淺談動力電池發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

肖磊

近幾年，在全球碳中和的宏觀背景下，新能源汽車市場迎來爆發(fā)式增長，帶動動力電池裝車量持續(xù)提升。

新能源汽車融匯新能源、新材料、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多種技術，正推動汽車從單純的交通工具向移動智能終端、儲能單元和數(shù)字空間轉變。動力電池作為新能源汽車的核心部件，占新能源汽車總成本的40%左右，隨著新能源汽車滲透率的逐步提升，動力電池將發(fā)展空間廣闊，預計2025年之后的市場規(guī)模超萬億，未來五到十年將是動力電池的黃金發(fā)展時期。

一、碳中和背景下，新能源汽車已成為行業(yè)發(fā)展主線。

隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題日益突出，新能源汽車行業(yè)的發(fā)展受到高度重視，加大新能源汽車的研發(fā)生產力度已經(jīng)在全球范圍內形成共識。近年來，各國政府相繼將燃油車禁售提上議程，我國也已開始研究停止生產銷售傳統(tǒng)能源 汽車的時間表，新能源汽車取代燃油汽車已成為必然趨勢。

從全球來看，世界各主要經(jīng)濟體相繼提出“碳達峰、碳中和”方案。歐盟已制定嚴苛的綠色經(jīng)濟復蘇計劃，2021年起對所有新車實施二氧化碳排放量不超過95g/km的規(guī)定，同時歐盟委員會計劃要求新車和貨車的排放量從2030年起下降65%，從2035年開始下降100%，并且歐洲各大車企也最遲將于2035年前停止銷售燃油車型。

從國內來看，我國已提出“雙碳目標”，將大力發(fā)展新能源交通方式，根據(jù)2020年11月2日國務院辦公廳發(fā)布《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，到2025年，純電動乘用車新車平均電耗降至12.0千瓦時/百公里，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右。到2035年，純電動汽車將成為新銷售車輛的主流，將為世界經(jīng)濟發(fā)展注入新動能。

根據(jù)工信部指導編制的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》，2025年新能源汽車占汽車總銷量的比重達到20%，2030年新能源汽車在總銷量的占比達到40%左右，2035年新能源汽車銷量占國內汽車市場銷量的50%以上。同時混動新車的占比也將在2030年達到傳統(tǒng)能源乘用車的75%以上，2035年混動及新能源汽車在傳統(tǒng)能源乘用車中的占比將達到100%?！犊偮肪€2.0》預測2030年新能源汽車銷量將超過3000萬輛，2035年新能源汽車銷量將達到4000萬輛以上。

二、受益于新能源汽車的快速發(fā)展，動力電池市場規(guī)模持續(xù)擴大。

新能源汽車產銷量同比均繼續(xù)保持高速增長，同比增速持續(xù)顯著領先行業(yè)。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2021年我國新能源汽車銷量達到352萬輛，同比增長160%;根據(jù)乘聯(lián)會數(shù)據(jù)，2021年新能源汽車國內零售滲透率14.8%，其中12月滲透率達22.6%，已超過《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中制定的2025年達到20%滲透率的目標。

根據(jù)中國汽車動力電池產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2021年，我國動力電池產量為219.7GWh，同比增長163.4%;銷量為186GWh，同比增長182.3%;裝車量為154.5GWh，同比增長142.8%。根據(jù)SNE數(shù)據(jù)，2021年全球各國注冊的電動汽車電池電量總量為296.8GWh，同比增長102.2%，環(huán)比上漲37.3%。

三、中日韓企業(yè)占據(jù)全球動力電池市場的主要份額。

從頭部企業(yè)來看，全球動力電池廠商主要集中在中日韓三國。根據(jù)SNE Research發(fā)布的2021年全球動力電池裝機量排行榜，中國廠商6家、韓國3家、日本1家，前十名分別為：寧德時代、LG新能源、松下、比亞迪、SK On、三星SDI、中創(chuàng)新航（中航鋰電）、國軒高科、遠景動力、蜂巢能源。

2021年，寧德時代在動力電池領域的全球裝機量達到96.7GWh，市場占有率為32.6%，位列全球第一，這是寧德時代連續(xù)第五年登上全球最大動力電池企業(yè)的寶座，與2020年相比，其市場份額增加了8個百分點;韓國LG新能源排名第二，2021年動力電池裝機量為60.2GWh，市場占有率為20.3%，是寧德時代最大的競爭對手;日本松下排名三，2021年動力電池裝機量為36.1GWh，市場占有率為12.2%。

全球動力電池公司行業(yè)集中效應十分明顯，2019—2021年，前三家企業(yè)合計占市場比例分別為63%、66%、65%;前十家企業(yè)所占市場份額也保持在90%以上。

我國在動力電池方向具有明顯優(yōu)勢，2021年我國動力電池廠商裝機量占據(jù)全球50%左右的市場份額，且我國在動力電池主要材料供應鏈正負極，隔膜、電解液、配套齊全，可以進行完全獨立的設計和量產，在全球汽車行業(yè)電氣化的變革浪潮中，動力電池行業(yè)相關企業(yè)將會明顯受益。

四、在電池技術路線上，磷酸鐵鋰和三元鋰電各具優(yōu)勢，在現(xiàn)階段仍是市場主流。

2021年，我國磷酸鐵鋰電池裝車量為79.8GWh，同比增長227.4%，占總裝車量的51.7%;三元電池的裝車量為74.3GWh，同比增長91.3%，占總裝車量的48.1%。兩種主流路線，占到總裝車量的99.8%。

從發(fā)展歷程看，磷酸鐵鋰的裝機量份額經(jīng)歷了一段先下降后增長的階段。2014年和2015年間，磷酸鐵鋰電池在新能源乘用車市場上一度占據(jù)主導地位;之后受到政策補貼的影響，三元鋰電池裝機量從2016年起占據(jù)市場主導地位;進入2020年以后，隨著寧德時代CTP技術發(fā)展，比亞迪電池的推出，針對高能量密度電池（如三元鋰電池）補貼的下降和三元鋰材料電池安全性問題日益明顯，磷酸鐵鋰電池市場份額重新超越三元鋰電池。

目前，動力電池技術路線主要分為磷酸鐵鋰、三元材料，其使用場景各有不同，不存在技術上的優(yōu)劣替代關系。其中，磷酸鐵鋰電池憑借較高的安全性能、出色的循環(huán)性能、較低的成本，早期主要應用于新能源商用車，在近幾年，乘用車磷酸鐵鋰電池出貨量亦快速增長;三元材料電池憑借能量密度高、抗低溫、倍率性能高的優(yōu)勢，主要應用于新能源乘用車。

行業(yè)分析師曾佑鵬認為，近兩年受國內新能源汽車補貼政策逐步退出的影響，三元鋰電池憑借更高能量密度獲得政策補貼的優(yōu)勢有所減弱，疊加未來幾年電化學儲能領域對磷酸鐵鋰電池的市場需求上揚，使得磷酸鐵鋰電池產量增速超過三元鋰電池;全國乘聯(lián)會秘書長崔東樹認為，與需要鈷、鎳等價格高企且相對稀缺金屬的三元鋰電池相比，磷酸鐵鋰電池成本更低，尤其在鋰電正極、負極、電解液等原材料齊漲價的當下，其規(guī)模化生產的成本壓力相對較小。但崔東樹同時指出，從材料角度看，目前磷酸鐵鋰電池能量密度已無太多上升空間，很可能限制其未來的應用場景;中國科學院電工研究所教授陳永翀認為，未來新能源汽車市場預期將更加細分，在短程低速或中短程電動車市場中，磷酸鐵鋰電池很可能維持主流地位，但對長程或其他用途車輛而言，三元鋰電池也有望維持一定優(yōu)勢。

筆者認為，在沒有重大技術創(chuàng)新商用前，磷酸鐵鋰和三元鋰電技術路線將并存發(fā)展，其中磷酸鐵鋰依托安全性能和循環(huán)充電優(yōu)勢，更多發(fā)展低端車型和儲能方向;三元鋰電將更多往高鎳方向發(fā)展，憑借其更高能量密度、耐低溫性能，占領高端車型市場。

五、鈉離子電池、高鎳三元鋰離子電池和固態(tài)電解質電池是未來動力電池的重要發(fā)展方向。

隨著動力電池的需求量日益增加，動力電池生產企業(yè)也在尋找未來動力電池的發(fā)展方向，以目前已經(jīng)公布的研究路徑來看，鈉離子電池、高鎳三元鋰離子電池和固態(tài)電解質電池是廠商主要選擇的技術發(fā)展路徑。

鈉離子電池原材料儲量豐富，生產效率快，性能與市場上鋰離子電池沒有明顯差異，可以有效降低動力電池生產成本。寧德時代在2021年7月29日發(fā)布鈉離子電池，相較于鋰離子電池，鈉離子電池具有更低的成本而且在儲運方面具有巨大優(yōu)勢。鈉離子電池在原理與結構上與鋰離子電池十分相似，僅在材料的選擇上存在差異，鈉離子電池生產線可以沿用鋰離子電池生產線。目前鈉離子電池初步應用于儲能和低速動力領域，隨著寧德時代發(fā)布鈉離子動力電池，鈉離子電池應在動力領域向替代鋰離子電池又邁進了一步。

鈉離子電池具有高能量密度，高倍率充電，優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，良好的低溫性能和高集成效率等優(yōu)勢。電芯單體能量密度達到160Wh/kg;常溫充電15分鐘，電池容量可以達到80%以上;在-20℃低溫環(huán)境中，放電保持率可以達到90%以上;系統(tǒng)集成效率可以達到80%以上。根據(jù)寧德時代公布的研究計劃，下一代鈉離子電池的研發(fā)目標是200Wh/kg以上。

高鎳三元鋰電池是以動力電池中鎳含量為主要判斷標準，主要包括6系、8系三元鋰電池，甚至是正在研究的9系三元鋰電池，在中高端新能源乘用車上有廣闊應用前景，在未來解決安全性的前提下，中高端乘用車動力電池能量密度將有質的飛躍。高鎳三元鋰電池較高能量密度帶來的優(yōu)勢將驅動即使在單位成本價格依舊高于的情況下，實現(xiàn)綜合成本接近磷酸鐵鋰電池。目前全球主要動力電池生產廠商在高鎳電池研發(fā)上均有布局。

固態(tài)電解質電池在安全性，穩(wěn)定性，循環(huán)壽命額能量密度等方面具有巨大優(yōu)勢，有望解決安全問題。使用固態(tài)電解質代替當前鋰電池中的易燃電解質溶液，可以更安全密集地儲存能量，使用固態(tài)電解質將減少對銅和鋁的需求，不再對隔膜和液態(tài)電解液產生依賴，但目前也存在著技術不成熟，生產成本高昂，關鍵材料制備困難等缺陷，但固態(tài)電解質電池可以有效減少動力電池組體積，保障動力電池安全，商業(yè)化前景廣闊，未來必定成為主流研究方向。

整體來看，全球新能源汽車發(fā)展勢頭明確且強勁，隨著新能源汽車滲透率和銷量的持續(xù)提升，動力電池作為新能源汽車的“心臟”，將迎來廣闊的市場空間和黃金發(fā)展時期;在技術上路線方面，一定時期內磷酸鐵鋰和三元鋰電將并存發(fā)展，長期來看鈉離子電池、高鎳三元鋰離子電池和固態(tài)電解質電池有望脫穎而出，實現(xiàn)電池性能質的突破。