造车缺芯,快拆洗衣机

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保时捷新能源汽车Taycan

今年以来,特斯拉、小鹏、蔚来、比亚迪、广汽埃安、上汽荣威等车企纷纷宣布,受原材料价格上涨影响,“上调”旗下所售新能源车型的价格。

在此之前,造车新势力已在全球芯片产能危机的背景下,摸爬滚打了一年,交出了“分期交车”“补装雷达”“取消触摸屏功能”等答卷。而豪车厂家保时捷,干脆将部分车辆的电动转向柱更换为手动转向柱,且取消了后期恢复更换计划。

在缺芯危机仍未好转的情况下,动力电池又“后院起火”。今年一季度,车规级动力电池主要原料——碳酸锂的价格,达到了50万元/吨的历史高位,相较去年同期,上涨近乎10倍。

为何锂矿选择在此时大幅涨价?缺芯的局面究竟能在何时缓解?

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锂矿收购热引警惕

首先,本轮锂资源涨价与2017年上一次涨价存在本质区别。2017年锂资源涨价的实质,是其供给卡在了冶炼端。随着之后各地“大干快上”冶炼厂项目的快速落地,价格很快稳定了下来。

而本轮涨价的问题出在开采端,或者说是由采矿公司主导的一轮涨价。

全球范围内,从已探明的锂资源储量来看,智利占到了全球的48.5%,澳大利亚占24.8%,阿根廷占10%,而中国为7.9%。

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2021年全球锂储量最大的国家(图源:statista)

由此可见,锂资源分布主要集中于南美与澳大利亚地区,尤其南美洲,几乎占到全球储量的60%。而中国的锂矿又多处在青藏高原等不便开采的地区,这就使得中国约80%的锂资源都需要进口;而在中国2020年进口的碳酸锂中,来自智利的就占了74%。

如此情势下,在2017年的锂资源供应危机之后,各大车企与动力电池企业,纷纷意识到将锂资源牢牢掌控在自己手中的重要性,并开始了一波声势浩大的或成立、或入股、或收购矿业公司的热潮。

同时,在世界各国纷纷宣布基于“双碳”目标的减碳计划后,基于磷酸铁锂电池组的大型储能电站,也成为了车用动力电池之外,锂元素的新去处。

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带有一层薄薄的黑色氮化物失去光泽的锂锭

在这样的背景下,锂资源一度被誉为新世纪的“白色石油”,携资本流转于各个大陆间,成为现代工业的新血液。

但一单单规模庞大的并购案,也让南美诸国警惕起来。近期,智利、阿根廷、玻利维亚三国正积极讨论成立类似石油输出国组织“欧佩克”的锂资源输出国组织,将锂资源作为战略资源全面国有化。

智利政府就在今年1月,紧急叫停了一宗比亚迪已经以6100万美元中标的8万吨锂矿开采合约。该中标消息在去年公布后,即引起了智利社交网络上对于锂资源私有化的强烈抗议,最终该合约被以影响当地环境资源保护为由“暂时停止”。

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开采合同被暂停,是因为法院接受了锂矿所在地科皮亚波州州长以及阿塔卡玛盐滩附近的土著社区提出的保护上诉

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开采锂没那么容易

从如今电动汽车的技术发展来看,虽然钠离子电池、固态/半固态电池进展迅猛,但基于锂元素的磷酸铁锂与三元锂电池,仍将在相当长的一段时间内作为电动汽车的主流解决方案。

近期,特斯拉新推出的4680电池,与宁德时代即将发布的麒麟电池,仿佛也在印证着,随着封装技术的改进,车用锂电池仍能将能量密度稳步提升至新的水平。

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特斯拉新推出的4680电池

那么,为什么总是“锂”?

这其实是由电池背后的化学原理决定的。众所周知,电子的流动产生电流,而电池从本质上来说,就是一种有序引导原子的最外层电子在氧化剂(正极)与还原剂(负极)间转移的装置。而化学元素的原子序数越小,通常意味着其重量也越轻。

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约翰·奥古斯特·阿夫维森(Johan August Arfwedson)于1817年发现了锂

纵观电池的发展史,其实就是科学家一直在寻找原子量更小的元素,来充当氧化剂、还原剂以及支持结构的过程。在如此的背景之下,充电电池从铅酸到镍镉,到镍氢,再发展到现在的锂离子。

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传统的铅酸汽车电池组

但锂元素已经是元素周期表中排名第三位的“小弟”,在它之前,只剩“氢”和“氦”两位角色。氦又是满电子层的稳定结构,而氢目前为止,仅能作为不可充电的燃料电池使用。

而且近年来,氢燃料电池的发展遇到了重重阻碍,高效率的质子交换膜燃料电池,需要用到昂贵的铂金属作为催化剂,且高压液态氢的储运也存在较大风险。

似乎在现有的技术水平下,锂,这一自然界中存在的最轻碱金属元素,是电池发展最后的救命稻草。由此,逐渐进入白热化的锂资源竞争,从“冶炼端”转到“开采端”也就不难理解了。

而且,与一般在1年内就能完成建设的冶炼厂不同的是,锂矿的开采涉及更高的行业门槛,以及更长的时间周期。这也意味着,从“探明储量”转化到实实在在的LCE(碳酸锂当量,用以统计锂资源开采量的指标),往往需要3-5年的时间来建立开采场。

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智利阿塔卡马盐滩上的锂矿

这一点,从行业投资机构发布的数据也可窥见一斑:

虽然智利拥有全球近半数锂资源储量,但1995-2020年的锂资源开采量仅有2.06万吨,仅相当于澳大利亚(4万吨)的一半。南美国家长期以来不甚稳定的局势,与相对落后的工业水准,成为了其矿产资源出口的最大掣肘,同时也给中国公司带来了机会。

相信在不久的将来,南美国家对于锂矿资源的管理规范将更加完善,动荡的锂资源价格也将渐趋平稳。

与此同时,以往被视为“捡破烂”的动力电池回收业务,近年来也逐渐受到资本的注意。

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电动汽车电池组

锂电池回收的技术门槛低,虽然也涌现出了一批背靠宁德时代、特斯拉等大型企业的电池回收企业,但更多的电池回收公司,是注册资金在500万元人民币以下的中小企业。

而在“正规军”之外,还存在诸多无回收牌照的“游击队”,它们也想在这片尚未被开拓的新兴市场上分一杯羹。锂电池的明天,注定要在这片蓝海中野蛮生长。

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拆解洗衣机应对“缺芯”

说完了电池,让我们来看看芯片。

今年3月,一则“华强市场入口丢失一盘TPS92692的货物,悬赏100万”的新闻映入了人们的眼帘。经笔者查询,这是德州仪器公司生产的车用高精度LED控制芯片——德州仪器官网显示的价格,仅为每颗3.6元人民币。

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TPS92692

然而这是缺芯潮前的价格。3月份时,这颗指甲盖大小的芯片仍处于全面缺货状态,市场价格在140美元左右。以一盘2000枚的数量计算,丢失的货物价值高达186万,车规级芯片的紧缺程度可想而知。

而荷兰光刻机巨头ASML在近期召开的一季度财报会议上更是表示,某家大型工业公司已经开始批量收购洗衣机,拆解其中的MCU控制芯片,供给自家汽车生产使用。

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ASML首席执行官彼得·温宁克(Peter Wennink)

虽然在全球半导体产业开启“狂奔”模式的2021年,大规模缺芯潮已经得到缓解,消费级MCU、面板驱动IC等供应链已经开始松动,但车用、工控等领域的芯片供应仍然紧张。

聚焦到汽车领域,车规级MCU首当其冲。其2022年2月的平均交货期已经达到了250天。其次便是电源芯片等以往不受重视的模拟芯片。

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车规芯片不断升级

造成这种局面的原因是复杂的,我们来一一分析。

首先,与直接和芯片厂/代工商沟通的手机等消费类电子产品不同,汽车厂商与芯片厂商的对接,往往需要靠Tier 1主机厂商来牵线搭桥。而车规级芯片厂商作为Tier 2级供应商,再向代工厂下订单。

在这条被拉长的供应链中,车企对代工厂产能的反应,天然要比消费类电子企业慢几个月。这就使得在2020年初,疫情导致汽车销量下降的情况下,Tier 1供应商所下订单量骤减,对后续销量反弹的热潮完全没有准备。

其次,车规级对芯片的要求远高于消费级与工控级芯片,仅次于军用级芯片,需要通过多个国家条件非常严苛的安全性能测试,同时保证极低的缺陷率(百万分之一),且工作寿命需要在15年以上。如此高的门槛,使得这一行业长期以来被几家树大根深的海外企业垄断,包括瑞萨电子、恩智浦、英飞凌、赛普拉斯、德州仪器等。

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瑞萨电子电动汽车电池管理解决方案

虽然近年国内也有比亚迪、兆易创新、Chipways、芯驰科技等多家企业参与到这个赛道中,但汽车产业的长产业链条和对安全性的极高要求,让各大主机厂与Tier 2供应商几十年来,形成了错综复杂的利益链条,并且要考虑到出现召回事件时,供应商的风险承担能力。

种种原因使Tier 1对于更换供应商的意愿极低,也就是最近的缺芯潮,才给了国产芯片企业一些机遇。

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2022年3月28日,江西省赣州市的一家科技公司里,工人在生产芯片

再次,近年来智能汽车的发展,对车规芯片提出了更高要求。传统家用汽车,往往只需要70颗左右的MCU,但智能汽车为了完成不同级别的自动驾驶功能,这一数字甚至能达到300颗。

不仅数量上猛然提升,车规级MCU也在从以往8/16位的主流产品升级到32位,以实现更加强大的自动驾驶功能。这样的转变趋势,让各大车企近年来对芯片愈发重视。

有的车企绕过供应商,直接与芯片厂商定制芯片。产业巨头如特斯拉,甚至拿出了与英伟达旗舰产品算力媲美的自研自动驾驶芯片。

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特斯拉自研自动驾驶芯片

可以说,在疫情与缺芯的冲击之下,汽车企业更加重视供应链垂直整合的能力,而正如蔚来总裁李斌所直言的:“一辆车差一个零件都没法生产。”供应链的稳定便是车企生存之本。

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蔚来总裁李斌

分析下来,从长远来看,锂矿暴涨的问题,更像是采矿企业在大规模扩产前的投机性涨价;而结构性缺芯问题,恐怕会成为两三年内汽车行业挥之不去的阴霾。

然而在这阴霾之下,也能看到国内半导体人前赴后继的努力,各类芯片初创公司如雨后春笋般扎入这个市场。希望国内的半导体企业可以找准方向,在风云诡谲的车规级芯片市场中,闯出自己的一片天。

作者 | 马点秋

责任编辑 | 吴阳煜 wyy@nfcmag.com

美编 | 赵冬冬

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