中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：3降成本路徑之一：產(chǎn)能釋放突破瓶頸，材料成本有望下降
近幾年動(dòng)力電池激增需求推動(dòng)上游原材料價(jià)格暴漲，而長(zhǎng)期來看，絕大部分原材料并不稀缺，當(dāng)原材料價(jià)格恢復(fù)理性后，下游能夠削減一定的成本。而即便原材料價(jià)格依舊保持堅(jiān)挺，部分高價(jià)材料占電池成本比重也在逐漸變小，預(yù)計(jì)不會(huì)對(duì)整體降成本造成太大影響。同時(shí)，動(dòng)力電池行業(yè)的生產(chǎn)模式與商業(yè)模式依然可以繼續(xù)優(yōu)化，商業(yè)成本仍有一定的下降空間?！?
未來動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)商業(yè)成本將從三方面著手下降：
原材料成本端：價(jià)格相對(duì)動(dòng)力電池需求彈性較大的碳酸鋰、氫氧化鋰等鋰鹽供需達(dá)到再平衡后價(jià)格將步入長(zhǎng)期下降通道;鈷鹽盡管未來存在供給缺口，但預(yù)計(jì)漲價(jià)帶來的影響有限。
工藝改進(jìn)與規(guī)模經(jīng)濟(jì)：動(dòng)力電池產(chǎn)量進(jìn)一步提升，規(guī)模效應(yīng)與良率提升，同時(shí)整車端爆款車型出現(xiàn)帶來單車電池研發(fā)、設(shè)計(jì)(如BMS)等成本下降;
其他路徑：梯次利用、模塊化設(shè)計(jì)與縱向一體化。
3.1鋰鹽供給端逐漸釋放，價(jià)格將步入長(zhǎng)期下降通道
目前正極材料成本占到電芯25%-30%，而正極材料主要由碳酸鋰和各種對(duì)應(yīng)的前驅(qū)體材料構(gòu)成，高鎳NCM(NCM811)與NCA正極則多由氫氧化鋰替代碳酸鋰。前驅(qū)體中，鈷價(jià)對(duì)于NCM材料的價(jià)格影響較大。
鋰鹽占電池價(jià)格比例在4.5%-8.5%之間，鈷鹽在3%以內(nèi)。鋰鹽方面，選取各條電池主流技術(shù)路線的主流車型，對(duì)于氫氧化鋰/碳酸鋰成本占電池價(jià)格比例進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果在4.5%-8.5%之間，NCM與NCA路線鋰鹽占比較高，NCA路線達(dá)到8.44%，而磷酸鐵鋰與錳酸鋰占比較低。鈷鹽方面，NCM111路線所含鈷元素比例最大，按目前40萬元/噸鈷價(jià)測(cè)算，占電池售價(jià)比例為2.84%，其余路線鈷含量皆達(dá)不到這一水平，因此判斷鈷鹽占電池價(jià)格比例在3%以內(nèi)，目前量產(chǎn)的主流NCM523與NCM622占比在1.5%左右。
3.1.1鋰鹽：碳酸鋰等待產(chǎn)能釋放，氫氧化鋰持續(xù)吃緊
預(yù)計(jì)碳酸鋰未來幾年內(nèi)將保持供需平衡，長(zhǎng)期來看價(jià)格處于高位回落通道中。氫氧化鋰直到2020年仍將維持緊缺狀態(tài)，2020年以后可能存在供應(yīng)過剩風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)能釋放速度取決于原料供應(yīng)，特別是鋰輝石的供應(yīng)量。氫氧化鋰產(chǎn)能緊缺將成為制約高能量密度電池成本下降的主要因素。氫氧化鋰可通過碳酸鋰轉(zhuǎn)產(chǎn)得到，代價(jià)在2萬元/噸的水平，因此與碳酸鋰價(jià)差將保持相應(yīng)的平衡態(tài)勢(shì)。
鋰鹽價(jià)格對(duì)于電池成本影響有限。假設(shè)未來碳酸鋰/氫氧化鋰價(jià)格下跌20%，電池價(jià)格將下降0.9%-1.7%，下降幅度較為有限。而即便需求端超預(yù)期增長(zhǎng)，導(dǎo)致鋰鹽價(jià)格保持堅(jiān)挺，由于其占電池成本比重較小，預(yù)計(jì)不會(huì)給降成本造成太大障礙。
3.1.2鈷鹽：供給面臨缺口，漲價(jià)或?qū)⒊掷m(xù)但影響有限
供需缺口將使鈷價(jià)維持高位。鈷鹽供應(yīng)缺口2017年持續(xù)擴(kuò)大：2017年缺口將達(dá)到4300噸的量，預(yù)計(jì)將持續(xù)至2019年。目前3C電子產(chǎn)品依然是鈷下游最重要的領(lǐng)域，3C電子出貨量若下降則對(duì)鈷價(jià)造成較大壓力。整體來看，供需缺口將使鈷價(jià)在未來幾年維持在高位水平。
預(yù)計(jì)鈷價(jià)上漲對(duì)三元電池影響有限。雖然目前高鎳三元材料市場(chǎng)份額逐步提高，但絕大部分廠商已進(jìn)入從532向622轉(zhuǎn)移的階段，未來過渡到811后，單位用鈷量將明顯減少。根據(jù)前述測(cè)算，高鎳NCM811路線中鈷鹽占售價(jià)比不到1%，因此未來高鎳三元時(shí)代到來后，鈷價(jià)上漲將不會(huì)對(duì)降成本起到太大影響。
3.2規(guī)模效應(yīng)帶來成本進(jìn)一步下降
興業(yè)證券認(rèn)為相較有限的壓縮原材料成本，通過擴(kuò)大產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)降成本更為切實(shí)可行，這也是國內(nèi)企業(yè)近期集中堆砌釋放產(chǎn)能的關(guān)鍵因素之一。規(guī)模效應(yīng)不僅包括電芯環(huán)節(jié)產(chǎn)能利用率與良率提升帶來的電芯成本下降，也包括整車端單車出貨提升帶來的研發(fā)投入、設(shè)計(jì)成本以及PACK和BMS等環(huán)節(jié)下降。
3.2.1電芯規(guī)?；a(chǎn)與良率提升
經(jīng)對(duì)比分析，電池售價(jià)與良率幾乎呈線性關(guān)系，隨著良率提升，電池價(jià)格直線下降。目前我國自動(dòng)化程度較好的高端產(chǎn)能良率在90%，勞動(dòng)密集型的低端產(chǎn)能良率在80%，隨著行業(yè)逐漸淘汰低端過剩產(chǎn)能與高端產(chǎn)能良率進(jìn)一步提升，未來成本會(huì)有小幅下降空間，大約對(duì)應(yīng)良率每提升1%，成本同幅度下降1%左右，提升至95%對(duì)應(yīng)5%成本降幅空間。
電池售價(jià)與產(chǎn)能利用率(下稱Ut)的關(guān)系分為幾個(gè)階段，產(chǎn)能利用率小于20%時(shí)，電池價(jià)格隨著Ut提升快速下降，而之后相對(duì)平緩，Ut在50%時(shí)對(duì)應(yīng)價(jià)格在350美元/KWH，90%對(duì)應(yīng)330美元/KWH?？紤]到15/16年Ut已經(jīng)達(dá)到相對(duì)的高點(diǎn)，這一塊未來的空間比較有限。興業(yè)證券認(rèn)為不必過度擔(dān)憂產(chǎn)能過剩導(dǎo)致Ut下降，原因在于未來幾年的產(chǎn)業(yè)高景氣度使得Ut保持在50%以上問題不大，而50%-100%區(qū)間內(nèi)售價(jià)相對(duì)于Ut的敏感性已經(jīng)不強(qiáng)。
3.2.2爆款車型實(shí)現(xiàn)PACK與BMS定制成本攤薄
電池組中的PACK與BMS環(huán)節(jié)需根據(jù)不同車型需要進(jìn)行針對(duì)性研發(fā)，具備較強(qiáng)的定制化屬性，難以像電芯環(huán)節(jié)一樣通過規(guī)?；慨a(chǎn)來實(shí)現(xiàn)成本下降。要降低PACK與BMS環(huán)節(jié)的成本，切實(shí)可行的路徑是打造爆款車型，從而攤薄附加在每輛車的研發(fā)與定制成本。
Model3成為爆款是特斯拉降低單車成本實(shí)現(xiàn)盈利的先決條件。以特斯拉Model3為例，由于Model3電池組選用高比能量的NCA正極材料，并采用20700單體電芯，整體散熱性能較差，其安全性能需要在PACK與BMS環(huán)節(jié)加以保障。為此，特斯拉采用尖端BMS技術(shù)，自主研發(fā)單體電荷平衡系統(tǒng)，并通過嚴(yán)格的鋰電池檢測(cè)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)每一顆單體電芯的一致性，在PACK環(huán)節(jié)采用復(fù)雜的多級(jí)串并聯(lián)工藝并使用更為昂貴的液體冷凝系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)控，而這部分昂貴的前期研發(fā)與設(shè)計(jì)成本已經(jīng)反映在特斯拉財(cái)報(bào)的虧損中。Model3能夠以3.5萬美元的平民價(jià)格發(fā)售，其核心原因在于40萬級(jí)別的訂單量大大攤薄電池組的定制化成本，從而實(shí)現(xiàn)電池成本的迅速下降。
3.3其他路徑：梯次利用、模塊化設(shè)計(jì)與縱向一體化
現(xiàn)有的動(dòng)力電池行業(yè)的商業(yè)模式依然有很多值得優(yōu)化之處，比如在即將到來的退役電池潮中，退役電池合理的梯次利用將大大增強(qiáng)電池的經(jīng)濟(jì)效益，又比如各大車企力推的模塊化設(shè)計(jì)將是電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)的前提，再如企業(yè)通過打通上下游形成類似于比亞迪的商業(yè)閉環(huán)，這些舉措均能實(shí)現(xiàn)電池成本的進(jìn)一步下降。
3.3.1梯次利用：機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存
動(dòng)力電池退役潮將在今明兩年爆發(fā)。2014年為我國動(dòng)力電池放量元年，出貨量達(dá)3.9GWh，早期的這批電池一般在3~5年左右即將達(dá)到設(shè)計(jì)的壽命終止條件，部分一致性不好或使用工況較惡劣的，甚至達(dá)不到3年的使用壽命。以此推算，我國將在今年迎來動(dòng)力電池退役的放量潮，此后逐年快速遞增，預(yù)計(jì)到2019年，最晚不會(huì)超過2020年，會(huì)有超過10GWh的退役動(dòng)力電池規(guī)模。
一般而言，動(dòng)力電池容量低于初始容量的80%時(shí)，動(dòng)力電池不再適合在電動(dòng)汽車上使用。而80%以下還有很大利用空間，國家也支持和鼓勵(lì)梯次利用。但是目前在理論研究和示范工程方面較多，在商業(yè)化推廣方面還處在初期的探索階段。商業(yè)化的方式有兩種：一是梯次利用，如應(yīng)用于儲(chǔ)能與低速電動(dòng)工具;二是資源化，提取廢電池中的鎳、鈷等金屬，但是利用率不高、浪費(fèi)較大。
儲(chǔ)能與低速電動(dòng)工具市場(chǎng)是梯次利用的兩個(gè)主要面向市場(chǎng)：
1)儲(chǔ)能市場(chǎng)：據(jù)測(cè)算，儲(chǔ)能電池市場(chǎng)化應(yīng)用的目標(biāo)成本為180美元/kwh，約合1.2元/wh，使用新型動(dòng)力鋰電池?zé)o法達(dá)到成本要求，投資回報(bào)率偏低，這也是制約儲(chǔ)能產(chǎn)品大規(guī)模應(yīng)用的最大障礙。梯次利用的動(dòng)力電池能夠較好地權(quán)衡成本與性能因素，如電動(dòng)大巴退役的動(dòng)力電池由于能量密度較低，比較適合作為儲(chǔ)能基站使用。
2)低速電動(dòng)工具市場(chǎng)：低速車與電動(dòng)自行車主要采用鉛酸電池，相比鋰電池，鉛酸電池更為便宜(0.6元/WH)，但問題在于污染大。如果采用梯次利用的動(dòng)力電池，可以在價(jià)格、行駛里程(能量密度)、和壽命之間達(dá)到一個(gè)較好的平衡，從而更快速的推動(dòng)鋰電池在低速車與電動(dòng)自行車市場(chǎng)的應(yīng)用。
3.3.2模塊化設(shè)計(jì)：電池發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)的前提
模塊化就是在相同的基本架構(gòu)上進(jìn)行定制化組合，使得設(shè)計(jì)、生產(chǎn)車輛就像搭積木一樣簡(jiǎn)單、快捷。這一概念的運(yùn)用將極大地節(jié)省研發(fā)成本、驗(yàn)證周期及生產(chǎn)成本。模塊化設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)車領(lǐng)域已經(jīng)非常成熟，隨著新能源汽車產(chǎn)銷的逐漸擴(kuò)大，這一模式也將被植入。以大眾為例，其宣布旗下所有新能源車型將采用統(tǒng)一的電池單元，這一計(jì)劃將節(jié)省66%的成本。
未來電池企業(yè)的供應(yīng)將以模組為最小單元。目前動(dòng)力電池行業(yè)存在的一大問題是尚未模塊化，包括尺寸在內(nèi)的諸多標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，圓柱、方形與軟包路線未有真正意義的主流出現(xiàn)并且各體系內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)也參差不齊。未來隨著行業(yè)集中度提升，電池將通過主流企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。過對(duì)電池單體的串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)混合的方式，確保電池模塊統(tǒng)一尺寸，并綜合考慮電池本體的機(jī)械特性、熱特性以及安全特性。在安裝設(shè)計(jì)不變的情況下，根據(jù)不同的續(xù)航里程和動(dòng)力要求，提供不同電池容量，以滿足不同的需求。這種模塊化應(yīng)用，在單體、模組端都可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，大幅降低生產(chǎn)成本。
3.3.3縱向一體化：降低交易成本
縱向一體化也能夠?qū)崿F(xiàn)交易成本的下降。如比亞迪所采取的從上游礦石、電池材料、到PACK、BMS、電芯到下游整車的一體化路線，實(shí)現(xiàn)了成本的有效下降。特斯拉選擇自建電池超級(jí)工廠也有類似考慮。對(duì)于動(dòng)力電池企業(yè)來說，切入電池材料等上游環(huán)節(jié)，特別是成本下降有較大空間的隔膜、電解液等環(huán)節(jié)是成本控制的較好路徑，如國軒與星源材質(zhì)合作的隔膜產(chǎn)線。
4降成本路徑之二：工藝改進(jìn)見成效，比能量緩步提高
筆者認(rèn)為動(dòng)力電池能夠持續(xù)降成本的關(guān)鍵因素在于其類似于半導(dǎo)體，存在電池“摩爾定律”，以比能量的持續(xù)提高來實(shí)現(xiàn)單位Wh成本的不斷下降。目前來看動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度提升空間主要來自高鎳三元NCM與NCA的普及應(yīng)用。未來動(dòng)力電池比能量將主要從電池的物理性能與化學(xué)性能兩方面著手提高，物理性能方面主要從材料輕量化、相互之間的搭配銜接突破，化學(xué)性能則主要通過新型材料的試用以實(shí)現(xiàn)電池電化學(xué)性能的最佳狀態(tài)。
物理方法：工藝改進(jìn)仍有空間。
電芯環(huán)節(jié)：
圓柱路線目前成本最低，主要通過18650向20700與21700等大容量單體切換實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步降本;軟包路線成本最高，主要通過規(guī)?；a(chǎn)降成本以及改進(jìn)工藝提升能量密度;方型路線主要通過大容量與鋁殼輕量化實(shí)現(xiàn)降成本，潛在降本空間在三類封裝路線中最大。
PACK環(huán)節(jié)：目前的重點(diǎn)突破環(huán)節(jié)，主要通過提升成組效率提升系統(tǒng)比能量，產(chǎn)業(yè)目標(biāo)為由目前65%水平提升至85%，對(duì)應(yīng)30%比能量提升空間。
化學(xué)方法：提升正極材料性能最為關(guān)鍵。
正極材料：高鎳NCM材料與NCA材料，高比能量的正極材料能夠大大減少負(fù)極、隔膜與電解液等材料的用量。
負(fù)極材料：硅碳負(fù)極替代切換。
隔膜：薄型化隔膜。
電解液：新型電解液LiFSI。
4.1物理方法：工藝改進(jìn)仍有空間
4.1.1電芯環(huán)節(jié)：輕量化+大容量
電芯封裝方式按軟包、方形與圓柱分，成本也有所區(qū)別。其中，圓柱最低，軟包最高。主流大廠中CATL與比亞迪走方形路線，力神、比克走圓柱路線，國軒高科同時(shí)走方形與圓柱路線，同時(shí)CATL也在積極拓展軟包路線。
圓柱路線：大容量電芯
圓形鋰電池是指圓柱型鋰電池，最早的圓柱形鋰電池是由日本SONY公司于1992年發(fā)明的18650鋰電池，因?yàn)?8650圓柱型鋰電池的歷史相當(dāng)悠久，所以市場(chǎng)的普及率非常高，圓柱型鋰電池采用相當(dāng)成熟的卷繞工藝，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品傳品質(zhì)穩(wěn)定，成本相對(duì)較低。
圓柱的優(yōu)點(diǎn)包括：1)結(jié)構(gòu)成熟，產(chǎn)業(yè)化程度高，且只有卷繞這一條技術(shù)路線，不用糾結(jié)其他方法;2)設(shè)備自動(dòng)化程度高，一致性高;3)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以支持高能量密度材料使用;4)應(yīng)用范圍廣，產(chǎn)品消耗渠道豐富，整體成本有優(yōu)勢(shì)。
同時(shí)，其缺點(diǎn)也包括：1)高溫升、充電倍率是普遍詬病;2)循環(huán)次數(shù)上限在1000多次，使用壽命較短，應(yīng)用場(chǎng)景局限在中低端。
降成本方向：做大單體電芯。特斯拉已經(jīng)Model3中用20700替代18650電芯，20700電池增加的尺寸大概為10%，而體積和能量?jī)?chǔ)存確是18650的1.33倍。根據(jù)特斯拉的估計(jì)，在達(dá)到與18650同樣的良率和產(chǎn)能后，20700能帶來能量密度增加3-4%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本下降5-10%。
軟包路線：規(guī)模化生產(chǎn)
軟包電池，又稱聚合物鋰電池，是使用高分子膠態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)的類方型電池，它們的制作工藝相似度很高，多用于手機(jī)、平板等高端3C產(chǎn)品上，因?yàn)楦叻肿与娊赓|(zhì)全憑人工合成，所以成本較高，目前應(yīng)用到動(dòng)力電池上，還沒有成本優(yōu)勢(shì)。軟包鋰電池所用的關(guān)鍵材料—正極材料、負(fù)極材料及隔膜—與傳統(tǒng)的鋼殼、鋁殼鋰電池之間的區(qū)別不大，最大的不同之處在于軟包裝材料(鋁塑復(fù)合膜)。
軟包電池的優(yōu)勢(shì)主要在于安全性能好。軟包電池的優(yōu)點(diǎn)：1)安全性：在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，發(fā)生安全問題時(shí)，軟包電池一般會(huì)鼓氣裂開，而不像鋼殼或鋁殼電芯那樣發(fā)生爆炸;2)重量輕，軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%，較鋁殼鋰電池輕20%;3)內(nèi)阻小，軟包電池的內(nèi)阻較鋰電池小，可以極大的降低電池的自耗電;4)循環(huán)性能好，軟包電池的循環(huán)壽命更長(zhǎng)，100次循環(huán)衰減比鋁殼少4%~7%;5)設(shè)計(jì)靈活，外形可變?nèi)我庑螤?，可以更薄，可根?jù)客戶的需求定制，開發(fā)新的電芯型號(hào)。
軟包電池的不足之處是一致性較差，成本較高，容易發(fā)生漏液。未來成本下降主要通過規(guī)?；a(chǎn)解決，漏液則可以通過提升鋁塑膜質(zhì)量來解決。
方形路線：大尺寸與鋁殼輕量化
方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，由于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、能量密度較高，在國內(nèi)普及率很高。方形硬殼電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料，內(nèi)部采用卷繞式或疊片式工藝，對(duì)電芯的保護(hù)作用優(yōu)于于鋁塑膜電池(即軟包)，電芯安全性相對(duì)圓柱型電池也有了較大改善。
鋁殼輕量化與統(tǒng)一規(guī)格是未來發(fā)展重點(diǎn)。鋰電池鋁殼在鋼殼基礎(chǔ)上發(fā)展而來，與鋼殼相比，輕重量和安全性以及由此而來的性能優(yōu)點(diǎn)，使鋁殼成為鋰電池外殼的主流。鋰電池鋁殼目前還在向高硬度和輕重量的技術(shù)方向發(fā)展，間接提升比能量。此外，由于方形鋰電池可以根據(jù)產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行定制化生產(chǎn)，所以市場(chǎng)上有成千上萬種型號(hào)，而正因?yàn)樾吞?hào)太多，工藝很難統(tǒng)一，未來成本下降還需要方形路線實(shí)現(xiàn)型號(hào)上的統(tǒng)一。
方形路線在通過增大尺寸降成本的空間大于圓柱路線。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的一項(xiàng)研究分析了圓柱形電池和方形電池的成本情況，發(fā)現(xiàn)在目前的技術(shù)水平下，圓柱形進(jìn)一步降低成本的空間很小，通過提升圓柱形電池的尺寸和增加電極厚度的方式來降低成本已經(jīng)收效甚微，而方形電池則有很大的潛力去降低鋰離子電池的成本，因此未來電芯封裝環(huán)節(jié)成本快速下降的機(jī)會(huì)很可能會(huì)出現(xiàn)在方形領(lǐng)域。
4.1.2 PACK環(huán)節(jié)：提升成組效率
電池PACK系統(tǒng)利用機(jī)械結(jié)構(gòu)將眾多單個(gè)電芯通過串并聯(lián)的連接起來，并考慮系統(tǒng)機(jī)械強(qiáng)度、熱管理、BMS匹配等問題。PACK是銜接整車、電池、BMS的紐帶，而BMS則是動(dòng)力電池組的核心技術(shù)，是電池PACK廠的核心競(jìng)爭(zhēng)力，也是整車企業(yè)最為關(guān)注的環(huán)節(jié)。
PACK環(huán)節(jié)的成組效率是提升系統(tǒng)比能量的關(guān)鍵。同樣150Wh/kg級(jí)別的電芯，65%與85%成組效率下系統(tǒng)比能量分別為97.5Wh/kg與127.5Wh/kg，前者是目前國內(nèi)的平均水平，而后者是工信部擬定到2020年的目標(biāo)。成組效率從65%提至85%對(duì)應(yīng)30%以上的系統(tǒng)比能量提升與較大幅度的成本下降，在各條路徑中顯得尤為關(guān)鍵。PACK環(huán)節(jié)成組效率提升主要有以下方法：
1)提升集成效率。通過去除贅余組件以及關(guān)聯(lián)組件的集成來最大限度地減少組件數(shù)量來提高集成效率。2)減重，采用輕量化的材料和設(shè)計(jì)。3)電池包與底盤一體化。PACK體系經(jīng)歷了第一代的T字或者工字型，再到第二代的土字型和田字形，目前已經(jīng)來到第三代的一體化平臺(tái)，國際一線的特斯拉與大眾已經(jīng)在這么做。一體化平臺(tái)的好處是把部分電池包的承重轉(zhuǎn)移到底盤上，從而實(shí)現(xiàn)輕量化。
大眾的MEB平臺(tái)是其電池組未來實(shí)現(xiàn)成本大幅下降的關(guān)鍵。以大眾為例，大眾的針對(duì)電動(dòng)車專屬研發(fā)的MEB(MEBElectrictoolkit)平臺(tái)是以大眾目前的MQB平臺(tái)為基礎(chǔ)，適用于電動(dòng)車的全新的模塊化平臺(tái)。MEB平臺(tái)的構(gòu)架是由底部的電池組而展開，打造更長(zhǎng)的軸距和更短的前后懸，營造出更大的內(nèi)部空間，從A到C級(jí)全系列乘用車或輕型商用車都可基于該平臺(tái)打造。電池組PACK與BMS設(shè)計(jì)也根據(jù)平臺(tái)打造，根據(jù)不同車型僅需要做一定的修繕與升級(jí)，設(shè)計(jì)與研發(fā)成本被最大化的攤薄。
未來國內(nèi)車企自主搭建PACK產(chǎn)線或由電池企業(yè)深度集成是趨勢(shì)
目前國內(nèi)的PACK產(chǎn)業(yè)是整車廠、電池廠、獨(dú)立第三方三足鼎立，且PACK企業(yè)之間水平差距很大，不少PACK企業(yè)的技術(shù)水平都還僅僅停留在簡(jiǎn)單的電芯串并聯(lián)上，無法實(shí)現(xiàn)結(jié)合整車設(shè)計(jì)來進(jìn)行PACK設(shè)計(jì)和組裝，真正能達(dá)到下游整車廠商需求的優(yōu)質(zhì)PACK廠商屈指可數(shù)。
未來PACK將以整車企業(yè)主導(dǎo)。我國電動(dòng)汽車市場(chǎng)未來一定是以乘用車為主要驅(qū)動(dòng)，而乘用車電池PACK遠(yuǎn)比商用車復(fù)雜，需要大量研發(fā)投入。電池企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備主要集中于電池本身的研發(fā)，在PACK體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如BMS、熱管理等不具備較強(qiáng)實(shí)力。因此，未來的格局將是整車企業(yè)主導(dǎo)，第三方PACK企業(yè)憑借專業(yè)能力也能得到一定空間，但仍然需要依附于整車企業(yè)或產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
4.2化學(xué)方法：提升正極材料性能最為關(guān)鍵
相比物理改進(jìn)，動(dòng)力電池的關(guān)鍵性突破仍然大概率要從提升電池電熱化學(xué)性能著手，通過新型的電池材料以及相互間的搭配、工藝的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)能量密度的進(jìn)一步提升。而本土企業(yè)在未來幾年內(nèi)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的路徑也非常清晰，就是三元高鎳NCM電池與NCA電池。
本土三元龍頭企業(yè)正在加速實(shí)現(xiàn)高比能三元電池量產(chǎn)。以本土高比能電池的代表企業(yè)比克電池為例，其16年三元出貨量0.9GWh，在本土企業(yè)中位列第2，僅次于CATL，其商業(yè)規(guī)劃具備一定代表性。根據(jù)其規(guī)劃，比克的NCM與NCA電池量產(chǎn)計(jì)劃齊頭并進(jìn)，目前能量密度達(dá)248WH/KG的NCA電池已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而下一代285WH/KG的NCA電池將于年內(nèi)量產(chǎn)。就能量密度來看，已經(jīng)達(dá)到特斯拉與松下水準(zhǔn)。
4.2.1正極材料：高鎳NCM材料與NCA材料
正極材料是電池能量的短板，提高正極材料比容量是提高電池能量密度的最佳方式，未來高比容量的NCA和高鎳NCM是大勢(shì)所趨。正極材料的比容量一般為100-200mAh/g，而石墨負(fù)極材料的比容量高達(dá)400mAh/g，所以電池中負(fù)極和電解液等一般采用冗余配置，電池的最終能量密度由正極材料決定。采用高容量的正極材料，能夠帶來負(fù)極、隔膜、電解液用量的大幅減少，電池最終能量密度的提升幅度遠(yuǎn)大于正極材料比容量提高的幅度。所以采用高容量的正極材料對(duì)于減輕電池重量，提高電動(dòng)車的續(xù)航性能具有重要意義。
本土正極材料龍頭企業(yè)正在加速實(shí)現(xiàn)高鎳三元正極材料量產(chǎn)。目前國內(nèi)NCM111和NCM523型三元正極材料產(chǎn)品相對(duì)成熟，而622NCM于2016年開始逐步在部分動(dòng)力電池企業(yè)中推廣，未來將逐步拓展至811NCM以及NCA材料。以材料龍頭杉杉股份為例，公司現(xiàn)有三元材料以NCM532、NCM523和NCM622為主，目前正在積極推進(jìn)高鎳三元產(chǎn)線，在建產(chǎn)能包括寧鄉(xiāng)二期1萬噸NCM622產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2017年年底投產(chǎn)，以及寧夏5000噸NCM811產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2018年投產(chǎn)。
4.2.2 負(fù)極材料：硅碳負(fù)極
硅負(fù)極的理論能量密度超其10倍，高達(dá)4200mAh/g，通過在石墨材料加入硅來提升電池能量密度已是業(yè)界公認(rèn)的方向之一，但其也有技術(shù)難點(diǎn)，主要在于在充放電過程中會(huì)引起硅體積膨脹100%~300%。據(jù)報(bào)道特斯拉將在Model3中采用了電池新材料，“特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上”。
本土進(jìn)展方面，國內(nèi)前幾大負(fù)極材料生產(chǎn)廠商陸續(xù)對(duì)硅碳負(fù)極材料進(jìn)行布局，深圳貝特瑞和江西紫宸已率先推出多款硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品，上海杉杉正處于硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，星城石墨已將硅碳新型負(fù)極材料作為未來產(chǎn)品研發(fā)方向。貝特瑞研發(fā)的S1000型號(hào)硅碳負(fù)極材料的比容量更是高達(dá)1050mAh/g，盡管離硅的理論比容量4200mAh/g仍有較大差距，但已經(jīng)是人造石墨負(fù)極材料比容量的3倍，性能大幅度地提高。
4.2.3隔膜：薄型化隔膜
隔膜工藝主要分干法與濕法兩類。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜技術(shù)路線主要分為干法與濕法兩種，干法成本較低但不適合大功率電池，濕法更薄能夠滿足大功率的要求，但是成本較貴。最早的主流是干法;2015年三元產(chǎn)量上升后濕法使用較多，預(yù)計(jì)2020年干濕法占比50%，分別應(yīng)用于中低端與高端領(lǐng)域。
國產(chǎn)隔膜距離海外一線龍頭仍有差距。日本的旭化成是隔膜行業(yè)的龍頭，市占率在50%以上。過去1-2年，中國還有不少企業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)，但無法對(duì)龍頭地位構(gòu)成撼動(dòng)。旭化成干法現(xiàn)在可量產(chǎn)出貨的是12微米，濕法還是6-7微米。由于原料、技術(shù)、工藝與制備設(shè)備的差距，目前國產(chǎn)隔膜一致性較差，且厚度無法達(dá)到要求，干法20-40微米仍為主流。
未來發(fā)展：薄型化隔膜。隨著動(dòng)力電池比能量快速提升，16微米、12微米甚至8微米的隔膜開始應(yīng)用，而濕法工藝制成的隔膜能夠達(dá)到要求。而干法隔膜隨著工藝的逐步改進(jìn)近幾年也能夠應(yīng)用于低比能量的三元電池中。
4.2.4電解液：新型電解液LiFSI
電解質(zhì)中添加LiFSI后，可提高離子導(dǎo)電率及電池充放電特性。比如，反復(fù)充放電300次后，1.2MLiPF6的情況下放電容量保持率會(huì)降至約60%，而在1.0MLiPF6中添加0.2MLiFSI后，保持率可超過80%。目前LiFSI已經(jīng)被行業(yè)中大部分企業(yè)進(jìn)行過性能測(cè)試，特別是行業(yè)排名靠前的企業(yè)，如松下、LG、三星、索尼，以及日本的主流電解液生產(chǎn)商，如宇部化學(xué)、中央硝子等，同時(shí)其年使用量也處于趨勢(shì)性上上升階段。
5他山之石可以攻玉放眼海外上下求索
興業(yè)證券認(rèn)為，動(dòng)力電池從電池材料、電芯的生產(chǎn)、電池模組化再到電池PACK，整條產(chǎn)業(yè)化路徑并不是相互割裂的，而是有機(jī)的整體。未來要實(shí)現(xiàn)成本下降，不論是通過生產(chǎn)模式與商業(yè)模式上的改進(jìn)還是通過物理與化學(xué)手段提升電池能量密度，都并非由某幾個(gè)環(huán)節(jié)單向突破能夠達(dá)成，而是基于全局角度設(shè)計(jì)達(dá)到最終優(yōu)化。例如，高比能量正極材料的使用需要相應(yīng)負(fù)極、電解液與隔膜的升級(jí)配合，同時(shí)需要PACK成組系統(tǒng)中的BMS的升級(jí)，同時(shí)配合性能更好的溫控系統(tǒng)。比能量的提升是以成本上升為代價(jià)的，對(duì)應(yīng)到單位Wh的成本是否下降則需要不斷地調(diào)試與優(yōu)化，這方面海外已經(jīng)走在前列。因此本章聚焦海外實(shí)現(xiàn)成熟商業(yè)化的車型與對(duì)應(yīng)的電池技改降本之路，以窺未來國產(chǎn)高比能時(shí)代的降成本前景。
全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)集中在東亞
目前，動(dòng)力電池產(chǎn)能90%以上集中在日本、韓國與中國等東亞國家，松下、LG、三星、比亞迪、CATL等企業(yè)供應(yīng)了全球絕大部分的鋰電池。日本早在上世紀(jì)90年代就大力投入鋰電池研究，韓國與21世紀(jì)初跟進(jìn)，而中國雖然進(jìn)入時(shí)間較為滯后，但巨額補(bǔ)貼資金的投入也帶來了巨大的收效。
日韓企業(yè)在技術(shù)上具備優(yōu)勢(shì)
國際一線車企主要車型的電芯供應(yīng)幾乎由日韓電池企業(yè)包辦。2016年銷量排行前20車型中，對(duì)應(yīng)的電池供應(yīng)商有日本的松下和AESC，韓國的LG化學(xué)、三星SDI和SKI，北美電動(dòng)汽車電池的供應(yīng)商基本被日本和韓國壟斷。本土?xí)簳r(shí)由于政策因素使得日韓巨頭未能大規(guī)模進(jìn)入，但是仍然不能掩飾本土企業(yè)在技術(shù)儲(chǔ)備上相較日韓巨頭的劣勢(shì)。
本土企業(yè)在成本方面具備優(yōu)勢(shì)，未來中國將成世界電池工廠
然而，單就成本而言，中國在主要的產(chǎn)地已經(jīng)展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，在包括四大材料在內(nèi)的主要電池材料供應(yīng)環(huán)節(jié)均涌現(xiàn)一批規(guī)模化的企業(yè)，具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)同時(shí)具備一定技術(shù)能力。根據(jù)CEMAC的測(cè)算，由于在勞動(dòng)力成本與材料成本上的優(yōu)勢(shì)，截止2015年底，中國動(dòng)力電池不論在成本還是在售價(jià)上均已處于全球最低水平。考慮到今年以來本土電池掀起的新一輪降價(jià)潮(20%降幅)，成本已經(jīng)成為中國動(dòng)力電池的核心優(yōu)勢(shì)所在。未來動(dòng)力電池產(chǎn)能持續(xù)向中國轉(zhuǎn)移是大趨勢(shì)，而中國也將成為世界的動(dòng)力電池工廠，培育出一批具備國際競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力電池龍頭企業(yè)。
本土模仿吸收海外成熟技術(shù)是必由之路
興業(yè)證券認(rèn)為國內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)在成本上較日韓巨頭有優(yōu)勢(shì)，但在技術(shù)儲(chǔ)備上處于劣勢(shì)。國內(nèi)企業(yè)未來的降成本提技術(shù)之路必然是在對(duì)于國外的模仿基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超越，模仿的對(duì)象不應(yīng)局限在電芯級(jí)別，而是目前已在全球暢銷車型中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的主流電池包及其采取的技術(shù)路線。興業(yè)證券對(duì)三款最為主流的車型電池組進(jìn)行剖析，而這三款電池也正好對(duì)應(yīng)三家日韓巨頭電池企業(yè)，松下、LG與三星;以及三種主要的封裝形式，圓柱、軟包與方形路線。
特斯拉Model3電池組：松下21700圓柱NCA電芯+BMS+液冷通用Bolt電池組：LG軟包三元電芯寶馬i3電池組：三星SDI方形三元電芯5.1開啟圓柱三元大眾化路線的先鋒：特斯拉系列車型
電芯端：松下獨(dú)供電芯，特斯拉負(fù)責(zé)PACK
松下只為特斯拉提供電芯。2019年以前投資2000億日元到電池單體的生產(chǎn)線上(超級(jí)工廠)，由特斯拉負(fù)責(zé)土地、建筑、pack。電芯價(jià)格下降，跟特斯拉議定，未來三年公司預(yù)計(jì)整個(gè)pack價(jià)格要下降30%。公司的NCA里面增加添加劑，改進(jìn)了安全性，所以特斯拉才會(huì)使用。
松下認(rèn)為主要降低成本的路徑是：1)優(yōu)化Cell和Pack的生產(chǎn)工藝，以及通過產(chǎn)能擴(kuò)張獲取經(jīng)濟(jì)效益2)通過與客戶工廠接近來降低包裝，物流，報(bào)關(guān)，庫存等運(yùn)營成本3)提升良率，降低運(yùn)營費(fèi)用。
從行業(yè)的角度來講，現(xiàn)在沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)?8650的只有松下在做。為特斯拉供應(yīng)圓柱形電池，特斯拉也在分享技術(shù)，公司希望圓柱形電池能得到更多推廣，不過還是要看裝在整車上什么位置。
成組電池端：設(shè)計(jì)閉環(huán)+規(guī)?；党杀?/strong>
特斯拉的電池成本主要分為三個(gè)階段，目前電池成本占比接近60%，未來投資50億美金的超級(jí)電池工廠投產(chǎn)，成本有望下降30%以上。
階段1：2013年以前：18650電芯價(jià)格較低僅為$2，但是BMS和PACK成本較高，電池成本占比為57%。此前松下一直為特斯拉的電池獨(dú)家供應(yīng)商，提供的電池為18650的NCA電池，單個(gè)電芯為3.1Ah，能量為11.47Wh，單價(jià)為$2左右，預(yù)計(jì)該價(jià)格為松下?lián)屨际袌?chǎng)而有意放低的價(jià)格。以85kwh的ModelS為例，采用7263顆電芯，電池成本為$15246，特斯拉公告的BMS和PACK成本為$20000，總電池成本為$35246，2013年特斯拉年報(bào)顯示其毛利為22.5%，車子售價(jià)為$79900，其成本為$79900×(1-22.5%)=$61923，電池成本占比為$35246/$61923=57%。
階段2：2013年至特斯拉的超級(jí)電池工廠Gigafactor投產(chǎn)前：受商業(yè)因素的而影響，電芯單體價(jià)格大幅上升為$3.5，得益于BMS和PACK成本下降，電池成本占比為59%。2013年10月30號(hào)特斯拉與松下簽訂了高達(dá)70億美元合同，此時(shí)18650NCA電芯的價(jià)格上漲到了$3.5，漲幅高達(dá)75%，同樣85kwh的7263顆電芯成本為7263×3.5=$26680，但是特斯拉單獨(dú)出售的電池包價(jià)格和年報(bào)顯示的毛利卻沒有太大的變化，估測(cè)BMS+PACK成本已經(jīng)大幅降低為$10000，因?yàn)锽MS和PACK主要成本為設(shè)計(jì)費(fèi)，本身的電子元器件和制造成本很低，整個(gè)電池包的成本為$26680+$10000=$36680，成本占比為$36680/$61923=59%。
階段3：為超級(jí)電池工廠建成之后(2017-)：電池成本下降30%以上。預(yù)計(jì)21700單體價(jià)格為$3.3，折合0.14美元/w。由于Model3電芯數(shù)量較少且容量較少，預(yù)計(jì)Model3BMS+PACK成本為$2880左右，綜合電池包成本為$6960，電池包成本占比29%。
特斯拉實(shí)現(xiàn)圓柱路線大幅降本的秘訣在于設(shè)計(jì)閉環(huán)。興業(yè)證券在前述分析中提到圓柱路線的電池包降成本空間已經(jīng)非常有限，Tesla能夠?qū)崿F(xiàn)圓柱路線大幅度成本下降是一個(gè)例外。Tesla的電池、系統(tǒng)、整車一體化，全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋，可以做到設(shè)計(jì)的閉環(huán)，這與其它企業(yè)有根本性的區(qū)別，Tesla可以全面評(píng)估更改的利弊，而這是國內(nèi)18650電池廠目前所不具備的。
5.2率先實(shí)現(xiàn)軟包三元電芯成本迅速下降：通用bolt
電芯端：LG獨(dú)供軟包電芯
通用汽車在2015年曾經(jīng)披露過Bolt電動(dòng)車采用LGChem的電池，電芯cell的價(jià)格為145美元/kWh左右。在年度全球商業(yè)會(huì)議上，通用汽車進(jìn)一步對(duì)外展示了Bolt的電池電芯cell的成本預(yù)測(cè)。其中2016年的成本為145美元/kWh，這個(gè)數(shù)值持續(xù)到2019年，2020年會(huì)下降到120美元/kWh。到2022年，該數(shù)值繼續(xù)下降到100美元/kWh。合理推算得到通用bolt電池組成本在200美元/kWh，到2020年降至170美元/kWh。
成組電池端：爆款單車實(shí)現(xiàn)規(guī)?；党杀?
BoltEV與一代和二代Volt非常相似，采用了LG“袋狀電池”，也就是像食品真空袋那樣的尺寸和形狀，并且在兩代Volt車型上分別只使用了288和196個(gè)，顯然效率高了很多。
這種袋狀電池相對(duì)于18650有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，首先是冷卻效果更好，溫控更加均勻，每個(gè)點(diǎn)的溫度也很容易達(dá)到一致性，隨后我在實(shí)驗(yàn)室里看到了它的散熱系統(tǒng)，就像主板的印刷電路那樣，遍布袋狀電池的每個(gè)部位，通用的工程師使用了水冷散熱的方式，由于扁平的袋狀電池有著更大的面積，因此印刷電路一般的水冷管路密布，確實(shí)更容易溫控;其次它的壽命更長(zhǎng)，也更加可靠，在極端環(huán)節(jié)下也相對(duì)穩(wěn)定。
5.3方形三元主流：寶馬i3
電芯端：三星SDI獨(dú)供方形電芯
寶馬i3一直使用的電芯是方形鋁殼，三元NCM材料，由三星SDI提供，額定電壓在3.7V，電壓限值區(qū)間為2.8-4.1VDC，電芯的比能在120Wh/kg以上，電芯的內(nèi)阻在0.5mΩ左右。i3電池包共有8個(gè)模組組成，每個(gè)模組有12個(gè)電芯，共計(jì)96個(gè)電芯，串聯(lián)。
在動(dòng)力電池方面公司現(xiàn)在celllevel成本210-220usd/kwh左右，目標(biāo)是2020年降到120-130usd，有40%左右的成本下降。主要來自于規(guī)模效應(yīng)，良率提升，產(chǎn)能增加帶來的采購價(jià)格下降
供應(yīng)鏈方面現(xiàn)在消費(fèi)電池的正極材料大部分來自中國，動(dòng)力電池只有不到10%來自中國，隔膜和負(fù)極主要來自韓國，電解液有少部分由中國工業(yè)，大部分來自日韓。同時(shí)，公司表示未來將產(chǎn)業(yè)鏈從日韓向中國轉(zhuǎn)移也是未來costreduction重要的機(jī)會(huì)。過去三年第一代到第二代產(chǎn)品能量密度有50%的增加，2018年的第三代產(chǎn)品會(huì)有20-30%的提升。
成組電池端：寶馬自主研發(fā)模塊化與熱管理
i3是寶馬真正意義上量產(chǎn)的一款電動(dòng)車，在去年9月份就已全球銷量突破6.6萬輛。i3很多領(lǐng)域的技術(shù)都為寶馬后續(xù)電動(dòng)汽車開發(fā)做了充實(shí)的積累和探索，比如整車輕量化技術(shù)、電池系統(tǒng)模塊化技術(shù)、熱管理技術(shù)等。
從動(dòng)力電池系統(tǒng)角度來看，i3自2013年11月份上市以來至今進(jìn)行了一次升級(jí)，即在2016年電量由22kWh，提升為33kWh，電量提高50%，這一次升級(jí)，保持了電池包體積、結(jié)構(gòu)不變。升級(jí)之前的i3續(xù)航里程在81英里/130公里(升級(jí)后33度電續(xù)航在114英里/183公里)，電池包總電量為22kWh，容量60Ah，總電壓353V;電池包的總重量約為235kg，比能為93.6Wh/kg(33度電的比能約為140.4Wh/kg)。
i3的電連接，高壓線束(科士達(dá)Kostal提供)采用插接式與模組連接，與電極間的連接則通過超聲焊實(shí)現(xiàn)，采樣線先超聲焊再點(diǎn)膠的方式與連接片相連。寶馬i3的熱管理采用直冷方案(也有液冷方案)，制冷劑為R134a。
6潛在降本空間廣闊技術(shù)突破仍需等待
筆者認(rèn)為三元體系之外的非主流技術(shù)路線同樣存在技術(shù)突破的可能性，如以鈦酸鋰為負(fù)極材料的鈦酸鋰快充電池路線以及新型鋰電體系，如鋰硫電池。潛在的技術(shù)突破有望打破現(xiàn)有體系，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池性能提升與成本下降的快速躍遷。
以鈦酸鋰為負(fù)極材料的鈦酸鋰快充電池路線，新型鋰電體系有望大幅突破現(xiàn)有比能量極限。
6.1快充電池：成本是目前最大制約
快充電池已實(shí)現(xiàn)成熟的商業(yè)化應(yīng)用。目前快充類電動(dòng)車已超過15000臺(tái)，累計(jì)運(yùn)行超過10億公里，在公交車等對(duì)于充電時(shí)間要求較為嚴(yán)格的領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛?？斐渲髁骷夹g(shù)路線有兩類，一類是以鈦酸鋰替代石墨作為負(fù)極材料，代表企業(yè)有微宏、銀隆等，另一類是在磷酸鐵鋰體系下采用快充型石墨作為負(fù)極，代表企業(yè)為CATL。
成本是快充電池進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域的最大制約。國內(nèi)快充電池度電成本約為5000元，補(bǔ)貼還不足以覆蓋該部分成本，因此快充仍未成為真正意義的主流。如果快充電池能夠?qū)崿F(xiàn)較大幅度的成本下降，將迅速拓展其市場(chǎng)空間。潛在方向包括1)能量密度提升;2)批量化生產(chǎn)降成本;3)提高標(biāo)稱電壓，目前只有2.3V，而三元在3.7V。
6.2新型鋰電體系：大幅突破現(xiàn)有比能量極限
現(xiàn)有體系下，電池能量密度有理論極限，如果要進(jìn)一步突破400Wh/kg比能量，目前的可選方案包括固態(tài)鋰電池，以及鋰空氣電池、鋰硫電池等新的電化學(xué)體系電池。
固態(tài)電池：高比能量+不燃燒。工作原理上固態(tài)鋰電池和傳統(tǒng)的鋰電池并無區(qū)別，只是電解質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)在于：1)能量密度：固態(tài)電池不再使用石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰負(fù)極，大大減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。2)安全性：固態(tài)電池不會(huì)在高溫下發(fā)生副反應(yīng)，不會(huì)因產(chǎn)生氣體而發(fā)生燃燒。目前豐田、松下、三星、三菱以及國內(nèi)的寧德時(shí)代等電池行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)都已經(jīng)積極布局固態(tài)電池的儲(chǔ)備研發(fā)。
鋰硫電池：比能量有望超過500Wh/kg。硫作為正極理論比能量高達(dá)2600Wh/kg，且單質(zhì)硫成本低、對(duì)于環(huán)境友好。但是，硫具有不導(dǎo)電、中間產(chǎn)物聚硫鋰溶于電解質(zhì)、體積膨脹嚴(yán)重等缺點(diǎn)，這些問題使得鋰硫電池的大規(guī)模應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)，包括安全性、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性等。
金屬空氣電池：比能量有望超過700Wh/kg。金屬空氣電池是以金屬為燃料，與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電能的一種特殊燃料電池。鋰空氣電池的比能量是鋰離子電池的10倍，體積更小，重量更輕。不足之處在于，仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化尚需等待。
