根據(jù)世界汽車組織與汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì),2017年汽車產(chǎn)量達(dá)到9498萬輛,其中乘用車和商用車產(chǎn)量占比分別約為75%和25%。2017全年,我國全年汽車產(chǎn)銷量分別為2901.54萬輛和2887.89萬輛,歷史性突破2900萬輛大關(guān)。其中乘用車產(chǎn)銷2480.67萬輛和2471.83萬輛,同比增長1.58%和1.40%;商用車產(chǎn)銷420.87萬輛和416.06萬輛,同比增長13.81%和13.95%;新能源汽車(包括混合動(dòng)力)產(chǎn)銷量接近80萬輛,分別達(dá)到79.4萬輛和77.7萬輛,同比分別增長53.8%和53.3%。2017年新能源汽車**占比2.7%,比上年提高了0.9個(gè)百分點(diǎn)。由此可見,世界性的汽車產(chǎn)銷量增長態(tài)勢仍然不減,圖1為車滿為患的北京高架道路通行情況。
圖1 北京高架道路通行情況
1 汽車產(chǎn)量預(yù)測
根據(jù)咨詢機(jī)構(gòu)LMCAutomotive發(fā)布的世界輕型汽車展望(GlobalLightVehicleOverview)預(yù)測,2018年前后,汽車年產(chǎn)量將突破1億輛(表1)。其中,亞洲地區(qū)是大的增量所在,平均每年大約將增加250萬輛,其中中國增量占比約100萬輛。目前,世界年增人口為8600萬,人類生產(chǎn)汽車的速度超過了人口增長的速度。每秒鐘約生產(chǎn)3輛汽車,其中就有1輛誕生在中國,無疑中國已經(jīng)成為世界性的汽車生產(chǎn)大國和消費(fèi)大國。
表1 2018—2020年世界汽車產(chǎn)量情況預(yù)測(單位:萬輛)
根據(jù)NavigantResearch公司發(fā)布的《交通運(yùn)輸業(yè)預(yù)測:輕型汽車》報(bào)告,截至2017年底,世界汽車保有量已接近13億輛,2018年將達(dá)到13.4億輛。去除淘汰的報(bào)廢車輛,預(yù)計(jì)未來幾年世界汽車保有量還將以每年約5千萬輛的速度增加(表2)。
表2 未來幾年汽車保有量情況預(yù)測(單位:萬輛)
2 內(nèi)燃機(jī)對(duì)世界環(huán)境的影響
巨大的汽車生產(chǎn)量和保有量已經(jīng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了顯著影響,尤其是人類的生存環(huán)境遇到了的挑戰(zhàn)。圖2為巴西圣保羅高速匝道口車輛通行情況。在近十幾年內(nèi),汽車行業(yè)一直致力于整車系統(tǒng)的輕量化、動(dòng)力系統(tǒng)的小型化和節(jié)能減排,以緩解汽車工業(yè)對(duì)氣候與環(huán)境產(chǎn)生的巨大影響,同時(shí)也包括了對(duì)新能源動(dòng)力的應(yīng)用。從2017年下半年開始,各國都陸續(xù)發(fā)聲禁售燃油車,其中,歐洲的反應(yīng)為強(qiáng)烈,法國、德國、英國、挪威等西歐工業(yè)強(qiáng)國都相繼聲明,至2030年前后將全面禁售燃油車。雖然德國、法國等幾個(gè)國家的相關(guān)部門相繼出來澄清,這不代表政府的言論,而是來自于環(huán)保行業(yè)協(xié)會(huì)的倡議,但不管禁不禁售燃油車,內(nèi)燃機(jī)的“電氣化”進(jìn)程將肯定會(huì)加快。
在未來的10~15年內(nèi),內(nèi)燃機(jī)行業(yè)將注定會(huì)發(fā)生巨大的變化。2017年底,長安汽車和北汽集團(tuán)分別宣布將停止銷售燃油車,并且不約而同的把時(shí)間節(jié)點(diǎn)都指向了2025年,這一里程碑式的宣布很有深意。
3 新能源動(dòng)力電池
新能源汽車關(guān)鍵的三大部件為動(dòng)力電源、電機(jī)和動(dòng)力控制系統(tǒng)。其中,動(dòng)力電源是核心中的核心,是新能源汽車的“心臟”。雖然現(xiàn)在市場上動(dòng)力電源種類繁多,其中鋰動(dòng)力電池因體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、無污染等優(yōu)點(diǎn),在新能源汽車動(dòng)力電源領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。圖3為索尼公司研發(fā)的18650型鋰電池。
4 鋰電需求
2014年鋰電產(chǎn)能約為59GW·h,2015年增加至76GW·h,2016年鋰電產(chǎn)能同比增長25.0%,達(dá)到95GW·h。2017年鋰電產(chǎn)能達(dá)到115GW·h。
圖3 索尼公司研發(fā)的18650鋰電池
根據(jù)鋰電產(chǎn)能的預(yù)期,2018—2020年鋰電產(chǎn)能將持續(xù)保持每年約20GW·h的增量,至2020年鋰電產(chǎn)能預(yù)計(jì)將達(dá)到170GW·h。圖4為2014—2020年鋰電總產(chǎn)能預(yù)測。
圖4 2014—2020年鋰電總產(chǎn)能及預(yù)測
從對(duì)鋰電產(chǎn)能的預(yù)測可以看出,鋰電產(chǎn)能從2016年開始明顯受到了壓制,產(chǎn)能受限主要是受到了鋰電材料供應(yīng)量的制約,鋰電產(chǎn)能的年增幅一路下滑。預(yù)計(jì)2020年鋰電正極材料所使用的碳酸鋰將達(dá)到12.5萬t,所使用的氫氧化鋰將達(dá)2.9萬t,但將遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足鋰電行業(yè)的使用需求。
5 鋰礦資源及開采現(xiàn)狀
從鋰礦的探明儲(chǔ)量和資源分布圖(圖5)可以看出,鋰礦資源基本上集中在南美的東西大洋兩端,該地區(qū)儲(chǔ)量幾乎占據(jù)了鋰礦資源的一半以上,除此以外,美國和中國儲(chǔ)量也不少。主要礦種分為鹵水礦、沉積巖礦和偉晶巖礦。其中,沉積巖礦比較難開采,目前主要是開采鹵水礦和偉晶巖礦。值得指出的是,澳大利亞的探明儲(chǔ)量只有170萬t,但其開發(fā)力度卻大,年產(chǎn)量接近于總開采量的一半(表3)。
表3 鋰礦探明儲(chǔ)量及資源分布
圖5 鋰礦的探明儲(chǔ)量和資源分布圖(圖中,Brine:鹵水礦;Clay:沉積型礦;Pegmatite:偉晶巖礦。)
據(jù)美國地質(zhì)勘探局(USGS)公布的數(shù)據(jù)顯示,世界鋰生產(chǎn)國正在盡大努力滿足不斷增長的鋰電需求。實(shí)際上,各鋰礦資源大國對(duì)于鋰礦的開采非常有節(jié)制,因?yàn)殇嚨V資源是的,并且動(dòng)力鋰電池中的鋰元素回收非常困難,回收成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開采成本,所以各鋰礦資源大國必須進(jìn)行計(jì)劃性開采。表4為2015—2016年鋰礦生產(chǎn)國的開采量,其中澳大利亞和智利占據(jù)了總開采量的3/4,而其他國家出于自身國情和資源戰(zhàn)略考慮,現(xiàn)階段對(duì)于鋰礦的開采都微乎其微。2016年鋰產(chǎn)量較2015年增長了12%,至3.5萬t,在電動(dòng)車市場未來繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)張的強(qiáng)需求下,鋰產(chǎn)量很可能在未來幾年持續(xù)增多。目前,中國是大鋰資源消費(fèi)國。
鋰礦資源的生產(chǎn)鏈主要包括探礦、采礦、原礦清洗、配料、破碎、篩分、球磨、均化、除雜、分級(jí)、重選、浮選、鋰云母精礦、含鋰濃縮,后形成碳酸鋰。整套鋰電池生產(chǎn)鏈的建立大約需要2~3年時(shí)間。圖6為整套鋰電池生產(chǎn)鏈的基本結(jié)構(gòu)。圖7為2017年我國鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域集中度分析。
表4 八大鋰礦生產(chǎn)國開采量(單位:萬t)
圖6 整套鋰電池生產(chǎn)鏈的基本結(jié)構(gòu)
圖7 2017年我國鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域集中度分析
6 新能源動(dòng)力電池
如表5所示,根據(jù)鋰礦資源及相關(guān)原材料的流向可以看出,近幾年新能源動(dòng)力電池的使用量有爆發(fā)式增長。從2014年的8.3GW·h,增加到35.2GW·h,增幅4倍多。便攜式移動(dòng)設(shè)備用鋰電池占比仍達(dá)到60%以上,且年復(fù)合增長率達(dá)到16%。目前,中國新能源動(dòng)力電池的使用量占比超過30%,超過的平均值,表5為鋰電池及相關(guān)原材料流向分布。
在純電動(dòng)汽車的采購成本中,動(dòng)力電池的成本占比達(dá)到了48%,遠(yuǎn)高于使用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的成本構(gòu)成。其中,正極材料即鋰電池的成本占比30%,隔膜材料成本占比25%,占純電動(dòng)汽車采購成本的50%以上。
經(jīng)過前一輪的碳酸鋰原材料市場的價(jià)格競爭亂象,從2016年起,碳酸鋰原材料價(jià)格在快速走高,導(dǎo)致純電動(dòng)汽車生產(chǎn)成本的進(jìn)一步上升(圖8)。
表5 鋰電池及相關(guān)原材料流向分布
表6 主要正極材料的性能對(duì)比
表7 具有代表性的新能源車型性能對(duì)比
圖8 新能源汽車及動(dòng)力電池成本分析
新能源電池主要應(yīng)用的正極材料主要分為磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元鋰。其中,磷酸鐵鋰因?yàn)榘踩阅芨?,循環(huán)壽命長,在國內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用,錳酸鋰的高溫性能始終得不到解決,已經(jīng)被邊緣化。而三元鎳鈷鋁酸鋰電池,主要應(yīng)用于純電動(dòng)車型。其中,含貴金屬鈷的鋰電池價(jià)格普遍昂貴,并且受到鈷金屬產(chǎn)量的限制嚴(yán)重,難以得到大范圍的推廣。表6為主要正極材料的性能對(duì)比。
表7為目前比較有代表性的新能源車型,以及使用的動(dòng)力電池情況??梢钥闯觯颂厮估?/span>ModelS采用的鎳鈷鋁酸鋰,其他材料的能量密度基本維持在100~140(W·h)/kg左右,寶馬和日產(chǎn)采用的改性錳酸鋰能量密度也超過了130(W·h)/kg,但是據(jù)稱在夏天高溫情況下能量的衰減非常嚴(yán)重,遠(yuǎn)不如磷酸鐵鋰的表現(xiàn)穩(wěn)定。
7 未來內(nèi)燃機(jī)的混動(dòng)化
目前,單位新能源乘用車的碳酸鋰用量大約在50~60kg,單位中大型客(貨)車的碳酸鋰的用量在800kg左右,動(dòng)力電池系統(tǒng)總質(zhì)量超過1t。按照碳酸鋰年增產(chǎn)能4000t的規(guī)模計(jì)算,純電動(dòng)車型的年增產(chǎn)能將再難以突破5萬輛的規(guī)模(包括中大型純電動(dòng)客車),無法滿足目前年增50萬輛新能源車的產(chǎn)能需求。新型電池儲(chǔ)能材料短期內(nèi)無法得到實(shí)際應(yīng)用,考慮到政府補(bǔ)貼的持續(xù)退潮和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,大部分車企都轉(zhuǎn)而主攻混合動(dòng)力作為企業(yè)未來幾年內(nèi)主要的盈利來源。
2018年4月1日,我國正式實(shí)行燃油耗與新能源汽車積分并行政策。根據(jù)該政策措施,純粹生產(chǎn)傳統(tǒng)燃油車的車企將無法得到整車生產(chǎn)配給。預(yù)計(jì)在2018—2025年,混合動(dòng)力的車型種類和產(chǎn)能將會(huì)有爆發(fā)性的增長,新型內(nèi)燃機(jī)的需求量和性能要求也將持續(xù)增加,這對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)也提出了更高的要求。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的“電氣化”進(jìn)程將明顯加快,內(nèi)燃機(jī)的“電氣化”發(fā)展要求內(nèi)燃機(jī)需具備更高的可靠性,更小排量結(jié)構(gòu)更緊湊的機(jī)型設(shè)計(jì),進(jìn)一步提高升功率表現(xiàn),進(jìn)一步提高低速扭矩表現(xiàn),以及具備更長的保養(yǎng)里程。其中,新型48V集成式電機(jī)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子增壓器、變排量水泵,以及空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制,將提升整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。圖9為2018年即將或已經(jīng)上市銷售的部分混合動(dòng)力車型。在未來幾年內(nèi),幾乎所有的乘用車車型都將配備新能源動(dòng)力電池。同時(shí),在商用車領(lǐng)域,包括中長途運(yùn)輸用載貨車在內(nèi)的大中型重卡、輕卡等也將實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的“電氣化”,以提高能源的使用效率。新能源動(dòng)力電池的應(yīng)用將給內(nèi)燃機(jī)行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇,并必然深刻影響內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的技術(shù)變革和發(fā)展。
圖9 2018年即將或已經(jīng)上市銷售的部分混合動(dòng)力車型
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