也颠覆了传统汽车制造商,完全不通过任何汽车经销商,所有的车都只通过自己的门店和网站直销(有人声称可以代理销售的话一定是骗局)。穆斯克请来前苹果公司销售主管乔治·布兰肯希普,以苹果零售店的形式将特斯拉的销售门店开到了人流繁华的闹市和商场,并且销售人员没有一分钱的提成奖励。“我不想推销任何一台特斯拉,”乔治说,“我希望人们买了特斯拉是因为车是他们真正想要的。如果他们走进特斯拉商店,感受到我们造车的诚意,想着有一天会拥有一台我们的汽车,那才是我想让商店工作的方式”。在商场和其他高流量的购物场所通过令人瞠目的产品抓住人们的注意力,经过进一步的介绍和试驾,让人们爱上这车,这就是特斯拉的营销战略的核心。这和传统车商陈列的拥挤不堪的4S店,滔滔不绝充满强烈卖车欲望的销售员形成鲜明对比。截至2013年4月,特斯拉的全球门店数量超过30家,年末有望达到50家,在中国北京的第一家专卖店也将于5月中旬在芳草地中心开张。

    美国汽车经销商协会经过几十年的游说,在一些州制定了一些旨在保护自身利益的法律,这些法律和特斯拉的直销政策发生了冲突,特斯拉一方面在法律发生冲突的州和汽车经销商诉诸法庭,一方面在美国联邦层面寻求立法一劳永逸的拥有直接向客户出售汽车的权利。目前特斯拉在纽约州已经取得胜利,在得克萨斯州经过几轮听证会后尚未分出胜负。穆斯克表示:“如果特许经销商真的相信他们自己说的话,认为他们是销售汽车的最好渠道,那么他们可以做得更好,不应该害怕竞争。”

  穆斯克在4月初新推出的融资租赁计划中体现了对公司成功坚定不移的信念:三年后Model S的车主可以将车以不低于奔驰S级折扣价值的比例(通常是45%)售回给特斯拉,穆斯克以个人全部身家对回购做了无限责任担保(在最新的福布斯财富榜上穆斯克身价28亿美金)。

  此外特斯拉还有业务向戴姆勒提供A系、B系和Smart电动车型的动力总成,丰田也将RAV4 EV的动力总成交给特斯拉,这部分收入在Model S量产前占了特斯拉营收的一半。

  特斯拉公司于2010年6月29日在纳斯达克上市,代号TSLA,发行募集了2.26亿美元,成为了1956年以来福特公司之后上市的唯一一家美国汽车制造企业。其主要股东群星云集,机构投资者包括戴姆勒汽车、丰田汽车、松下电器和阿布扎比投资机构等,个人投资者有谷歌创始人Sergey Brin和Larry Page、eBay前总裁Jeff Skoll、凯悦酒店集团继承人Nick Pritzker等。 

 

 

关键字:电池  电动  技术  估值

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2014/0830/article_9603.html
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