中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新與材料創(chuàng)新所遵從的原則一致，都以安全性為基石，高能量密度、高倍率性能為主要發(fā)展方向。
當(dāng)前，以寧德時(shí)代麒麟電池、比亞迪刀片電池、特斯拉4680電池為代表的創(chuàng)新產(chǎn)品各領(lǐng)風(fēng)騷，短時(shí)間內(nèi)恐難決出絕對(duì)王者；鈉離子電池、半固態(tài)電池等全新技術(shù)仍在大規(guī)模量產(chǎn)前夜，尚不具備“顛覆”動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)格局的條件。
而隨著動(dòng)力電池技術(shù)革新加速，傳統(tǒng)材料逐漸不能滿足電池降本、提升能量密度等需求，單晶三元、硅基負(fù)極等新材料應(yīng)用加速。材料和化學(xué)體系創(chuàng)新越來越成為未來電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
在動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)終局成形之前，行業(yè)大小玩家對(duì)新技術(shù)的探索不會(huì)止步。
第一財(cái)經(jīng)從動(dòng)力電池技術(shù)、材料兩大維度，盤點(diǎn)國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)主要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)路線，以及各大廠商的卡位與布局，并探討新型材料如何為提升動(dòng)力電池性能添磚加瓦，又將如何推動(dòng)動(dòng)力電池市場(chǎng)格局不斷演變。
PART 1動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新01系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新1.1 CTP1.2 CTC1.3 CTB1.4 MTC02電芯結(jié)構(gòu)創(chuàng)新2.1刀片電池2.2 4680大圓柱電池2.3 短刀電池2.4 彈匣電池03全新技術(shù)路線3.1 鈉離子電池3.2 半固態(tài)電池3.3 凝聚態(tài)電池04動(dòng)力電池配套技術(shù)4.1 800V高壓快充4.2 全極耳PART 2動(dòng)力電池材料創(chuàng)新01 正極材料1.1錳基正級(jí)1.2單晶三元02 負(fù)極材料2.1硅基負(fù)極2.2硬碳負(fù)極03 電解液用鋰鹽3.1雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LiFSI）3.2小眾鋰鹽：二氟磷酸鋰04 導(dǎo)電劑4.1碳納米管材料PART 3 結(jié)語
PART 1 動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新
01系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
動(dòng)力電池原材料價(jià)格大幅波動(dòng)背景下，電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新成為車企和電池廠降本增效的重要發(fā)力點(diǎn)。中金公司認(rèn)為，電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新將由電芯和系統(tǒng)層級(jí)協(xié)同推進(jìn)。
2019年起，以寧德時(shí)代(300750.SZ)CTP(Cell to Pack，無模組動(dòng)力電池包)1.0技術(shù)為代表，各大動(dòng)力電池企業(yè)和車企相繼推出去模組化、集成化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新以推升動(dòng)力電池的空間利用率和能量密度。截至目前，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大致可分為CTP、CTB、CTC三種。其中，CTP為電池包技術(shù)，而CTB(Cell to Body，電池車身一體化技術(shù))、CTC(Cell to Chassis，電池底盤一體化)則為整車技術(shù)。此外，以零跑為代表的MTC(Module to Chassis，電池模組到底盤)也于2022年4月正式發(fā)布。
據(jù)悉，尚不具備成熟CTP/CTC技術(shù)的車企會(huì)將電池包委托給動(dòng)力電池企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，電池廠則借機(jī)加深與車企的綁定；而具備CTP/CTC技術(shù)能力的車企會(huì)選擇強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，與技術(shù)實(shí)力強(qiáng)勁的電池廠聯(lián)合開發(fā)，其余電池廠商則會(huì)從模組供應(yīng)商退化為電芯供應(yīng)商，配套價(jià)值量或?qū)⑾陆怠?
中金公司表示，電池包結(jié)構(gòu)迭代將加劇電池企業(yè)間分化，具備CTP/CTC領(lǐng)先技術(shù)能力電池廠有望進(jìn)一步鞏固配套份額并獲得技術(shù)溢價(jià)帶來的超額收益。
1.1CTP
2022年6月，寧德時(shí)代發(fā)布了CTP3.0電池，即麒麟電池。通過提高電池包利用空間，麒麟電池比能量大增，磷酸鐵鋰系統(tǒng)能量密度160wh/kg，三元高鎳可達(dá)250wh/kg，較4680電池能多裝13%的電量。
這一領(lǐng)先的電池集成技術(shù)再度強(qiáng)化“寧王”的核心技術(shù)與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，而它是否將推升CTP的行業(yè)滲透率以及對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的影響也備受關(guān)注。
1.1.1 寧德、比亞迪領(lǐng)銜，電池廠商爭(zhēng)相布局CTP
相較于傳統(tǒng)“電芯-模組-電池包”三級(jí)結(jié)構(gòu)，CTP技術(shù)省去或減少模組組裝環(huán)節(jié)，將電芯直接集成至電池包?？臻g利用率提升、電池包減量，能量密度提升的同時(shí)成本下降成為CTP的“殺手锏”。
2022年6月發(fā)布的“麒麟電池”是寧德時(shí)代第三代CTP電池包，體積利用率據(jù)悉從第一代的55%提升到67%。
此前在2019年，寧德時(shí)代發(fā)布了與北汽新能源攜手打造的全球首款CTP電池包。作為寧德時(shí)代第一代CTP電池，它取消了模組側(cè)板等零部件以及模組緊固件焊接等工序，使得電池包體積利用率提高20%-30%，零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升50%。
第二代則將原有模組電芯電壓電流采樣等零件進(jìn)行集成，進(jìn)一步減少了模組附件數(shù)量，將電芯集成直接裝入電池箱。
比亞迪2020年推出的刀片電池(GCTP)與寧德時(shí)代的CTP技術(shù)本質(zhì)上是相同的。刀片電池直接采用了無模組的設(shè)計(jì)，大幅度減少內(nèi)部的線纜和結(jié)構(gòu)，電池體積利用率相較于傳統(tǒng)電池包提升了50%以上、零部件數(shù)量減少40%、生產(chǎn)效率提升50%，最終成本下降30%。
二線電池廠中，蜂巢能源、中創(chuàng)新航也推出過CTP相關(guān)產(chǎn)品。與傳統(tǒng)590模組相比，蜂巢能源CTP第一代減少24%的零部件；第二代成組效率提升5-10%，空間利用率提升5%，零部件數(shù)量再減少22%。中創(chuàng)新航推出的One-StopBettery無傳統(tǒng)殼蓋，通過多功能復(fù)合封裝、一體橋接電連接、高剪切外絕緣等技術(shù)，使結(jié)構(gòu)重量降低了40%、零部件數(shù)量減少了25%、空間利用率提高5%。
除了方形電池廠商，遠(yuǎn)景動(dòng)力、捷威動(dòng)力等軟包電池企業(yè)也在試水CTP方案。其中，遠(yuǎn)景動(dòng)力軟包CTP同等空間內(nèi)電池容量將增加一倍，續(xù)航延長(zhǎng)至1000km，預(yù)計(jì)2024年量產(chǎn)；捷威動(dòng)力基于軟包大模組概念推出的積木電池技術(shù)已成熟，送樣國(guó)際車企，國(guó)內(nèi)規(guī)模推廣在即。
從上述企業(yè)的技術(shù)路線可以看出，雖然電池產(chǎn)品的具體名稱不一樣，但技術(shù)都是圍繞CTP來展開。第一財(cái)經(jīng)從一位券商行業(yè)分析師處了解到，寧德時(shí)代、比亞迪等推出的這些產(chǎn)品技術(shù)思路都是一樣，著力增大空間利用率，只是內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如結(jié)構(gòu)件、模組要求有差異，整體來看大同小異。
1.1.2麒麟電池量產(chǎn)，“寧王”規(guī)模效應(yīng)或現(xiàn)
2023年3月21日，寧德時(shí)代宣布麒麟電池已確認(rèn)量產(chǎn)，首批合作廠商包括吉利、華為。其中，極氪009為麒麟電池全球量產(chǎn)首發(fā)車型，創(chuàng)造中大型MPV 822km續(xù)航記錄；極氪001為全球首款搭載麒麟1000公里電池的量產(chǎn)車型，將于2023年二季度推出。AITO問界M9搭載麒麟版車型續(xù)航預(yù)計(jì)將提升10%，并與寧德時(shí)代簽署五年長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作協(xié)議。
比亞迪方面，刀片電池自2020年7月起逐步應(yīng)用于漢、E2、宋plus、秦plus、D1、海豚等多種純電動(dòng)車型，目前刀片電池技術(shù)仍在持續(xù)研發(fā)并持續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用。蜂巢能源的產(chǎn)品則主要服務(wù)于“老東家”長(zhǎng)城汽車的歐拉車型。
寧德時(shí)代的CTP技術(shù)還已走出國(guó)門。
2022年5月，寧德時(shí)代與泰國(guó)ArunPlus有限公司簽署戰(zhàn)略合作備忘錄，授權(quán)ArunPlus使用CTP技術(shù)。未來，ArunPlus和寧德時(shí)代計(jì)劃向HorizonPlus和其他電動(dòng)汽車品牌供應(yīng)電池產(chǎn)品。
相較于電芯或電池包的出海，對(duì)海外企業(yè)進(jìn)行專利授權(quán)既能彰顯寧德時(shí)代的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，同時(shí)帶來不菲的收益。
而隨著CTP3.0麒麟電池的推出，寧德時(shí)代有望進(jìn)一步拉大與動(dòng)力電池廠商二梯隊(duì)的差距。
第一財(cái)經(jīng)從滬上某基金經(jīng)理處了解到，麒麟電池在散熱、快速充電、提升電池壽命、能量密度等方面都有不錯(cuò)進(jìn)展，使得寧德在電池技術(shù)保持領(lǐng)先地位。寧德時(shí)代本來體量就是最大的，麒麟電池帶來的規(guī)模效應(yīng)肯定會(huì)有。
與此同時(shí)，換電業(yè)務(wù)也為寧德時(shí)代的CTP應(yīng)用開辟了一條新的道路。寧德時(shí)代近日公布的EVOGO換電解決方案將采用新的CTP技術(shù)，單個(gè)電池塊續(xù)航里程達(dá)到200km，能量密度超過160Wh/kg。
1.1.3 寧德系CTP供應(yīng)鏈引關(guān)注
華泰證券預(yù)計(jì)，到2025年CTP將會(huì)成為主流的電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，各類車企對(duì)CTP電池的需求數(shù)量可達(dá)800萬塊。
產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)已開啟加速布局之路。除了鋰電設(shè)備廠商有望迎來發(fā)展新機(jī)遇，麒麟電池將為結(jié)構(gòu)件帶較大變化，對(duì)電池托盤、水冷板等零部件的要求提升。
先惠技術(shù)(688155.SH)是國(guó)內(nèi)較早進(jìn)入新能源智能制造裝備領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，為寧德時(shí)代、孚能科技、億緯鋰能等電池生產(chǎn)企業(yè)提供動(dòng)力電池模組/電池包(PACK)生產(chǎn)線。
為深度綁定大客戶，先惠技術(shù)2022年5月發(fā)布公告，擬以8.16億元現(xiàn)金收購圍繞寧德時(shí)代進(jìn)行相關(guān)電池結(jié)構(gòu)件服務(wù)的寧德東恒機(jī)械有限公司(以下簡(jiǎn)稱東恒機(jī)械)51%股權(quán)。
和勝股份(002824.SZ)是寧德時(shí)代電池托盤第一大供應(yīng)商，2021年新能源汽車業(yè)務(wù)50%以上的份額來自寧德時(shí)代，客戶還包括蔚來、小鵬、理想、北汽等。
“祥鑫科技(002965.SZ)是寧德時(shí)代二供?！睋?jù)業(yè)內(nèi)人士稱。該公司此前在互動(dòng)平臺(tái)表示，已向?qū)幍聲r(shí)代、國(guó)軒高科等知名廠商供應(yīng)新能源汽車動(dòng)力電池箱體上蓋、托盤等金屬結(jié)構(gòu)。
1.2 CTC
CTC作為最新一代電池系統(tǒng)技術(shù)，在特斯拉等企業(yè)的助推下，正在從開發(fā)設(shè)計(jì)步入量產(chǎn)階段。
什么是CTC技術(shù)？簡(jiǎn)單來說就是將電芯直接集成于車輛底盤，從而達(dá)到減少零部件數(shù)量、節(jié)省空間、降低車身重量等效果。
早在2020年8月，寧德時(shí)代就率先提出了CTC概念；2020年9月，特斯拉在電池日上同時(shí)發(fā)布了4680大圓柱電芯、CTC技術(shù)和一體化壓鑄技術(shù)，并將CTC概念推向高潮。
1.2.1特斯拉領(lǐng)銜CTC賽道
天風(fēng)證券稱，當(dāng)技術(shù)尚處于概念階段的時(shí)候，往往看來起來比較遙遠(yuǎn)；但當(dāng)技術(shù)開始落地時(shí)，進(jìn)展往往會(huì)超出預(yù)期。
據(jù)特斯拉介紹，公司的CTC技術(shù)是將電池組作為車身結(jié)構(gòu)的一部分，連接前后兩個(gè)車身大型鑄件，取消原有座艙底板，將座椅直接安裝在電池上蓋上。
因此，CTC技術(shù)還可進(jìn)一步降低制造成本。馬斯克曾表示，CTC技術(shù)配合一體化壓鑄技術(shù)使用，可節(jié)省370個(gè)零部件、車身減重10%、每千瓦時(shí)電池成本下降7%。此外，CTC技術(shù)并非局限于4680大圓柱電芯，2170電芯同樣適用，未來或?qū)⒓嫒萜渌叽珉娦尽?
2022年3月，特斯拉德國(guó)柏林工廠正式開放。開放日信息顯示，該工廠將生產(chǎn)搭載CTC技術(shù)的ModelY，特斯拉也成為全球首家量產(chǎn)CTC技術(shù)的車企。
沃爾沃、福特、LG等海外企業(yè)在CTC領(lǐng)域也有布局。其中，沃爾沃會(huì)在第三代電池系統(tǒng)集成技術(shù)中采用CTC技術(shù)，進(jìn)一步減少模組層級(jí)不必要的結(jié)構(gòu)，這也是繼特斯拉之后，第一家正式發(fā)布乘用車CTC方案的整車企業(yè)；福特則仍處于設(shè)計(jì)構(gòu)想階段；LG則在2021年2月首次公開了一份CTC專利，其選擇的方案是模組到車底盤的集成(Module to Chassis)。
國(guó)內(nèi)方面，寧德時(shí)代也即將加入CTC大軍。
按照計(jì)劃，寧德時(shí)代將在2025年實(shí)現(xiàn)集成化CTC，2030年實(shí)現(xiàn)智能化CTC。寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群表示，公司的CTC技術(shù)將電芯與車身、底盤、電驅(qū)動(dòng)等集成一體，使行駛里程突破1000公里、百公里電耗降至12度以下。
綜合來看，華泰證券認(rèn)為CTC方案將不斷滲透，預(yù)計(jì)2025年各類車企對(duì)CTC的需求數(shù)量達(dá)400萬輛左右。
1.2.2 電池產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)或加劇
華泰證券認(rèn)為，CTC是未來電池技術(shù)方案發(fā)展的重要方向，將帶來產(chǎn)業(yè)上下游重構(gòu)。 對(duì)上游零部件廠來說，CTC技術(shù)意味著納入的零件總成逐漸增多，整合零件總成成為上游零部件廠的布局方向。其中，電池托盤作為CTC技術(shù)中少量保留的結(jié)構(gòu)件之一，其作用也被逐漸放大。隨著電池托盤集成化趨勢(shì)明顯，產(chǎn)品價(jià)值量預(yù)計(jì)將一步提升。
2022年一季度，和勝股份獲得預(yù)估交易額36億-40億元的項(xiàng)目定點(diǎn)意向書，周期約4-8年。2022年上半年，該公司電池托盤銷售量約21萬件，同比增長(zhǎng)48%?？蛻舴矫?，該公司已和寧德時(shí)代、比亞迪、廣汽新能源等多家客戶建立合作關(guān)系，并且已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品批量供貨。
同時(shí)，一體化壓鑄技術(shù)也有望因CTC技術(shù)不斷應(yīng)用而獲得關(guān)注。
2020年，文燦股份(603348.SH)就開始為特斯拉開發(fā)、生產(chǎn)車身結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品。
該公司擁有9000T壓鑄機(jī)，該壓鑄機(jī)噸位是全球生產(chǎn)汽車零部件產(chǎn)品中最大的。該公司現(xiàn)已在大型一體化結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品領(lǐng)域獲得某汽車客戶某車型全部的車身結(jié)構(gòu)件共十個(gè)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2022年四季度貢獻(xiàn)收入。
2022年9月，公司發(fā)布公告稱，擬在重慶投資建設(shè)新能源汽車輕量化零部件生產(chǎn)基地項(xiàng)目，項(xiàng)目總投資約8億元，主要用于生產(chǎn)中高端新能源汽車之輕量化一體車身結(jié)構(gòu)件等產(chǎn)品。
對(duì)于中游電池廠來說，與下游整車廠之間的競(jìng)合關(guān)系成為一大看點(diǎn)。
CTC是以電池為核心的集成設(shè)計(jì)，多家研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為這意味著電池廠的話語權(quán)將占據(jù)上風(fēng)，在產(chǎn)業(yè)鏈中價(jià)值也將進(jìn)一步上升。但是，CTC同樣重要的部分還包括汽車底盤，這恰恰是整車廠的優(yōu)勢(shì)所在。
在整車廠力圖邁向電池領(lǐng)域，掌握電池技術(shù)、價(jià)格話語權(quán)的同時(shí)，電池廠也可以借CTC延伸至底盤開發(fā)領(lǐng)域，逐步向整車滲透。在此背景下，第三方Pack企業(yè)的市場(chǎng)份額或被擠占，而電池廠與整車廠的競(jìng)爭(zhēng)格局將更加激烈。
1.3 CTB
CTB是比亞迪新提出的一種全新電芯集成方式。從嚴(yán)格意義上來講，CTB術(shù)是CTC技術(shù)的一種，也是CTP技術(shù)的延伸。
2022年5月，CTB以刀片電池為基礎(chǔ)首次發(fā)布，率先搭載于海豹車型。該方案可將電池包空間利用率提升至66%、能量密度提升10%，中金公司預(yù)計(jì)電池包能量密度或接近160kg/Wh，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)700km的續(xù)航里程。
CTB技術(shù)為比亞迪帶來了結(jié)構(gòu)、三電、操控、安全、空間的進(jìn)化。
比如結(jié)構(gòu)方面，相較于CTP技術(shù)，CTB將刀片電池的上蓋與車身底板集成于一體，從“電池三明治”變成了“整車三明治”，減少了一定的空間損失。在這種模式下，電池既是能量體也是結(jié)構(gòu)體，可參與整車的傳力與受力，使側(cè)面柱碰侵入量減少45%。
安全方面，搭載CTB技術(shù)的整車扭轉(zhuǎn)剛度據(jù)悉提升一倍，實(shí)現(xiàn)超40000N·m/°，達(dá)到行業(yè)主流標(biāo)準(zhǔn)?？臻g方面，更薄的動(dòng)力模組使得座椅縱向布置空間更加靈活，人體工程學(xué)設(shè)計(jì)也更加合理。
但是，比亞迪的CTB技術(shù)在散熱效率、電池壽命、快充性能等方面略遜色于寧德時(shí)代CTP3.0技術(shù)與特斯拉CTC技術(shù)，還有一定的提升空間。
由于CTB關(guān)鍵技術(shù)掌握在比亞迪自己手中，目前涉及CTB的相關(guān)上市公司并不多。
和勝股份是比亞迪電池托盤主要供應(yīng)商，已提前布局CTC/CTB等新一代電池托盤。祥鑫科技(002965.SZ)2022年8月在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司與客戶在CTC和CTB技術(shù)上建立了共同開發(fā)意向。該公司董秘稱，主要向比亞迪供應(yīng)新能源汽車車身結(jié)構(gòu)件，包括車身高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件、座椅骨架部件、流水槽等，并已建立持續(xù)開發(fā)的合作意向。
1.4 MTC
不同于將電芯直接堆在底盤上的特斯拉CTC方案，MTC更像是一種折中方案，是將電池模組堆在底盤上，并沒有省略電芯到模組這一過程。
MTC的好處是，車輛裝配工藝、電池包的固定形式改動(dòng)不多，模組的型號(hào)、尺寸、參數(shù)也與之前一致，可以大量沿用之前的設(shè)計(jì)方案，相對(duì)來說更容易量產(chǎn)。
2022年4月，零跑汽車發(fā)布了MTC方案，應(yīng)用于C01車型，該車型2022年7月進(jìn)入工信部第六批《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》，并于2022年9月上市，全年共交付4815輛。
零跑資料顯示，公司的MTC方案可以使電池布置空間增加14.5%、零部件數(shù)量減少20%、結(jié)構(gòu)件成本減低15%，整車剛度提高25%，綜合工況續(xù)航增加10%。
除零跑外，LG也選擇了MTC方案，主要是因?yàn)長(zhǎng)G采用軟包電芯，由于自身結(jié)構(gòu)特性，軟包電芯無法獨(dú)立固定。在LG的MTC方案中，電池包下托盤與車輛底盤集成在一起，上蓋板與水冷板集成在一起，模組安裝在下托盤橫縱梁形成的隔斷內(nèi)，通過螺栓與底盤固定。
02 電芯結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
作為動(dòng)力電池的“心臟”，電芯的重要程度不言而喻。
早期由于電芯生產(chǎn)成熟度低、缺乏穩(wěn)定性，需要用模組來彌補(bǔ)電池的安全性，從而降低維修成本。隨著單體電芯技術(shù)的不斷成熟，產(chǎn)品品質(zhì)得到提升，電池企業(yè)開始研發(fā)大模組甚至無模組以減少內(nèi)部零部件、提升成組效率，實(shí)現(xiàn)電池體積能量密度的提升。
其中，較為成功的創(chuàng)新案例是比亞迪的刀片電池、特斯拉的4680大圓柱電池。
2.1 刀片電池
2020年3月，比亞迪研發(fā)的刀片電池首次發(fā)布。
刀片電池對(duì)電芯進(jìn)行扁長(zhǎng)化設(shè)計(jì)和減薄設(shè)計(jì)，成組時(shí)電芯直接充當(dāng)電池包結(jié)構(gòu)件，使集成效率得到大幅提升，空間利用率可提升至60%。
憑借高性能的刀片電池，比亞迪幾乎以一己之力將磷酸鐵鋰電池“從邊緣化拉了回來”。
中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，隨著刀片電池加速裝車，比亞迪動(dòng)力電池裝機(jī)量份額從2021年的16.2%提升至2022年前七個(gè)月的22.25%。
2.1.1 6S”超級(jí)技術(shù)理念領(lǐng)銜
刀片電池的“6S”超級(jí)性能技術(shù)理念據(jù)悉包含超級(jí)安全、超級(jí)強(qiáng)度、超級(jí)續(xù)航、超級(jí)低溫、超級(jí)壽命、超級(jí)功率六大方面。
得益于刀片電池的扁長(zhǎng)化設(shè)計(jì)，其散熱面積大、內(nèi)部回路長(zhǎng)，在針刺測(cè)試過程中無明火、無煙、表面溫度僅30℃-60℃。中國(guó)科學(xué)院院士歐陽明高表示，刀片電池的設(shè)計(jì)使得它在短路時(shí)產(chǎn)熱少、散熱快，表現(xiàn)“非常優(yōu)異”。
“超級(jí)強(qiáng)度”則體現(xiàn)在可輕松滿足60g級(jí)別碰撞加速度要求，相當(dāng)于以45km/h的速度碰撞剛性壁障。同時(shí)，刀片電池還具備更強(qiáng)的擠壓和抗壓強(qiáng)度。以100-800kN最大擠壓力，電池包僅輕微變形；而基于刀片電池的電池系統(tǒng)在抗壓強(qiáng)度方面可以承受的壓力達(dá)445kN，相當(dāng)于45噸卡車的重量。
在用戶體驗(yàn)方面，“超級(jí)續(xù)航”“超級(jí)低溫”“超級(jí)壽命”“超級(jí)功率”均有良好表現(xiàn)。
2.1.2 成本優(yōu)勢(shì)仍突出
刀片電池采用磷酸鐵鋰正極材料。由于原料價(jià)格不斷波動(dòng)，目前三元與磷酸鐵鋰的價(jià)差有所縮窄，但整體價(jià)格還是三元高于磷酸鐵鋰。
從刀片電池構(gòu)造來看，零件種類減少40%、零件數(shù)量減少70%、體積利用率增長(zhǎng)50%，王傳福表示“最終總成本可下降30%”。
北極星儲(chǔ)能網(wǎng)預(yù)計(jì)，刀片電池pack成本未來或由0.6元/Wh降至0.42元/Wh。
從市場(chǎng)表現(xiàn)來看，比亞迪漢作為刀片電池的首發(fā)車型，已獲得市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。2021年，比亞迪漢實(shí)現(xiàn)全年銷量11.77萬輛，2022年8月更是大賣2.60萬輛，連續(xù)2個(gè)月霸占B級(jí)+C級(jí)轎車市場(chǎng)零售銷量排行榜首位。
2.1.3供應(yīng)商均為行業(yè)頭部企業(yè)
隨著刀片電池應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，比亞迪動(dòng)力電池整體也隨之放量，亟需產(chǎn)業(yè)鏈穩(wěn)定供應(yīng)來降本增效。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，正極材料方面，刀片電池主要供應(yīng)商有湖南裕能(301358.SZ)、萬潤(rùn)新能(688275.SH)、龍?bào)纯萍?603906.SH)等。
湖南裕能是國(guó)內(nèi)最大的磷酸鐵鋰供應(yīng)商，2021年對(duì)比亞迪的銷售收入為29.18億元，占總體營(yíng)收的41.52%；萬潤(rùn)新能(688275.SH)方面，磷酸鐵鋰產(chǎn)品占公司總收入的90%以上，2021年前三季度對(duì)比亞迪的銷售收入為3.47億元，占總營(yíng)收的30.33%。
負(fù)極材料方面，主要供應(yīng)商有貝特瑞(835185.BJ)、中科電氣(300035.SZ)等。
2022年9月，中科電氣宣布與比亞迪旗下電池公司重慶弗迪成立合資公司，共同建設(shè)10萬噸負(fù)極產(chǎn)能。其中，中科電氣持股65%，弗迪持股35%。一期5萬噸產(chǎn)能爭(zhēng)取在2023年8月投產(chǎn)，投產(chǎn)后3個(gè)月內(nèi)達(dá)產(chǎn)；二期5萬噸于一期投產(chǎn)后9個(gè)月投產(chǎn)。
早在2012年，中科電氣負(fù)極業(yè)務(wù)板塊前身星城石墨就成為了比亞迪合格供應(yīng)商，2014年、2015年比亞迪分別是其第二、第一大客戶。
隔膜方面，主要供應(yīng)商有星源材質(zhì)(300568.SZ)、恩捷股份(002812.SZ)等。
鋰電設(shè)備環(huán)節(jié)，比亞迪關(guān)鍵工序的設(shè)備均為自行開發(fā)，外部供應(yīng)商則包括贏合科技(300457.SZ)、金銀河(300619.SZ)、德新科技(603032.SH)等。
2.2 4680大圓柱電池
4680大圓柱電池因特斯拉ModelY的搭載而受關(guān)注。億緯鋰能董事長(zhǎng)劉金成曾認(rèn)為，大圓柱電池可能是動(dòng)力電池終極技術(shù)方向，因其體現(xiàn)出“絕對(duì)安全與成本優(yōu)勢(shì)”。但事實(shí)真是如此嗎？
2.2.1三大優(yōu)勢(shì)吸睛，特斯拉力推4680大幅降本
特斯拉為什么選擇4680？主要原因是能量密度、安全性的提升，以及成本的下降。
能量密度方面，4680單體電芯的能量密度能達(dá)到300Wh/kg，高于目前鐵鋰單體160-200Wh/kg及三元的200-300Wh/kg。
圓柱電池的安全性主要體現(xiàn)在熱失控管理方面。有鋰電池技術(shù)專家介紹，圓柱電池設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就是，當(dāng)圓柱電池的規(guī)格給到供應(yīng)商以后，電芯工程師只要關(guān)注電芯的特性、常規(guī)比例、容量提高，后續(xù)模組和pack工程師就可以在這個(gè)規(guī)格上試驗(yàn)不同的熱管理方案，所以圓柱電池在安全方面的可塑性比較強(qiáng)。
成本方面，4680主要通過擴(kuò)大電池尺寸、CTC設(shè)計(jì)等手段進(jìn)行降本。
第一財(cái)經(jīng)從某鋰電池技術(shù)專家處了解到，從整個(gè)封裝線來看，圓柱比方殼的投資成本可能要降低30%-40%。4680的電池?cái)?shù)量可以從18650的6000多個(gè)減至960個(gè)，這意味著PACK空間利用率提高、BMS(電池管理系統(tǒng))控制難度降低。
從電池成本來看，圓柱電池的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)，當(dāng)前21700電池成本約為0.698元/Wh，2025年4680電池成本預(yù)計(jì)為0.323元/Wh。而方型電芯成本2022年為0.75元/Wh，興業(yè)證券預(yù)計(jì)2025年為0.55元/Wh。
特斯拉宣稱，有信心將4680單位成本下降56%，其中，電芯設(shè)計(jì)占14%、電芯工廠占18%、負(fù)極材料5%、正極材料占12%、電芯底盤集成占7%。
但觀察人士認(rèn)為，目前圓柱電池的成本曲線還處在相對(duì)比較高的位置，真正實(shí)現(xiàn)特斯拉的目標(biāo)成本可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間，特別是當(dāng)前高鎳材料的價(jià)格和電池相關(guān)的配方還是偏貴的。
2.2.2國(guó)內(nèi)電池廠商加速布局，何時(shí)量產(chǎn)仍需觀察
2017年之后受新能源車補(bǔ)貼退坡影響，初期配套圓柱電池的短續(xù)航低端車型無法得到補(bǔ)貼，圓柱電池受到方形電池?cái)D壓。隨著4680的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)廠商再次將目光投向了圓柱電池。
“想做都能做的，圓柱電池產(chǎn)線擴(kuò)張更快，資本開支更低，比方形電池生產(chǎn)容易。”有新能源基金經(jīng)理稱。
億緯鋰能2021年11月發(fā)布公告稱，將投建年產(chǎn)能20GWh的乘用車用大圓柱電池生產(chǎn)線及輔助設(shè)施項(xiàng)目，投資總額約為32億元。
劉金成曾表示，大圓柱電池和疊片鐵鋰電池將是公司在動(dòng)力電池領(lǐng)域重點(diǎn)布局和發(fā)展的產(chǎn)品方向。當(dāng)前，億緯鋰能開發(fā)進(jìn)度有目共睹，但在快充能力、內(nèi)阻、對(duì)應(yīng)的能量密度等方面仍待提升。
2022年9月上旬，寧德時(shí)代與寶馬集團(tuán)宣布達(dá)成一項(xiàng)長(zhǎng)期協(xié)議，從2025年開始，寧德時(shí)代將為寶馬集團(tuán)“新世代”車型架構(gòu)的純電車型供應(yīng)圓柱電池。根據(jù)協(xié)議，寧德時(shí)代將為寶馬供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)直徑為46毫米的新型圓柱電池，這些產(chǎn)品將在位于中國(guó)和歐洲的兩座電池工廠生產(chǎn)，每座工廠供應(yīng)寶馬的年產(chǎn)能高達(dá)20GWh。
業(yè)內(nèi)人士表示，寧德時(shí)代在溧陽有圓柱產(chǎn)線，2021年產(chǎn)量約2-3GWh。對(duì)寧德時(shí)代來講，切入圓柱電池的速度會(huì)比預(yù)期要快。
此外，江淮汽車(600418.SH)、蜂巢能源、比克電池等在大圓柱電池方面均有布局。另有新勢(shì)力和一些老牌企業(yè)，目前主要還在做圓柱電池的前期研究。
2.2.3技術(shù)迭代速度快，4680難成圓柱電池終極形態(tài)
從各大廠商加速布局4680的動(dòng)向來看，大家并不懷疑特斯拉在電池層面的選擇。光大證券預(yù)計(jì)2025年特斯拉搭載4680電池的車型銷量將超160萬輛，占總銷量的近50%，裝機(jī)量預(yù)計(jì)達(dá)123GWh。
基于樂觀的商業(yè)前景預(yù)測(cè)下，有觀點(diǎn)稱4680很可能將成圓柱電池終極形態(tài)。第一財(cái)經(jīng)調(diào)研了解到，這種說法大概率是不成立的。
華安證券新能源與汽車首席分析師陳曉稱，說是最終形態(tài)有點(diǎn)兒絕對(duì)，當(dāng)前行業(yè)還處在發(fā)展階段，什么都有可能，大家都在摸索。
華東汽車新材料技術(shù)研究院研究員林澍文表示，在未來一段時(shí)間內(nèi)，大圓柱電池有可能與方形電池共存，正如目前三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池共存一樣，為用戶減少焦慮的多種技術(shù)探索都是有價(jià)值的。
2.3短刀電池
在2021年的蜂巢能源電池日上，該公司宣布將其電池全系“短刀”化，即薄長(zhǎng)條形方殼電池，涵蓋從L300-L600的全尺寸電池產(chǎn)品，覆蓋從無鈷、三元到磷酸鐵鋰全域化學(xué)體系。
據(jù)蜂巢能源，短刀電池電芯能量密度可達(dá)185Wh/kg，另外其兩側(cè)出極柱的電芯設(shè)計(jì)，可支持pack環(huán)節(jié)采用上下雙水冷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2C~4C快充性能，滿足800V高壓電氣架構(gòu)高端車型應(yīng)用，還能作為結(jié)構(gòu)件做CTP。同時(shí)，短刀電池還具備降低成本、易于散熱、安全性好等特點(diǎn)。
兼容性方面，由于短刀電池尺寸不是特別長(zhǎng)，電池布局可以更加靈活，從而實(shí)現(xiàn)A00-D級(jí)車型的全覆蓋，包括和大眾系推行的MEB模組相兼容。
2022年10月，搭載L600磷酸鐵鋰短刀電池的歐拉閃電貓上市。閃電貓可實(shí)現(xiàn)555km的續(xù)航里程，在確保電池高安全性的同時(shí)，保障低溫條件下續(xù)航功能。
2022年12月，蜂巢能源第三屆電池日發(fā)布了最新的電池解決方案——龍鱗甲電池。
該公司官網(wǎng)顯示，采用磷酸鐵鋰電芯的龍鱗甲電池系統(tǒng)體積成組效率大幅提升至76%，續(xù)航超過800公里；采用高錳鐵鎳電芯的續(xù)航超過900公里；采用三元電芯的續(xù)航超過1000公里，可幫助整車企業(yè)在有限的空間內(nèi)，進(jìn)一步拓展續(xù)駛里程的上限。
蜂巢能源稱，龍鱗甲電池還具備極致安全(采用底部防爆閥設(shè)計(jì)，可以使熱失控時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的高壓氣體快速釋放)、極致兼容(CTC、CTB、CTV等都可以與龍鱗甲設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合)、極致成本(減少了20%的結(jié)構(gòu)件，為電池包減重10-20公斤)、極致續(xù)航、極致性能五大優(yōu)勢(shì)。
據(jù)悉，龍鱗甲電池已確定搭載SUV和轎跑兩款重磅車型，將在2023年下半年量產(chǎn)上市。
2.4彈匣電池
2023年3月30日，廣汽埃安發(fā)布彈匣電池2.0電池安全技術(shù)，首次解決了多電芯瞬時(shí)短路、爆裂性破壞等極端環(huán)境下的電池安全難題。最重要的是，該技術(shù)成功通過槍擊試驗(yàn)，擊中后電池相鄰受體電芯最高溫度185℃，無熱蔓延，內(nèi)部?jī)H3個(gè)電芯機(jī)械結(jié)構(gòu)爆裂性損壞。
據(jù)介紹，彈匣電池2.0具備三大核心技術(shù)，包含使電芯溫升速率下降20%的超穩(wěn)電極界面，實(shí)現(xiàn)隔熱性能上升40%的阻熱相變材料，再加上頂部和底部同時(shí)冷卻的技術(shù)，電池組的傳熱路徑可縮短50%，散熱面積提升100%，冷卻效率提升80%。
值得注意的是，此次技術(shù)革新還帶來了電芯滅火系統(tǒng)。彈匣電池?fù)碛泻撩准?jí)超薄滅火板，可消除火星，形成惰性氛圍。埃安彈匣電池自裝車以來，搭載已超40萬輛依然零自燃。
相比于2021年的初代彈匣電池，彈匣電池2.0在電芯、模組以及整包層級(jí)均進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。尤其是在電芯材料層面，創(chuàng)新性地引入復(fù)合集流體的應(yīng)用。
復(fù)合集流體在電池內(nèi)短路時(shí)可通過熔斷、絕緣材料提供較大電阻，短時(shí)間內(nèi)切斷或降低短路電流，極大地避免了起火隱患，大幅提升了電池安全系數(shù)。
復(fù)合集流體分為正極復(fù)合鋁箔與負(fù)極復(fù)合銅箔。據(jù)高工鋰電，從廣汽埃安官方發(fā)布的復(fù)合集流體圖示來看，彈匣電池2.0應(yīng)用的是復(fù)合鋁箔。諾德股份研究院院長(zhǎng)丁瑜博士曾表示，復(fù)合鋁箔安全性優(yōu)勢(shì)突出，中期滲透率可達(dá)40%。
相關(guān)企業(yè)中，英聯(lián)股份在互動(dòng)平臺(tái)表示，2023年2月與江蘇高郵經(jīng)開區(qū)簽署《投資協(xié)議》，于高郵投資30.89億元建設(shè)100條復(fù)合銅箔、10條鋁箔生產(chǎn)線，項(xiàng)目建設(shè)期約3年，其中2023年計(jì)劃建設(shè)10條復(fù)合銅箔和1條鋁箔生產(chǎn)線。諾德股份復(fù)合鋁箔產(chǎn)品目前在小量給客戶送樣進(jìn)行交流，并已規(guī)劃安排中試線進(jìn)行量產(chǎn)可行性分析和成本核算。
03全新技術(shù)路線
隨著動(dòng)力電池行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，各大廠商的研發(fā)創(chuàng)新已不局限于對(duì)電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電芯方面的改造升級(jí)，更具性價(jià)比、創(chuàng)造力、前瞻性的技術(shù)不斷出現(xiàn)，如鈉離子電池、半固態(tài)電池(凝聚態(tài)電池)等，以及更具顛覆性的固態(tài)電池。
3.1鈉離子電池
相較于磷酸鐵鋰和三元鋰電池，鈉離子電池在成本、安全、快充和低溫性能上有較大優(yōu)勢(shì)。以中科納海為代表的專業(yè)初創(chuàng)企業(yè)，以及以寧德時(shí)代為代表的擁有成熟技術(shù)的鋰電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)紛紛進(jìn)入這一賽道。
目前，鈉離子電池在政策利好加持下正加速開啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，產(chǎn)業(yè)鏈也在穩(wěn)步完善中。但是，作為一個(gè)新興產(chǎn)物，鈉離子電池的技術(shù)和工藝仍面臨很多挑戰(zhàn)。
3.1.1 原料價(jià)格不足鋰的1%，降本仍不及預(yù)期
成本優(yōu)勢(shì)是鈉離子電池的一大亮點(diǎn)。
從原料儲(chǔ)備來看，鈉資源非常豐富，其在地殼中的豐度位于第6位。
豐富的原料儲(chǔ)備保障了供給穩(wěn)定，因此價(jià)格波動(dòng)也較小。WIND數(shù)據(jù)顯示，2022年以來碳酸鋰平均單價(jià)高于40萬/噸，而鈉離子電池所需的輕質(zhì)純堿價(jià)格還不足碳酸鋰的1%，僅維持在0.2萬-0.4萬元/噸。
從成本占比最高的正極材料來看，鈉離子電池的正極材料不僅無須使用昂貴的鋰鹽，還能采用銅基正極材料來避開價(jià)格較高的過渡金屬元素化合物。同時(shí)，負(fù)極材料可通過價(jià)格較低的無煙煤加工獲得，隔膜成本基本與鋰電池相近。
根據(jù)中科海鈉的綜合測(cè)算，鈉離子電池成本相較于磷酸鐵鋰電池可降低約30%-40%；目前，鈉離子電池尚處于發(fā)展階段，制造成本約為1元/Wh，與三元鋰電池相當(dāng)。中科海鈉預(yù)測(cè)，若行業(yè)迎來大規(guī)模量產(chǎn)，鈉離子電池成本有望降至0.2元-0.3元/Wh。
但從實(shí)際來看，由于鈉離子電池原材料、正負(fù)極配套尚未進(jìn)入規(guī)模化供應(yīng)，材料成本難以控制，目前電芯材料成本較理論更高，仍在0.7-1元/wh，磷酸鐵鋰成本相當(dāng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授高云智稱，大規(guī)模量產(chǎn)后，鈉離子電池材料成本如果控制在0.2-0.5元/wh左右將具備顯著成本優(yōu)勢(shì)。
其次，鈉離子電池的投入產(chǎn)出比相對(duì)鋰電池要低。
據(jù)天能控股集團(tuán)有限公司研發(fā)總監(jiān)何廣分析，現(xiàn)階段同樣的投資金額鈉離子電池只能產(chǎn)出鋰電70%的能量，如果疊加鈉離子電池售價(jià)相當(dāng)于鋰電池的70%，意味著當(dāng)前同樣的電芯產(chǎn)線投資額，產(chǎn)值只有鋰電的50%左右。
3.1.2 正極路線尚未明晰
與鋰電池相比，鈉離子電池變化最大的部分就是正極材料，正極材料也是決定電池能量密度、安全性、循環(huán)壽命等能的關(guān)鍵因素。
鈉離子電池正極材料主要有三種：層狀氧化物、普魯士藍(lán)類化合物、聚陰離子化合物。
層狀氧化物擁有高比容量?jī)?yōu)勢(shì)，但由于鈉離子在脫嵌過程中，層狀金屬氧化物易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或相轉(zhuǎn)變導(dǎo)致電池循環(huán)性能衰減，因此需摻雜Mn、Fe、Ni等電化學(xué)活性元素，依靠不同陽離子氧化還原電對(duì)的特性互補(bǔ)，提升材料的穩(wěn)定性。
普魯士藍(lán)類材料常溫即可制作，合成簡(jiǎn)單方便，理論充放電比容量可達(dá)170mAh/g，高于層狀氧化物材料的120-150mAh/g、聚陰離子化合物的約120mAh/g。但由于其結(jié)構(gòu)中的Fe(CN)6空位易和晶格水分子形成化合物，結(jié)晶水難以除去，使得普魯士藍(lán)在實(shí)際應(yīng)用中容易存在比容量低、效率不高、倍率較差和循環(huán)不穩(wěn)定等問題。
聚陰離子類化合物根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽、NASCICON(Na+快離子導(dǎo)體)化合物和磷酸鹽化合物。常見的聚陰離子化合物比容量偏低，但橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵納(NaFePO4)理論比容量可達(dá)154mAh/g，制備方法與磷酸鐵鋰類似，自身電導(dǎo)率較低的問題則需要通過納米化和碳包覆來改善。
對(duì)于鈉離子電池正極材料三條技術(shù)路線的發(fā)展前景，行業(yè)人士看法各異。
“目前關(guān)注度較高的正極路線有兩條，一條是中科海納采用的層狀氧化物工藝，另一條是寧德時(shí)代采用的普魯士白( 普魯士藍(lán)類化合物的一種) 工藝路線。”滬上某基金公司主動(dòng)權(quán)益投資部總監(jiān)稱。此前，寧德時(shí)代在第一代鈉離子電池發(fā)布會(huì)上也表示，普魯士白和層狀氧化物兩類材料最具潛在商業(yè)化價(jià)值。
第一財(cái)經(jīng)調(diào)研，目前關(guān)注度較高的是層狀氧化物、聚陰離子路線，"普魯士藍(lán)也有，但要解決的問題挺大，因?yàn)橐玫接卸镜脑牧?，不是一般企業(yè)能做得了。"
但當(dāng)下層狀氧化物路線的產(chǎn)業(yè)化速度領(lǐng)先是業(yè)內(nèi)共識(shí)。
“現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)化相對(duì)比較成熟的正極材料肯定是層狀氧化物，因?yàn)樗男詢r(jià)比相對(duì)來說會(huì)高一些?！币晃辉谀戏侥冲i礦企業(yè)負(fù)責(zé)鈉離子電池生產(chǎn)的人士表示，性價(jià)比主要體現(xiàn)在原材料成本、制備成本以及與現(xiàn)有正極材料產(chǎn)線的適配性更好。
上海交大博士生導(dǎo)師、浙江鈉創(chuàng)技術(shù)顧問李林森教授此前在接受采訪時(shí)表示，層狀氧化物可能是最容易率先實(shí)現(xiàn)萬噸級(jí)制造的正極技術(shù)路線，現(xiàn)在的鋰電三元材料廠都已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，從鎳鐵錳氫氧化物前驅(qū)體轉(zhuǎn)換成鎳鐵錳酸鈉這個(gè)方向是最快的，2023年就有大規(guī)模制造的產(chǎn)品出現(xiàn)。
對(duì)于中長(zhǎng)期的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，上述錳企人士認(rèn)為，中長(zhǎng)期來看三條路線都會(huì)有，但各自迭代的方向會(huì)有不同，新興產(chǎn)物需要通過市場(chǎng)的長(zhǎng)期檢驗(yàn)，才能最終看出哪個(gè)性價(jià)比高，哪個(gè)在某些特定應(yīng)用場(chǎng)景有自己的優(yōu)勢(shì)，只有把市場(chǎng)培育起來，發(fā)展路徑才會(huì)更清晰。上述基金公司主動(dòng)權(quán)益投資部總監(jiān)則表示，最終還是要看誰能先突破能量密度和循環(huán)壽命瓶頸。
從市場(chǎng)空間來看，中金公司認(rèn)為層狀氧化物和聚陰離子化合物路線或更勝一籌。
該機(jī)構(gòu)稱，層狀氧化物和聚陰離子型分別適配動(dòng)力、儲(chǔ)能場(chǎng)景，到2025年，層狀正極、聚陰離子正極需求量分別有望達(dá)到8.4萬、8.7萬噸；普魯士藍(lán)類材料則要在解決制備過程的結(jié)晶水問題后，才能進(jìn)一步得到應(yīng)用。
3.1.3 產(chǎn)業(yè)化逐步啟動(dòng)
總體來看，當(dāng)前鈉離子電池技術(shù)還不是特別成熟。中南大學(xué)唐有根教授認(rèn)為，鈉離子電池可以借鑒鋰電池的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，避免走彎路，可能3-5年就能達(dá)到鋰電池20年的效果。
目前，在非上市公司中，中科海鈉產(chǎn)業(yè)化最為領(lǐng)先，2023年2月23日，中科海鈉宣布產(chǎn)品在江淮思皓EX10花仙子上首次實(shí)現(xiàn)了裝車。
上市公司中，2021年7月，寧德時(shí)代發(fā)布第一代鈉離子電池，電芯單體能量密度達(dá)到160Wh/kg，為全球最高水平；常溫下充電15分鐘電量可達(dá)80%。據(jù)悉公司下一代鈉離子電池能量密度有望突破200Wh/kg。
2022年7月，公司在互動(dòng)平臺(tái)表示，致力于推進(jìn)鈉離子電池2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
此外，鵬輝能源(300438.SZ)選擇重點(diǎn)攻堅(jiān)聚陰離子方向，公司研發(fā)的無負(fù)極磷酸釩鈉體系能力密度超160wh/kg，并推出循環(huán)壽命在6000次以上的量產(chǎn)產(chǎn)品。
除電池外，另有多家上市公司覆蓋正極、負(fù)極等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
正極材料方面，振華新材(688707.SH)已具備層狀氧化物材料千噸級(jí)生產(chǎn)能力；容百科技(688005.SH)也已具備納電正極噸級(jí)生產(chǎn)能力，正在配合下游客戶規(guī)劃開發(fā)的鈉離子電池。負(fù)極材料方面，杉杉股份(600884.SH)的硬碳石墨復(fù)合材料已進(jìn)入中試階段；璞泰來(603659.SH)在硬碳負(fù)極、鈉電涂覆薄膜等方面均有技術(shù)積累。
3.2半固態(tài)電池
固態(tài)電池“難產(chǎn)”，折中產(chǎn)品半固態(tài)電池率先迎來量產(chǎn)契機(jī)。
2022年7月，工業(yè)和信息化部新聞發(fā)言人、總工程師田玉龍表示，半固態(tài)電池接近量產(chǎn)狀態(tài)。第一財(cái)經(jīng)采訪獲悉，孚能科技(688567.SH)、國(guó)軒高科(002074.SZ)、衛(wèi)藍(lán)新能源等多家鋰電廠商已有較成熟產(chǎn)品在手，年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)裝車。
3.2.1液態(tài)電池與全固態(tài)電池的折中產(chǎn)品
固態(tài)電池可以分為三類——液體電解質(zhì)質(zhì)量百分比
基于規(guī)?；?、商業(yè)化、成本等方面仍存諸多問題，全固態(tài)電池“可能在2030年前都很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)”，半固態(tài)電池得以率先步入市場(chǎng)。
與液態(tài)電池相比，半固態(tài)電池在安全性、能量密度與循環(huán)壽命方面更具優(yōu)勢(shì)。
液態(tài)電解液被看作電池起火自燃的罪魁禍?zhǔn)?，而半固態(tài)電池中的液態(tài)物質(zhì)大幅減少，當(dāng)電池發(fā)生損壞、被穿刺時(shí)，或在一定程度上減輕自燃或者產(chǎn)生爆炸等情況，提升安全性。
同時(shí)，電池重量也將隨著液體的減少而降低。原先由隔膜、電解液填充的正負(fù)極之間的距離在半固態(tài)電池中可以縮短到只有幾到十幾個(gè)微米，厚度大幅減少，進(jìn)而提升儲(chǔ)存能量和能量密度。
循環(huán)壽命方面，公開資料顯示，目前半固態(tài)電池常溫循環(huán)2000次、容量保持率85%以上，高于普通液態(tài)電池循環(huán)1200次，以及80%左右的容量保持率。
北汽集團(tuán)副總經(jīng)理廖振波認(rèn)為，當(dāng)固混電池中含有5%-10%液態(tài)時(shí)應(yīng)該是比較安全的，同時(shí)能量密度也滿足汽車企業(yè)的要求，建議電池企業(yè)盡快將固混電池產(chǎn)業(yè)化，為整車企業(yè)提供安全可靠的固混電池。
浙江鋒鋰新能源總經(jīng)理許曉雄甚至表示，固液混合的半固態(tài)電池或是動(dòng)力電池領(lǐng)域的終級(jí)路線。
3.2.2 即將迎來量產(chǎn)裝車關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)
歐陽明高曾預(yù)計(jì)，2025-2030年將是半固態(tài)電池取得大發(fā)展的黃金時(shí)期。而在一眾動(dòng)力電池企業(yè)推動(dòng)下，半固態(tài)電池年內(nèi)就將迎來量產(chǎn)裝車的關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)。
此前在2020年底左右，衛(wèi)藍(lán)新能源的半固態(tài)電池已用于北汽EU260車型，清陶科技則用于北汽樣車和哪吒U。彼時(shí)電池包能量密度僅約200Wh/kg。
目前，衛(wèi)藍(lán)新能源正在與蔚來合作，計(jì)劃基于蔚來ET7推出單次充電續(xù)航1000km的混合固液電解質(zhì)電池，且該電池預(yù)計(jì)于2023年上半年開始量產(chǎn)。
上市公司方面，國(guó)軒高科(002074.SZ)工程研究院總院副院長(zhǎng)徐興無在公司第11屆科技大會(huì)上透露，公司研發(fā)的單體能量密度高達(dá)360Wh/kg、系統(tǒng)能量密度達(dá)到260Wh/kg的半固態(tài)電池將在2022年實(shí)現(xiàn)裝車。同時(shí)，公司研發(fā)的400Wh/kg三元半固態(tài)電池目前在實(shí)驗(yàn)室已有原型樣品。
軟包電池龍頭孚能科技(688567.SH)在半固態(tài)電池研發(fā)方面也取得了突破。
2022年1月，孚能科技在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司第一代半固態(tài)電池(能量密度330Wh/Kg)送樣給整車廠客戶獲得了良好反饋，已經(jīng)具備量產(chǎn)條件，將根據(jù)客戶需求決定量產(chǎn)時(shí)間。
孚能科技稱，固態(tài)電池被認(rèn)為是下一代鋰電池技術(shù)的重要發(fā)展方向。作為達(dá)成此結(jié)果的必經(jīng)之路，半固態(tài)電池是每個(gè)入局者必須面臨的一次測(cè)驗(yàn)。
3.3凝聚態(tài)電池
2022年8月，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱在世界新能源汽車大會(huì)上透露，寧德時(shí)代計(jì)劃在2023年推出新一代電池電芯：凝聚態(tài)電池。
業(yè)內(nèi)人士介紹，凝聚態(tài)電池可能也是屬于半固態(tài)電池的一種，電解質(zhì)是凝聚態(tài)，含有液態(tài)成分，沒有流淌性但具有很強(qiáng)的粘附性。而半固態(tài)電池是從傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池向固態(tài)電池發(fā)展過程中的過渡路線，也是必經(jīng)的路線。
公開資料顯示，凝聚態(tài)電池具備高能量密度、快速充電能力。
與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，凝聚態(tài)電池每單位體積或重量可以儲(chǔ)存更多能量，這使得它們非常適合需要高儲(chǔ)能能力的電動(dòng)汽車。據(jù)寧德時(shí)代介紹，這一新型電池能量密度超過500Wh/kg，明顯高于目前常規(guī)鋰離子電池的能量密度。同時(shí)，該電池可在數(shù)分鐘內(nèi)完成充電。
2023年3月，寧德時(shí)代在2022年業(yè)績(jī)說明會(huì)上表示，對(duì)比全固態(tài)電池，寧德時(shí)代的凝聚態(tài)電池可更快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，且實(shí)現(xiàn)高比能與高安全兼得。
產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)上市公司中，道氏技術(shù)(300409.SZ)在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司的碳材料產(chǎn)品石墨烯導(dǎo)電劑和碳納米管導(dǎo)電劑可以應(yīng)用于凝聚態(tài)電池。
04配套技術(shù)創(chuàng)新
除了動(dòng)力電池本身，相關(guān)配套設(shè)施也在快速升級(jí)迭代中，能顯著提升補(bǔ)能效率的800V高電壓快充漸成主流，各車企紛紛迭代跟進(jìn)800V架構(gòu)。
4.1 800V高壓快充
解決新能車?yán)锍探箲]，提升續(xù)航里程和充電速率是兩大主要途徑。
當(dāng)前，主流車型的續(xù)航里程可達(dá)400km以上，比亞迪EV和極狐阿爾法S甚至超過700km，基本滿足駕駛者的日常需求，想要再有跨越式發(fā)展難度較大且邊際效用遞減。提升充電效率成為另一發(fā)力點(diǎn)。
4.1.1 高電壓成實(shí)現(xiàn)快充主要方式
所謂“快充”是相對(duì)于交流慢充而言，在業(yè)內(nèi)并沒有清晰的定義。至于充電速度的快慢，則由充電功率決定。
快充可通過充電功率的增大來實(shí)現(xiàn)，充電功率則由電流和電壓共同決定【功率(kW)=電壓(V)*電流(A)】。因此，高電壓、大電流是實(shí)現(xiàn)快充的主要方式。
由于大電流能量損失嚴(yán)重、轉(zhuǎn)化效率低，還會(huì)對(duì)熱管理系統(tǒng)造成較大負(fù)擔(dān)，高電壓被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)快充的主要途徑。
800V快充作為高電壓快充的主流，共有三種實(shí)現(xiàn)方式，分別是純800V電壓平臺(tái)、800V電池組搭載DC/DC轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)400V低壓電池組，各有優(yōu)劣。
純800V電壓平臺(tái)能量轉(zhuǎn)換效率高，但原本的IGBT電驅(qū)功率芯片需要全部用SiC替代，零部件成本高；800V電池組搭載DC/DC(指將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓)轉(zhuǎn)換器則繼續(xù)使用當(dāng)前的架構(gòu)，車端改造費(fèi)用低，但電壓經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換后會(huì)損失部分能量，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率低；兩個(gè)400V低壓電池組采用串并聯(lián)的形式，即充電時(shí)串聯(lián)800V、放電時(shí)并聯(lián)400V，這種方式僅需改造BMS(電池管理系統(tǒng))，成本低，但充電效率提升有限。
民生證券根據(jù)搭載800V架構(gòu)的已上市車型預(yù)測(cè)，2022年國(guó)內(nèi)800V快充車型的銷量約5萬輛，滲透率達(dá)3%，2025年銷量達(dá)99.9萬輛，3年CAGR達(dá)270.9%，滲透率達(dá)到30%。
4.1.2 多方聯(lián)動(dòng)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同
快充的應(yīng)用普及，需要電池、車、樁三方共同努力。
電池方面，孚能科技(688567.SH)作為國(guó)內(nèi)首個(gè)擁有可量產(chǎn)的800V高電壓平臺(tái)的企業(yè)，其800V快充系統(tǒng)有望于年內(nèi)在某品牌裝車，于2023年初交付用戶。
欣旺達(dá)開發(fā)的800V平臺(tái)快充電池可同時(shí)支持三元和磷酸鐵鋰路線。其副總裁張耀2022年3月在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇上表示，欣旺達(dá)2022年底量產(chǎn)的BEV超級(jí)快充電池續(xù)航里程可達(dá)到700公里，充電10分鐘續(xù)航可達(dá)到400公里，不限快充次數(shù)，做到不起火無熱蔓延。
據(jù)天風(fēng)證券，欣旺達(dá)下游配套主打快充的理想L9、小鵬G9兩款車型，未來有望憑借快充優(yōu)勢(shì)在動(dòng)力電池市場(chǎng)占據(jù)一席之地。
汽車方面，2019年保時(shí)捷推出了第一臺(tái)800V快充量產(chǎn)車型Taycan，最大充電功率可達(dá)350KW，5%-80%SOC充電時(shí)間約23分鐘，此后各大車企紛紛開始搶占快充領(lǐng)域的高地，僅2021年，就有極狐、比亞迪、嵐圖、小鵬等車企發(fā)布800V技術(shù)。
充電樁方面，據(jù)星星充電高級(jí)副總裁李宏慶介紹，2018年之后建設(shè)的所有公共充電場(chǎng)站都支持到了1000V，電壓范圍在200V-1000V，恒功率段是300V-1000V，對(duì)于800V車型的兼容完全可以做到。隨著投建的進(jìn)一步擴(kuò)大以及對(duì)前期場(chǎng)站的改造升級(jí)，消費(fèi)者可以放心地在公共充電場(chǎng)站享受800V車型帶來的充電便利。
特銳德(300001.SZ)則在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司在市場(chǎng)上的布局也是以快充為主，特來電的群管群控系統(tǒng)，每個(gè)變壓器為800-1000kVA。同時(shí)，廣汽埃安的超級(jí)快充系特來電研發(fā)生產(chǎn)。
4.1.3 材料和零部件升級(jí)打開空間
800V快充的廣泛應(yīng)用離不開電池電芯倍率性能的提升。
據(jù)天風(fēng)證券，目前主流的動(dòng)力電池包已能支持2C充電倍率，往上提升類似木桶效應(yīng)，短板在負(fù)極，負(fù)極析鋰問題還待解決。由于硅的析鋰風(fēng)險(xiǎn)小，且相較于碳所能接受的0.1V電壓，硅可忍受0.4V，采用硅負(fù)極是解決負(fù)極短板的方法之一。
貝特瑞(835185.BJ)自主研發(fā)的氧化亞硅表面改性技術(shù)、高容量硅碳產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，可改善電池的放電倍率和循環(huán)行為。
解決負(fù)極問題的另一種方法是對(duì)石墨材料進(jìn)行改性處理，比如表面涂覆、混合無定型碳等。
2019年，璞泰來(603659.SH)在溧陽自建炭化產(chǎn)能以滿足高端產(chǎn)品對(duì)快充的需求。同時(shí)，硅負(fù)極量產(chǎn)帶動(dòng)PAA粘結(jié)劑需求，璞泰來則參股了PAA龍頭茵地樂。
此外，導(dǎo)電劑碳納米管CNT可同時(shí)應(yīng)用在石墨材料和硅負(fù)極中，對(duì)石墨負(fù)極的作用是可以加CNT改性，而硅負(fù)極離子導(dǎo)電性較差，需添加單壁碳管改善。天奈科技(688116.SH)和道氏技術(shù)(300409.SZ)在碳納米管、單壁管領(lǐng)域均有布局。
電壓平臺(tái)從400V提升至800V，充電端零部件也需升級(jí)改造。
例如，上文提到的拉高純800V電壓平臺(tái)成本的SiC功率器件。比亞迪半導(dǎo)體作為國(guó)內(nèi)首批自主研發(fā)并量產(chǎn)應(yīng)用SiC器件的公司，在2022年6月推出1200V1040ASiC功率模塊。該產(chǎn)品在不改變?cè)心K封裝尺寸的基礎(chǔ)上將模塊功率大幅提升了近30%，主要應(yīng)用于新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。均勝電子(600699.SH)是全球最早實(shí)現(xiàn)高壓平臺(tái)產(chǎn)品量產(chǎn)的供應(yīng)商之一，覆蓋400V/800V多合一高壓快充平臺(tái)產(chǎn)品和800V高壓電池管理系統(tǒng)(BMS)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，2022年新獲800V高壓平臺(tái)項(xiàng)目訂單超90億元，預(yù)計(jì)2023年開始量產(chǎn)，率先打開未來高壓快充市場(chǎng)的增量通道。
同時(shí)，熔斷器、薄膜電容、繼電器、高壓連接器等元件需求量也會(huì)隨著800V高電壓充電的放量而增長(zhǎng)。民生證券預(yù)計(jì)，這四類產(chǎn)品2025年市場(chǎng)空間分別可達(dá)5.38億、19.37億、30億、64.58億元。
4.2全極耳
極耳是軟包鋰離子電池產(chǎn)品的一種組件。電池分為正極和負(fù)極，極耳就是從電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)電體，即電池進(jìn)行充放電時(shí)的接觸點(diǎn)。、
極耳可以分為單極耳、雙極耳/多極耳和全極耳。其中，國(guó)內(nèi)圓柱電池形成了全極耳軟連接與硬連接兩種主流形式，軟連接方式是指集流盤帶有一段極耳連接殼體，而硬連接即為“無極耳”。
特斯拉的4680電池采用的即是“無極耳”結(jié)構(gòu)，但“無極耳”電池也并非真的沒有極耳，而是直接利用整個(gè)集流體尾部作為極耳，并通過蓋板(即集流盤)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增大極耳傳導(dǎo)面積及其連接處的連接面積，并縮短了極耳傳導(dǎo)距離。
相較于單極耳，全極耳倍率性能和安全性能更佳。
全極耳電極高度通常是電極長(zhǎng)度的5%-20%，因此電阻相較單極耳減少了5-20倍，從而提高了傳輸效率，較大提高了電池的倍率性能，如以色列StoreDot的4680電池可在10分鐘內(nèi)充滿電。
同時(shí)，全極耳在電池內(nèi)部沒有集中發(fā)熱點(diǎn)，熱在內(nèi)部均勻分布，對(duì)于電池的整包有熱管理上的優(yōu)勢(shì)，因此全極耳設(shè)計(jì)安全性能更佳。
高性能也帶來了高要求，全極耳設(shè)計(jì)對(duì)涂布、分切、卷繞、焊接等工藝要求更加嚴(yán)格，并新增了揉平工藝。
其中，相比傳統(tǒng)電池單極耳使用脈沖激光器進(jìn)行點(diǎn)焊，4680圓柱電池的全極耳結(jié)構(gòu)采用連續(xù)激光器進(jìn)行面焊，焊接工序從5道增加至7道，單GWh電池產(chǎn)線增加了5臺(tái)焊接設(shè)備，且焊接數(shù)量是2170電池電極的5倍以上。
據(jù)相關(guān)公司公告，聯(lián)贏激光(688518.SH)4680電池激光焊站樣機(jī)已完成設(shè)計(jì)生產(chǎn)進(jìn)入工藝實(shí)驗(yàn)階段，并根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行整線設(shè)計(jì)；海目星(688559.SH)高速激光制片機(jī)在行業(yè)內(nèi)率先量產(chǎn)，已進(jìn)入特斯拉供應(yīng)鏈。
新增揉平工藝的原因是，在4680大圓柱電池的制造中，需要將卷芯的斷面揉平整后再與極板焊接?，F(xiàn)有的揉平方式主要包括超聲波震動(dòng)直接壓平和旋轉(zhuǎn)的揉平輪直接摩擦電池極耳面，極耳在揉平過程中存在很多技術(shù)難點(diǎn)。因此，相關(guān)企業(yè)圍繞技術(shù)難點(diǎn)提出了三大解決方案，分別是機(jī)械揉平、超聲波揉平+機(jī)械揉平、免揉平。
億緯鋰能(300014.SZ)CN113113735A專利提出設(shè)置揉平輪、偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來形成揉平裝置；逸飛激光的CN110518184B專利在揉平單元分成超聲波揉平和機(jī)械揉平兩個(gè)子單元，同時(shí)，逸飛激光還提出了免揉平方案，即在涂布之后再邊緣空白處涂抹絕緣材料，絕緣材料與活性物質(zhì)水平高度一致，使得卷繞后集流體形成完整平面。
PART 2 動(dòng)力電池材料創(chuàng)新
01正極材料
正極材料是提高動(dòng)力電池性能的關(guān)鍵。例如，正極材料的表面特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性很大程度上決定了動(dòng)力電池的安全性能和循環(huán)次數(shù)；電壓平臺(tái)、克容量和壓實(shí)密度等影響著動(dòng)力電池的能量密度。
同時(shí)，正極材料也是動(dòng)力電池所有環(huán)節(jié)中成本最大的部分，占比高達(dá)40%以上。隨著上游原料價(jià)格的飛速增長(zhǎng)，在提升電池性能的基礎(chǔ)上，正極材料廠商對(duì)降本技術(shù)的研發(fā)也迫在眉睫。
目前，磷酸鐵鋰與三元材料仍為正極材料市場(chǎng)中的主流選擇，而低成本、高電壓的新型正極材料也接連出現(xiàn)。比如，升級(jí)領(lǐng)域涵蓋磷酸鐵鋰、三元材料的錳基正級(jí)，以及漸成動(dòng)力電池主流應(yīng)用的單晶三元。
1.1錳基正級(jí)
鎳、鈷、鋰等新能源金屬的價(jià)格上漲倒逼電池廠不斷探尋新的電池材料和技術(shù)，錳在電池領(lǐng)域的應(yīng)用正得到市場(chǎng)越來越多關(guān)注。其中，具備高電壓特性的錳基電池材料有望成為電池能量密度的突破點(diǎn)。
目前常見的錳基電池材料包括磷酸錳鐵鋰、鎳錳酸鋰、富鋰錳基和錳酸鋰。從能量密度來看，富鋰錳基＞磷酸錳鐵鋰＞鎳錳酸鋰＞錳酸鋰。因此，磷酸錳鐵鋰、鎳錳酸鋰、富鋰錳基可用于動(dòng)力電池，錳酸鋰則多用于兩輪車或消費(fèi)領(lǐng)域。
相較于市面上主流的磷酸鐵鋰和三元?jiǎng)恿﹄姵兀唠妷?、成本低、循環(huán)壽命短是錳基電池的共同特性。
1.1.1 磷酸錳鐵鋰：摻雜使用才是王道？
磷酸錳鐵鋰是磷酸鐵鋰的升級(jí)方向之一。與磷酸鐵鋰相比，磷酸錳鐵鋰電壓平臺(tái)可達(dá)3.8V-4.1V左右，高于磷酸鐵鋰的3.4V，在克容量幾乎相同的情況下，能量密度可提升約20%。同時(shí)，磷酸錳鐵鋰的主要原材料為錳系化合物，錳含量約40%，并非稀缺資源，中銀證券測(cè)算原料成本可較磷酸鐵鋰低約28%。
但是，磷酸錳鐵鋰目前仍存在“硬傷”。由于導(dǎo)電性差、電阻高，磷酸錳鐵鋰在充放電過程中的極化程度較大，電池的循環(huán)次數(shù)較磷酸鐵鋰減少了約1000次。為此，業(yè)界正在通過碳包覆、離子摻雜等材料改性技術(shù)努力彌補(bǔ)短板。
“錳基電池只會(huì)適當(dāng)占有市場(chǎng)，是輔助產(chǎn)品，不會(huì)成為主流?！庇行履茉捶治鰩熣J(rèn)為，比如磷酸錳鐵鋰具有與三元5系相近的能量密度，二者混合后在提升電池安全性和使用壽命的同時(shí)，還能進(jìn)一步優(yōu)化成本，在未來2-3年更多會(huì)以復(fù)配三元材料的方式加以應(yīng)用。
中金公司預(yù)計(jì)，磷酸錳鐵鋰作為磷酸鐵鋰和三元5系的潛在替代材料，預(yù)計(jì)到2025年，在電動(dòng)車領(lǐng)域磷酸錳鐵鋰對(duì)磷酸鐵鋰替代需求將達(dá)到56GWh；與三元復(fù)合搭配需求將達(dá)到28GWh，總體需求量約為84GWh。
中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員夏永高表示，當(dāng)時(shí)比亞迪舍棄磷酸錳鐵鋰技術(shù)的原因之一就是單獨(dú)使用會(huì)面臨一些難題。磷酸錳鐵鋰電池的材料粒徑需要做到50納米，粒徑小就易吸水，壓實(shí)密度也會(huì)降低，但與三元鋰電池配合使用有不錯(cuò)的效果。
2022年7月，容百科技在戰(zhàn)略新品發(fā)布會(huì)上展示了4種磷酸錳鐵鋰和高鎳三元混合使用的產(chǎn)品。
具體來看，不同的摻雜比例所達(dá)到的能量密度也不同。當(dāng)磷酸錳鐵鋰占比95%時(shí)，電池能量密度為210Wh/kg，主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是磷酸鐵鋰市場(chǎng)；當(dāng)磷酸錳鐵鋰占比僅5%時(shí)，電池能量密度高達(dá)270Wh/kg，主要應(yīng)用市場(chǎng)為高鎳三元迭代產(chǎn)品。
民生證券測(cè)算，中性、樂觀情景下，2025年全球動(dòng)力電池和兩輪車領(lǐng)域復(fù)配方案的磷酸錳鐵鋰需求量分別為11.43萬、15.41萬噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間分別為75.45億、101.67億元，2022-2025年CAGR分別為229.39%、264.82%。
1.1.2 富鋰錳基：最具前景的動(dòng)力電池用正極材料之一
富鋰錳基在2V-4.8V電壓平臺(tái)基礎(chǔ)上的比容量可超200mA·h/g，是目前所用正極材料實(shí)際容量的兩倍左右，被認(rèn)為是繼磷酸鐵鋰和三元材料之后最具前景的動(dòng)力電池用正極材料。
但富鋰錳基充放電效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差，使用過程中還會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的電壓衰減，且4.8V高壓電解液是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的研發(fā)工作，這在一定程度上降低了其高比容量帶來的優(yōu)越性。
目前，富鋰錳基整體還處在研發(fā)階段。
中信建投數(shù)據(jù)顯示，截至2022年4月，富鋰錳基處于有效、實(shí)質(zhì)審查和公開狀態(tài)的專利數(shù)共有1000余個(gè)，主要集中在中國(guó)。其中，中南大學(xué)、福建師范大學(xué)、湖南妙勝汽車電源有限公司專利規(guī)模位居前三位。申請(qǐng)專利的年份自2010年起，集中爆發(fā)于2017年之后。
中信建投認(rèn)為，若高性能的富鋰錳基材料能夠得以應(yīng)用，理論上可以替代三元正極和部分鐵鋰正極，甚至創(chuàng)造出更多增量。同時(shí)，富鋰正極搭配高鋰含量負(fù)極也是材料應(yīng)用方面的亮點(diǎn)之一。
1.1.3 產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)布局一覽
中信證券認(rèn)為，率先發(fā)力新型錳基材料研發(fā)生產(chǎn)的正極企業(yè)和向下游電池材料延伸的錳產(chǎn)品制造商將受益，并建議圍繞這兩條主線進(jìn)行投資。
從最上游的錳資源開采來看，青島中程(300208.SZ)持有東帝汶錳礦約476公頃，目前勘探面積為103.47公頃，儲(chǔ)量約34萬噸，錳含量約為45%-60%；三峽水利(600116.SH)則擁有錳礦開采、電解錳生產(chǎn)加工及銷售的完整產(chǎn)業(yè)鏈。
原料加工企業(yè)方面，五礦資本(600390.SH)擁有亞洲最大的四氧化三錳廠和國(guó)內(nèi)最大的電解金屬錳生產(chǎn)基地，市場(chǎng)占有率超50%；紅星發(fā)展(600367.SH)子公司大龍錳業(yè)主要生產(chǎn)一次電池和鋰電池用的電解二氧化錳(錳酸鋰的主要原材料)、三元正極材料使用的高純硫酸錳等產(chǎn)品；中鋼天源(002057.SZ)則是全球最大的四氧化三錳制造商。
另有錳產(chǎn)品制造商已開始積極向下游拓展電池材料業(yè)務(wù)。
湘潭電化(002125.SZ)是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的電解二氧化錳生產(chǎn)企業(yè)，電解二氧化錳年產(chǎn)12.2萬噸。公司正在布局錳酸鋰、四氧化三錳等錳系新能源電池材料。為了節(jié)約資本，公司正在湖南、廣西等地尋找低成本、安全性高的優(yōu)質(zhì)錳礦資源，現(xiàn)已取得湘潭楠木沖錳業(yè)有限公司51%的控股權(quán)、廣西靖西市愛屯錳礦普查探礦權(quán)，楠木沖錳礦復(fù)產(chǎn)后，有望為公司提供資源保障。
磷酸錳鐵鋰正極材料方面，德方納米(300769.SZ)進(jìn)度較為領(lǐng)先。公司現(xiàn)具有百噸級(jí)別的中試線，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)送樣電池廠，電池端測(cè)試已基本完成，現(xiàn)已進(jìn)入車端驗(yàn)證階段。當(dāng)升科技(300073.SZ)、廈鎢新能(688778.SH)則仍處于小試階段。有業(yè)內(nèi)人士稱，磷酸錳鐵鋰目前沒有規(guī)模化應(yīng)用，但應(yīng)該很快會(huì)提上議程。
電池企業(yè)方面，2021年“寧王”也已悄然布局磷酸錳鐵鋰材料業(yè)務(wù)。
此外，2023年3月15日，國(guó)軒高科在日本電池展覽活動(dòng)上亮相了兩款磷酸錳鐵鋰化學(xué)產(chǎn)品——L300、L600。據(jù)悉，上述兩款產(chǎn)品均采用行業(yè)內(nèi)先進(jìn)的磷酸錳鐵鋰化學(xué)體系，相比于磷酸鐵鋰，該體系同樣具有高安全性能，且現(xiàn)階段能量密度最高可達(dá)240Wh/kg，體積能量密度超過500Wh/L。
富鋰錳基方面，國(guó)內(nèi)已有多家公司儲(chǔ)備了相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)。容百科技、當(dāng)升科技目前已進(jìn)入小試階段。多氟多、振華新材等企業(yè)據(jù)悉也開展了富鋰錳基相關(guān)研發(fā)工作。
1.2單晶三元
單晶化路線作為提升動(dòng)力電池正極材料能量密度的主要方式之一，市場(chǎng)滲透率逐步提升。
據(jù)鑫欏咨詢，中國(guó)單晶三元在三元正極材料市場(chǎng)中的占比從2019年的20%左右，上升至2022年前四個(gè)月的42.7%，2022全年的市占率將保持在40%以上。
渤海證券等多家研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，三元材料的單晶化與高鎳化路線將殊途同歸，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，高鎳低鈷乃至高鎳無鈷的單晶三元材料體系將會(huì)成為國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池主流應(yīng)用品種。
1.2.1 單晶中鎳：當(dāng)前性價(jià)比突出
從國(guó)內(nèi)各型號(hào)電池單晶材料占比來看，單晶中鎳占比較高。其中，5系占比最高，6系排名第二但占比逐漸增加，主要代表產(chǎn)品為Ni55(55/15/30)和Ni65(65/7/28)。
為什么中鎳成為當(dāng)前主流？
首先，從能量密度來看，通過提高電壓平臺(tái)，單晶中鎳6系能量密度與多晶鎳8系產(chǎn)品基本持平。廈鎢新能此前發(fā)布公告稱，公司6系高電壓對(duì)標(biāo)8系高鎳，7系高電壓對(duì)標(biāo)9系超高鎳。
其次，從成本來看，Ni65高電壓三元與Ni8系高鎳三元相比，用22%的錳替代了18%的鎳和4%的鈷。而錳價(jià)遠(yuǎn)低于鎳價(jià)和鈷價(jià)，wind數(shù)據(jù)顯示，2022年7月底，錳、鎳、鈷價(jià)格分別為7126元/噸、18.01萬元/噸、33.7萬元/噸。華安證券表示，由于單晶中鎳產(chǎn)品鎳鈷用量較少，在近期鎳鈷價(jià)格擾動(dòng)下具備一定成本優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，單晶6系毛利率已接近高鎳三元，體現(xiàn)較強(qiáng)的定價(jià)能力和盈利水平。
最后，從安全性來看，單晶材料內(nèi)部沒有晶界，在多次循環(huán)后幾乎不會(huì)出現(xiàn)粉碎情況。據(jù)天風(fēng)證券，Ni55電芯即便在持續(xù)充放電過程中被針刺穿也僅僅是發(fā)煙、發(fā)熱而不會(huì)起火燃燒。欣旺達(dá)相關(guān)負(fù)責(zé)人透露，欣旺達(dá)采用單晶高電壓鎳5X體系材料，產(chǎn)熱較其它體系低至少18%，熱失控溫度則比其它體系高30%以上。
1.2.2 單晶高鎳：市場(chǎng)份額逐步提升
由于單晶高鎳層狀正極具有獨(dú)特的一體化單晶結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積小，相較于多晶高鎳層狀正極具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，單晶高鎳層狀正極還具備更好的倍率性能、安全性以及機(jī)械穩(wěn)定性和壓實(shí)密度。
但是，單晶高鎳層狀正極的合成路線還不夠成熟，存在能耗高、合成成本高等問題。
中南大學(xué)紀(jì)效波教授課題組在針對(duì)單晶高鎳正極的研究中指出，單晶高鎳層狀正極的發(fā)展仍處于早期階段，需要進(jìn)一步優(yōu)化和探究，但其在高性能鋰離子電池方面仍有前景。
當(dāng)前，高鎳8系三元材料仍以多晶體系為主，隨著寧德時(shí)代等頭部企業(yè)加速局，單晶高鎳在8系領(lǐng)域的市場(chǎng)滲透率逐步提升，滲透率已從2019年的0.8%增長(zhǎng)至2022年一季度的13.5%。
1.2.3市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局集中，頭部企業(yè)單晶中鎳、高鎳齊發(fā)力
由于單晶材料制備需進(jìn)行多次高溫?zé)Y(jié)，同時(shí)，在合成的過程中還要克服大單晶對(duì)容量及功率性能的負(fù)面影響，遇到高端產(chǎn)品還需要包覆、摻雜、水洗等工序，工藝相對(duì)復(fù)雜。
高技術(shù)門檻帶來了行業(yè)的高集中度。據(jù)鑫欏資訊，2021、2022年前4月國(guó)內(nèi)單晶三元廠商CR3分別為60%、61%。其中，振華新材、長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科、廈鎢新能憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)快速搶占市場(chǎng)份額，2022年前四月分別占比20%、20%、15%。
振華新材早在2009年就完成了大單晶三元正極材料的研發(fā)及生產(chǎn)，2021年市占率第一。據(jù)國(guó)泰君安，目前該公司已批量銷售多款一次顆粒大單晶5系、6系和8系產(chǎn)品，在研鎳9系、低鈷無鈷等進(jìn)一步提高能量密度及性價(jià)比的單晶三元產(chǎn)品也在向下游主要?jiǎng)恿ζ髽I(yè)送樣認(rèn)證中，有望充分保證其產(chǎn)品端競(jìng)爭(zhēng)力。
產(chǎn)能方面，振華新材沙文二期2.6萬噸高鎳三元及鈷酸鋰項(xiàng)目(含技改，主要投向單晶)、義龍二期2萬噸高鎳三元正極項(xiàng)目(主要投向單晶)預(yù)計(jì)2022年投產(chǎn)。2022年6月，該公司發(fā)布公告稱，擬募資不超60億元用于義龍三期10萬噸高鎳產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2025年分階段投產(chǎn)。
長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科目前絕大部分產(chǎn)品均采用單晶技術(shù)。該公司NCM523單晶鎳含量50%-58%系列產(chǎn)品、NCM622單晶鎳含量60%-65%系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；NCM811已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，第二代單晶產(chǎn)品已經(jīng)完成中試開發(fā)驗(yàn)證；9系NCM單晶產(chǎn)品率先完成設(shè)計(jì)開發(fā)，客戶進(jìn)入噸級(jí)試產(chǎn)階段。
長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科高新一期4萬噸高鎳三元正極(可兼容單晶高電壓)已建成投產(chǎn)；高新二期4萬噸高鎳三元正極項(xiàng)目(可兼容單晶高電壓)，預(yù)計(jì)2022年建成。當(dāng)前，該公司產(chǎn)品已進(jìn)入寧德時(shí)代、比亞迪供應(yīng)鏈。
廈鎢新能主打單晶中鎳高電壓，產(chǎn)品涵蓋4.40V、4.45V、4.48V、45V等高電壓系列，4.55V系列產(chǎn)品也正處于研發(fā)進(jìn)程中。
2020年，該公司為中創(chuàng)新航的高電壓Ni5系提供材料，最終量產(chǎn)的590模組電池搭載于國(guó)內(nèi)首款續(xù)航里程超過600公里的SUV廣汽埃安AionLX。
廈鎢新能最新開發(fā)的Ni68系產(chǎn)品在安全性與成本方面具備綜合優(yōu)勢(shì)，且在能量密度方面與NCM811材料持平。該材料目前已成功應(yīng)用到續(xù)航里程超過1000公里的電動(dòng)車上并實(shí)現(xiàn)大批量供貨。
在技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)的加持下，廈鎢新能高電壓三元材料收入占比快速提升，從2019年的不足25%，上升至2022年一季度的81.14%。
02負(fù)極
負(fù)極是鋰電材料中最成熟的環(huán)節(jié)，在鋰電池中起主要起到儲(chǔ)存和釋放能量的作用，主要影響鋰電池的電池效率、循環(huán)性能等。
負(fù)極材料分為碳系材料和非碳系材料，目前市場(chǎng)應(yīng)用主流材料為碳系材料中的石墨類。而石墨類材料又可分為石墨為人造石墨、天然石墨、中間相炭微球。由于人造石墨循環(huán)性能、安全性能相對(duì)突出，已廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池；能量密度高、循環(huán)性能差的天然石墨則多適用于數(shù)碼電池。若要如需進(jìn)一步提升動(dòng)力電池能量密度，就不得不提到負(fù)極的新材料應(yīng)用——硅基負(fù)極。
2.1硅基負(fù)極
隨著正極比容量的不斷上升，負(fù)極的比容量也收到了挑戰(zhàn)。
由于市場(chǎng)主流石墨負(fù)極在實(shí)際應(yīng)用中，石墨比容量達(dá)到了約330—370mAh/g，已觸及理論比容量372mAh/g的天花板；但硅的比容量超石墨10倍，能達(dá)4200mAh/g。
從技術(shù)路線來看，硅碳復(fù)合材料、硅氧復(fù)合材料是硅基負(fù)極的主要技術(shù)路線。
硅碳復(fù)合材料是由納米硅與石墨材料混合而成，擁有克容量高、充放電效率高等特點(diǎn)；硅氧復(fù)合材料制備較為復(fù)雜，但循環(huán)性能和倍率性能優(yōu)于其他硅基負(fù)極材料。東方證券認(rèn)為，近年來，硅氧負(fù)極的首次效率經(jīng)過材料廠家的努力已經(jīng)提升顯著，其更優(yōu)的綜合性能為未來硅基負(fù)極的發(fā)展指明方向。
2.1.1 兩大領(lǐng)域加速硅基負(fù)極放量
動(dòng)力電池尤其是4680圓柱電池的需求上量，逐漸打開了硅基負(fù)極的市場(chǎng)空間。
其中，特斯拉早在2017年搭載21700電池時(shí)就已經(jīng)引入了“摻硅”技術(shù)，大約摻了5%~6%的硅合金，占比較小。由于4680的不銹鋼殼體機(jī)械強(qiáng)度大，可充分吸收硅在充放電過程中的膨脹力，未來硅的摻雜比例或超10%。
隨著圓柱電池技術(shù)的不斷成熟，寧德時(shí)代、億緯鋰能等各大廠商已開始加速布局，光大證券預(yù)計(jì)2025年全球4680電池裝機(jī)量將達(dá)264GWh。
除圓柱電池外，使用硅基負(fù)極的方形電池應(yīng)用范圍也在逐步擴(kuò)大。
2022年1月，智己汽車首次提出使用“摻硅補(bǔ)鋰”技術(shù)，電池單體能量密度可實(shí)現(xiàn)300Wh/kg。與此同時(shí)，戴姆勒G-Class、蔚來ET7、廣汽埃安等車型都將搭載含有硅基負(fù)極的動(dòng)力電池。
與此同時(shí)，快充的快速到來也對(duì)硅基負(fù)極市場(chǎng)起到了催化作用。
據(jù)天風(fēng)證券，目前主流的動(dòng)力電池包已能支持2C充電倍率，往上提升類似木桶效應(yīng)，短板在負(fù)極，負(fù)極析鋰問題還待解決。由于硅的析鋰風(fēng)險(xiǎn)小，且相較于碳所能接受的0.1V電壓，硅可忍受0.4V，采用硅負(fù)極成為解決負(fù)極短板的方法之一。
在動(dòng)力電池與快充等因素的加持下，高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)硅基負(fù)極出貨量由2015年的0.03萬噸增長(zhǎng)至2020年的0.6萬噸，年復(fù)合增速達(dá)到了82%，已達(dá)到穩(wěn)定批量生產(chǎn)狀態(tài)。信達(dá)證券則表示，在具體應(yīng)用方面，硅基負(fù)極搭配高鎳三元使用效果更加突出，預(yù)計(jì)硅基負(fù)極摻雜比例將逐年提升，2025年全球硅基負(fù)極需求量將達(dá)23.1萬噸。
2.1.2 量產(chǎn)企業(yè)較為有限
當(dāng)前，布局硅基負(fù)極的企業(yè)大體可分為三類：一是自身從事負(fù)極研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)，如貝特瑞、杉杉股份、璞泰來等；二是科研院校的創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)，如天目先導(dǎo)等；三是跨界布局的電池企業(yè)或，如國(guó)軒高科等。
雖然參與企業(yè)眾多，但是可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的企業(yè)有限，因此目前市場(chǎng)集中度較高。
行業(yè)代表企業(yè)貝特瑞硅碳負(fù)極材料的技術(shù)已更新至第三代產(chǎn)品，比容量從第一代的650mAh/g提升至第三代的1500mAh/g，更高容量的第四代硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品也正在開發(fā)中。同時(shí)，硅氧負(fù)極材料部分產(chǎn)品的比容量達(dá)到1,600mAh/g以上。
公司在2022年2月發(fā)布公告稱，擬在深圳市光明區(qū)內(nèi)投資建設(shè)年產(chǎn)4萬噸硅基負(fù)極材料項(xiàng)目，項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資50億元。
杉杉股份則在硅氧負(fù)極布局上較為領(lǐng)先，公司第三代硅氧產(chǎn)品(克容量1350mAh/g)首次效率已達(dá)到90%，2021年硅氧負(fù)極出貨量實(shí)現(xiàn)百噸級(jí)。
2022年6月，公司發(fā)布公告稱，擬50億元投建年產(chǎn)4萬噸鋰離子電池硅基負(fù)極材料一體化基地項(xiàng)目。其中，一期規(guī)劃年產(chǎn)能1萬噸，預(yù)計(jì)2022年底開工；二期項(xiàng)目規(guī)劃年產(chǎn)能3萬噸，預(yù)計(jì)2024年底開工。
客戶方面，杉杉股份的高容量硅基負(fù)極在2017年就實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)并供貨，并于2018年為寧德時(shí)代供貨測(cè)試。
2.2硬碳負(fù)極
硬碳負(fù)極是當(dāng)下鈉離子電池首選的負(fù)極材料。
目前可以作電池負(fù)極材料的碳基類材料主要包括石墨類碳材料和無定形碳硬碳和軟碳材料。由于鈉離子的半徑為0.102nm，遠(yuǎn)大于鋰離子的0.069nm，鈉離子在石墨層間的脫嵌過程更容易破壞石墨的結(jié)構(gòu)，因此石墨較不適合作為鈉電負(fù)極的材料。
而層間距較大的無定形碳材料因具有較高的儲(chǔ)鈉容量、較低的儲(chǔ)鈉電位和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，或成為最具應(yīng)用前景的鈉離子電池負(fù)極材料。
2.2.1 硬碳材料的三大技術(shù)路線
硬碳材料的制備通常是通過熱解各種含碳前驅(qū)體得到的，前驅(qū)體不同會(huì)導(dǎo)致硬碳材料電化學(xué)性能的差別，天風(fēng)證券認(rèn)為，前驅(qū)體材料的選擇是硬碳生產(chǎn)過程中門檻較高的環(huán)節(jié)。根據(jù)前驅(qū)體來源不同主要可以分為三類硬碳：樹脂基(酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚糠醇等)硬碳、瀝青基(煤焦油瀝青、石油瀝青、天然瀝青等)硬碳、生物質(zhì)基(纖維素、木質(zhì)素、淀粉等)硬碳。
最常見的樹脂基硬碳是酚醛樹脂基硬碳，該材料具備最佳的電化學(xué)性能，但成本也是最高的，自2021年以來酚醛樹脂價(jià)格穩(wěn)定在12000元/噸左右；瀝青基硬碳制備價(jià)格低廉、原料易獲取，但其制備工藝要求高，在材料制備過程中批次之間容易出現(xiàn)偏差，還存在環(huán)境污染；生物質(zhì)基硬碳原料來源廣泛、價(jià)格低廉、綠色環(huán)保，但含有較多雜質(zhì)和灰分，收率低且首周庫倫效率較低，需要先進(jìn)行酸堿浸泡預(yù)處理除雜。
第一財(cái)經(jīng)獲悉，生物質(zhì)材料硬碳的生產(chǎn)過程目前已經(jīng)比較成熟，產(chǎn)品的首效比石墨要低一點(diǎn)，但已經(jīng)到了能夠產(chǎn)業(yè)化的階段，再加上硬碳的循環(huán)性能、低溫性能、倍率性能都不錯(cuò)，完全滿足現(xiàn)在的應(yīng)用要求。
業(yè)內(nèi)人士表示，未來3~4年應(yīng)該還是不同技術(shù)路線共存，如果后續(xù)形成非常穩(wěn)固、大量的需求，瀝青基成為最終方案的可能性非常大。
2.2.2 硬碳材料降本空間大
第一財(cái)經(jīng)調(diào)研了解到，目前硬碳成本仍是大問題，但是暫時(shí)還沒有更優(yōu)的技術(shù)出現(xiàn)。
從成本占比來看，中科海鈉測(cè)算鈉電池的負(fù)極材料占鈉電池總成本的16%左右，高于鋰電池的5%-8%。
這是因?yàn)橛蔡荚牧系氖盏寐瘦^低，例如從生物質(zhì)到硬碳的收得率大約只有 30%，而石墨負(fù)極的收得率大約為 80%。興業(yè)證券認(rèn)為，鈉電負(fù)極原材料的選擇是目前研發(fā)的瓶頸所在，選擇適合大規(guī)模量產(chǎn)的前驅(qū)體材料是當(dāng)前鈉電池發(fā)展亟待解決的問題。
上述業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，硬碳降本可從三方面入手：一是技術(shù)路線選擇，隨著需求量增加，未來考慮用相對(duì)低成本的原材料來做硬碳負(fù)極，生物質(zhì)基椰殼可能進(jìn)一步提升性能然后定義成高端產(chǎn)品，瀝青基做中低端，不同技術(shù)路線形成產(chǎn)品層次劃分；二是規(guī)?；?yīng)形成，目前加工成本還是比較高的，日本可樂麗售價(jià)超20萬元/噸，國(guó)內(nèi)售價(jià)也要達(dá)到8~9萬元/噸，按照目前的小規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本需要占到5~6萬元/噸，現(xiàn)在的產(chǎn)線只有百噸級(jí)，后續(xù)如果有數(shù)千或者上萬噸的產(chǎn)線，生產(chǎn)成本有望下降；三是良品率，現(xiàn)在只是具備了初步量產(chǎn)的能力，良品率約80%，比石墨負(fù)極還是要低一些，還有待提高。
相關(guān)企業(yè)中，日本的可樂麗、吳羽化學(xué)屬于較早布局的企業(yè)；國(guó)內(nèi)貝特瑞(835185.BJ)、杉杉股份(600884.SH)已擁有百噸級(jí)的產(chǎn)能，正向千噸和萬噸級(jí)出發(fā)，選擇的技術(shù)路線主要是以生物基作為基礎(chǔ)，同時(shí)為了適應(yīng)未來大規(guī)模需求在開發(fā)瀝青基、樹脂基等新路線。
03電解液用鋰鹽
作為電解液的核心材料，溶質(zhì)鋰鹽在很大程度上決定著電池的功率密度、能量密度、循環(huán)及安全性能等。
目前成本相對(duì)較低的六氟磷酸鋰仍為電解液溶質(zhì)鋰鹽主流選擇。但是，在動(dòng)力鋰電池高電壓和高鎳化的趨勢(shì)下，各大電池企業(yè)似乎已達(dá)成共識(shí)，即通過添加新型鋰鹽優(yōu)化電解液配方，為電池綜合性能表現(xiàn)賦能。因此，以雙氟磺酰亞胺鋰、二氟磷酸鋰等為代表的下一代新型有機(jī)鋰鹽備受市場(chǎng)關(guān)注。
3.1 雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSI)
LiPF6(六氟磷酸鋰)化學(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定，但由于成本較低，常年占據(jù)市場(chǎng)主流。而擁有高離子電導(dǎo)率、高電化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)卻因?yàn)槭章实?、價(jià)格較高等原因仍未得到大規(guī)模應(yīng)用。但長(zhǎng)期來看，LiFSI或逐步得到下游認(rèn)可，有望從新型添加劑進(jìn)化為主流鋰鹽。
3.1.1 成本有望降至六氟相當(dāng)
溶質(zhì)鋰鹽作為電解液的核心組分，在電解液中的質(zhì)量占比僅約13%，但在制造成本方面占比高達(dá)60%以上。因此，LiFSI雖然性能更加優(yōu)越，但高昂的生產(chǎn)成本在一定程度上阻礙了其市場(chǎng)的擴(kuò)展。
造成LiFSI成本較高的原因主要有兩方面，首先是技術(shù)壁壘高，制備工藝復(fù)雜、收率低、不易量產(chǎn)，康鵬科技招股書顯示，LiFSI制造費(fèi)用在總成本中的占比高達(dá)5-6成，人工占1成，而六氟磷酸鋰人工制造合計(jì)成本僅占總成的約2成；其次是污染較大，天賜材料的調(diào)研顯示，生產(chǎn)雙氟的污染物每噸處理費(fèi)高達(dá)1萬元，若不能實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)再利用，將會(huì)抬高生產(chǎn)成本。
隨著技術(shù)的不斷成熟，疊加產(chǎn)品規(guī)模化帶來的邊際效應(yīng)，LiFSI的經(jīng)濟(jì)性開始顯現(xiàn)。
“目前LiFSI工藝處于快速發(fā)展階段，更新較快，氯磺酸法LiFSI的制造成本已可控制在12萬元/噸左右，LiFSI制造工藝中，部分核心原料使用效率偏低，后續(xù)仍有較大提升空間，隨著工藝進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?yīng)的推動(dòng)，未來氯磺酸法每噸LiFSI成本預(yù)計(jì)可以降至10萬左右，基本接近頭部企業(yè)六氟的生產(chǎn)成本?！贝饲坝谢鸾?jīng)理在接受第一財(cái)經(jīng)采訪時(shí)表示。
LiFSI的價(jià)格也證明了成本確實(shí)在逐步優(yōu)化。2017-2021年，LiFSI的單噸價(jià)格分別為70萬、55萬、49萬、45萬、40萬元，而六氟磷酸鋰的價(jià)格在2021年最高漲至56.5萬元噸，一度超過了LiFSI。
隨著價(jià)格的下降，多家研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為，LiFSI有望從目前的添加劑角色升級(jí)為單獨(dú)使用。高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，頭部電池企業(yè)的LiFSI添加比例約為0.5%-3%，部分企業(yè)添加LiFSI的主流配方已經(jīng)提升至3%-6%。高工鋰電預(yù)測(cè)，將LiFSI作為通用鋰鹽添加劑的情況下，2025年需求量將達(dá)到13萬噸，市場(chǎng)規(guī)模約105億元；如果作為溶質(zhì)來替代現(xiàn)有的鋰鹽，2025年需求量將達(dá)到21萬噸，市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)170億元。
3.1.2全球產(chǎn)能看中國(guó)
目前國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛加碼布局LiFSI，根據(jù)已披露的企業(yè)規(guī)劃統(tǒng)計(jì)，LiFSI產(chǎn)能有望在2023-2024年迅速增長(zhǎng)，加速LiFSI在鋰鹽領(lǐng)域的滲透?！鄙鲜龌鸾?jīng)理稱。據(jù)中信證券統(tǒng)計(jì)，未來5年全球LiFSI規(guī)劃新增產(chǎn)能中98%來自中國(guó)企業(yè)。
從具體企業(yè)來看，天賜材料(002709.SZ)的LiFSI產(chǎn)能2020年已占全球總產(chǎn)能的32%，2025年預(yù)計(jì)可達(dá)43%。
多氟多(002407.SZ)2020年的LiFSI產(chǎn)能位居全球第三，截至2022年4月，公司已具備1600噸LiFSI產(chǎn)能。
相較于其他企業(yè)，天賜材料和多氟多成本優(yōu)勢(shì)突出。據(jù)中信證券測(cè)算，若LiFSI市場(chǎng)價(jià)格為45萬元/噸，則LiFSI的毛利率普遍在40%以上，天賜材料和多氟多目前披露的工藝路線多個(gè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化效率超95%，毛利率可超70%。
永太科技(002326.SZ)的LiFSI產(chǎn)能2020年僅占全球3%，中信證券預(yù)測(cè)其2025年將躍增至15%，與新宙邦(300037.SZ)并列第二。
從目前下游市場(chǎng)情況看，永太科技表示，下游接受度比較高。當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)電池能量密度、熱穩(wěn)定性、安全性的要求越來越高，LiFSI相對(duì)于六氟磷酸鋰具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)，需求也越來越明顯。短期來看，LiFSI與六氟磷酸鋰是并存的局面，但LiFSI作為六氟磷酸鋰的升級(jí)替代產(chǎn)品，未來在極端情況下也可能出現(xiàn)全部使用LiFSI的情況，這也需要整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)能逐步放量形成堅(jiān)實(shí)的保障。
3.2 小眾鋰鹽：二氟磷酸鋰(LiDFP)
二氟磷酸鋰最初是被用于提高石墨||NMC電池倍率性能的添加劑，可以提高電池的低溫性能。這是因?yàn)閱为?dú)添加二氟磷酸鋰或與其他添加劑時(shí)界面阻抗降低。業(yè)界相關(guān)研究報(bào)告還顯示，使用二氟磷酸鋰作為電解液添加劑可以使得富鎳正極在4.8V超高截止電壓下穩(wěn)定循環(huán)200次。
2021年9月，特斯拉申請(qǐng)了“用于儲(chǔ)能設(shè)備的二氟磷酸鹽添加劑化合物及其方法”的專利。特斯拉的目標(biāo)旨在改變電池單元性能，同時(shí)降低其生產(chǎn)成本。
據(jù)公開資料顯示，當(dāng)前布局二氟磷酸鋰的企業(yè)并不多。
高工鋰電顯示，宏氟鋰業(yè)是國(guó)內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)二氟磷酸鋰產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)之一，也是國(guó)內(nèi)僅有的幾家在二氟磷酸鋰領(lǐng)域具備百噸以上產(chǎn)能規(guī)模的企業(yè)。2019年2月，公司首條300噸二氟磷酸鋰生產(chǎn)線正式量產(chǎn)。
上市公司方面，天賜材料到2022年6月二氟磷酸鋰產(chǎn)能規(guī)劃為0.72萬噸；2021年7月，石大勝華公告新增一萬噸二氟磷酸鋰產(chǎn)能；另有新宙邦、天際股份等在二氟磷酸鋰領(lǐng)域也有所布局。
04 導(dǎo)電劑
導(dǎo)電劑是鋰電池材料的重要組成部分，可以增加活性物質(zhì)之間的導(dǎo)電接觸、提升電子在電極中的傳輸速率，從而增強(qiáng)鋰電池的倍率性能、改善循環(huán)壽命。
常用導(dǎo)電劑包括炭黑類、導(dǎo)電石墨類、VGCF(氣相生長(zhǎng)碳纖維)、碳納米管以及石墨烯等。其中，碳納米管和石墨烯為新型導(dǎo)電劑材料，石墨烯由于高倍率性能不理想，尚未得到廣泛應(yīng)用，而碳納米管材料憑借突出的性能優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)關(guān)注度不斷提升。
4.1 碳納米管材料
作為提升鋰電池性能的關(guān)鍵輔材，新型碳納米管材料正悄然攪動(dòng)導(dǎo)電劑市場(chǎng)格局。
天奈科技(688116.SH)、道氏技術(shù)(300409.SZ)、黑貓股份(002068.SZ)等紛紛公告加碼相關(guān)產(chǎn)能，寧德時(shí)代(300750.SZ)、比亞迪(002594.SZ)也已將觸角伸到這一新興領(lǐng)域。
高工鋰電表示，未來幾年新型導(dǎo)電劑特別是碳納米管導(dǎo)電劑將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)導(dǎo)電劑，中國(guó)碳納米管導(dǎo)電漿料出貨量預(yù)計(jì)將從2022年的12萬噸增至2025年的32萬噸，成為鋰電池導(dǎo)電劑領(lǐng)域成長(zhǎng)性最高的種類。
4.1.1 性能優(yōu)勢(shì)突出，經(jīng)濟(jì)性逐漸顯現(xiàn)
碳納米管(CNT)又稱巴基管，是一種力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等性能突出纖維狀導(dǎo)電劑，主要應(yīng)用在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域?！跋啾绕渌麑?dǎo)電材料，碳納米管的最大優(yōu)勢(shì)在于添加量少、對(duì)材料的沖擊強(qiáng)度影響小、不會(huì)脫碳、綜合性價(jià)比高等?！碧┬努F(xiàn)代服務(wù)業(yè)混合基金經(jīng)理黃潛軼表示。
除性能優(yōu)勢(shì)貼合下游需求，碳納米管的經(jīng)濟(jì)性開始逐步顯現(xiàn)。
由于原料及能源價(jià)格不斷上漲，2021年底炭黑報(bào)價(jià)漲至約10萬元/噸；碳納米管則伴隨規(guī)模化的到來快速降本，根據(jù)天奈科技公告，2021年前三季度碳納米管粉體均價(jià)已降至22.2萬元/噸，同比下降38.6%。國(guó)信證券中性預(yù)測(cè)，2022年單噸正極材料添加3%炭黑SP的成本為0.21萬元，添加0.5%/1.0%/1.5%碳納米管成本為0.11萬/0.21萬/0.32萬元，兩者基本相當(dāng)。
4.1.2 三元、鐵鋰應(yīng)用市場(chǎng)預(yù)計(jì)超200億元
事實(shí)上，由于導(dǎo)電劑僅占電池成本約1%，成本敏感度低，下游電池廠商接受度較高。
當(dāng)前，碳納米管在動(dòng)力電池領(lǐng)域開始加速滲透，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括磷酸鐵鋰、高鎳三元以及硅基負(fù)極。
其中，磷酸鐵鋰電池添加的碳納米管導(dǎo)電劑比例更高。據(jù)悉，石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料與碳納米管粉體等以7：3的配比混合攪拌，適配磷酸鐵鋰電池性能更好。
伴隨磷酸鐵鋰電池裝機(jī)占比提升，碳納米管出貨量有望快速增長(zhǎng)。高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，2021年全球磷酸鐵鋰電池碳納米管漿料需求量為5萬噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到18億元，預(yù)計(jì)到2025年需求量將達(dá)到39萬噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到150億元。
與此同時(shí)，在4680等高能量密度電池帶動(dòng)下，高鎳正極有望持續(xù)放量。高能量密度電池所使用的導(dǎo)電劑主要為碳納米管導(dǎo)電漿料，以此來彌補(bǔ)高鎳正極導(dǎo)電性差的問題。
高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，2021年全球三元電池碳納米管漿料需求量為3.2萬噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到13億元，預(yù)計(jì)到2025年需求量將達(dá)到16.6萬噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到63億元。
硅基負(fù)極中碳納米管尚未開始大規(guī)模應(yīng)用。碳納米管分為單壁管和多壁管，硅基負(fù)極所使用的碳納米管為單壁管，全球目前僅俄羅斯的OCSiAl可以量產(chǎn)90噸/年的單壁碳納米管，價(jià)格較高。
道氏技術(shù)當(dāng)前批量試產(chǎn)產(chǎn)品的G／D比等技術(shù)指標(biāo)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平，“目前公司的1-4代導(dǎo)電劑產(chǎn)品主要應(yīng)用于磷酸鐵鋰和三元電池領(lǐng)域，我們正在組織第5代單壁管于2022第三季度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。單壁管未來的使用方向主要是導(dǎo)電劑和硅碳負(fù)極中的應(yīng)用?！钡朗霞夹g(shù)稱。
4.1.3頭部廠商加碼產(chǎn)能
隨著碳納米管市場(chǎng)的逐步放量，多家公司相繼開展業(yè)務(wù)布局。
其中，行業(yè)龍頭天奈科技分別于2022年5月、6月公告了三次碳納米管項(xiàng)目投資。
高工產(chǎn)研鋰電數(shù)據(jù)顯示，最近兩年天奈科技碳納米管導(dǎo)電漿料產(chǎn)品銷售額穩(wěn)居行業(yè)首位，2021年市場(chǎng)份額占比43.4%。公司目前共有三代產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)批量供貨，第四代、第五代正處于中試階段。東吳證券預(yù)計(jì)上述項(xiàng)目將于2024年起貢獻(xiàn)產(chǎn)量，從而進(jìn)一步加強(qiáng)公司在碳納米管的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
另一行業(yè)領(lǐng)先者道氏技術(shù)則獲得了比亞迪的“加持”。
道氏技術(shù)表示，比亞迪一直是公司核心客戶，未來公司將和比亞迪在戰(zhàn)略層面進(jìn)行全方位的合作。除比亞迪外，公司產(chǎn)品也已小批量供貨寧德時(shí)代等三元客戶。
產(chǎn)能方面，目前公司規(guī)劃青島、江門、龍南、蘭州四大生產(chǎn)基地，預(yù)計(jì)2022年底漿料產(chǎn)能達(dá)4萬噸。
炭黑龍頭黑貓股份也于2022年4月發(fā)布公告稱布局碳納米管領(lǐng)域。
此外，為完善產(chǎn)業(yè)鏈布局，鋰電池巨頭寧德時(shí)代也不甘示弱，于2021年12月快速步入碳納米管行業(yè)。
4.1.4 碳納米管和炭黑將呈并存格局
2021年國(guó)內(nèi)碳納米管導(dǎo)電劑滲透率約21%。“隨著對(duì)電池高能量密度的追求提升，碳納米管導(dǎo)電劑的性能優(yōu)勢(shì)不斷凸顯，市場(chǎng)接受度有望持續(xù)提升，碳納米管滲透率2025年有望提升至61%?！秉S潛軼稱。
高工鋰電則預(yù)計(jì)，2025年中國(guó)新型導(dǎo)電劑市場(chǎng)占比將達(dá)57%，其中碳納米管導(dǎo)電劑占比將達(dá)55%。這意味著碳納米管和炭黑等未來會(huì)是并存的格局。
華創(chuàng)證券認(rèn)為，不同的導(dǎo)電劑在成本、導(dǎo)電性能、吸液性能等方面各具優(yōu)勢(shì)，綜合考量下，未來導(dǎo)電劑體系逐步從單一化走向多元復(fù)合化將是大勢(shì)所趨。
PART 3結(jié)語
動(dòng)力電池的革新之路從未停止。中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高曾公開表示，中國(guó)動(dòng)力電池創(chuàng)新，要從電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新逐步發(fā)展到材料體系創(chuàng)新。這是一個(gè)更加復(fù)雜、更需要時(shí)間積累的領(lǐng)域，也是全球動(dòng)力電池創(chuàng)新的制高點(diǎn)。
“現(xiàn)在動(dòng)力電池還處于創(chuàng)新非?；钴S、百花齊放的時(shí)候?！睔W陽明高表示，相信再過10年局面應(yīng)該會(huì)比較清晰。
其間無論技術(shù)和材料如何變革，創(chuàng)新勢(shì)必始終是我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升的最有效手段，也將決定誰將成為我國(guó)乃至全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的終極王者。
