動力電池市場激戰正酣 哪種技術路線能夠勝出?

2020-12-14 金融界

來源：金融界上市公司研究院

作者：魯臻

受益於下遊新能源汽車發展，作為主要中遊產業，動力電池也隨之進入爆發期，全球動力電池出貨量8年增長超過百倍，由2011年的1.08GWh上升至2019年的116.6GWh。

年初以來，資本市場連續出現CTP技術、刀片電池、特斯拉無鈷電池技術等多個與動力電池相關的新聞熱點，引發業界和投資者對2020年及未來電池技術路線的無限遐想。數據顯示，一臺新能源汽車中電池系統成本佔到30％~40％，可以說電池是新能源汽車時代最重要最核心的配件。

技術迭代 動力電池技術路線逐漸清晰

從全球範圍來看，目前動力電池技術發展尚未達成共識，各國和地區各個技術路線均有涉及，包括鋰離子電池、全固態電池等。其中，鋰離子電池因為能量密度高和循環使用壽命長，成為電動汽車乃至大多數電子產品的常用電池。

事實上，鋰離子電池由正極材料、負極材料、隔膜和電解液四個部分組成，其中正極材料成本達到30％-40％，是當前提升電池性能的關鍵。根據使用材料不同分為鎳鈷鋁、鎳鈷錳、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰等六種，其中，前兩種又被稱為三元鋰電池。

從性能指標來看，動力電池性能指標主要有儲能密度、循環壽命、充電速度、抗高低溫和安全性五個維度。根據麥肯錫2016年進行的一項電動車消費者習慣調查顯示，中美德三國消費者對於電動車的疑慮依次是產品價格、續航裡程、充電便利性、車型/品牌。

綜合分析來看，汽車電動化的必要條件就是在滿足安全性的前提下，以能夠接受的成本緩解消費者的續航裡程焦慮。也就是說，儲能密度和安全性是動力電池的兩大剛需。其中，鈦酸鋰電池和錳酸鋰電池因為儲能密度太低而被拋棄，鈷酸鋰則因安全性太差而被棄用，這就導致三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池成為新能源汽車兩個主流的電池技術路線，分別被應用於乘用車市場和客車市場。

根據中國汽車動力電池產業創新聯盟數據顯示，2020年1-2月，我國動力電池產量累計1.7GWh，同比下降85.1％。其中三元鋰電池產量累計0.83GWh，佔總產量47.9％；磷酸鐵鋰電池產量累計0.89GWh，佔總產量51.6％。磷酸鐵鋰電池累計產量不僅反超三元鋰電池，還超過了除磷酸鐵鋰電池之外所有電池類型的總和。

但從動力電池裝機量來看，三元鋰電池仍是主流。1-2月三元鋰電池累計裝機量2.1GWh，佔比為72.4％；磷酸鐵鋰電池裝機量0.8GWh，佔比為27.6％。

按材料類型劃分的動力電池2020年1~2月產量和裝機量（單位：MWh）

制表：金融界上市公司研究院 數據來源：動力電池聯盟

三元鋰電池VS磷酸鐵鋰電池

從技術角度而言，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池各有千秋，不存在絕對的好壞。

具體來看，在儲能密度上，根據2020年1月14日工信部發布的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄（2020年第1批）》顯示，純電動乘用車使用的三元鋰電池系統的能量密度基本在160Wh／kg及以上，最高達191Wh／kg，而大部分的純電動客車使用的磷酸鐵鋰電池系統的能量密度集中在140Wh／kg及以上，最高為161．27Wh／kg。從發展趨勢來看，各國和地區普遍計劃到2030年單體能量密度達500Wh/kg。

在循環壽命上，磷酸鐵鋰電池要優於三元鋰電池。磷酸鐵鋰電池充放電循環次數大於3500次後才會開始衰減，也就是說其使用壽命可長達十年左右，而三元鋰電池的充放電循環次數則僅為2000次，意味著其使用壽命約為6年。當然，決定動力鋰離子電池使用壽命的因素有很多，包括體系本身的特性，以及製造工藝、使用工況等。優質的電池體系，外加科學的管理系統，可以在一定程度上延長使用壽命。

在抗低溫上，與磷酸鐵鋰電池低溫下限值零下20度相比，三元鋰電池低溫使用下限值為零下30度更有優勢。同時在相同低溫條件下，三元鋰電池冬季衰減不到15％，而磷酸鐵鋰電池衰減高達30％以上。

在成本上，磷酸鐵鋰電池的正極材料不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、鐵等資源豐富，不會存在供料問題；而三元鋰電池的正極材料使用鎳、鈷等金屬，其價格相對較高，且易受到鈷、鎳原料價格波動影響。當然隨著電池技術的逐步成熟，三元鋰電池成本也在逐漸下降。

綜上所述，三元鋰電池的優勢在於儲能密度高，抗低溫，而磷酸鐵鋰電池的優勢則在於循環壽命長，成本低。儘管在材料和電池設計方面，鋰電池生產成本下降的路徑非常清晰，但在安全性與過程能力的雙重約束下，推行降本工藝都以技術進步為前提。

據外媒報導，韓國科學技術研究院（KIST）儲能研究中心的Hun-GiJung博士及其研究團隊宣布，已開發出新型矽負極材料。與石墨負極材料相比，採用這種材料的電池可將容量提升4倍，並且支持快速充電，在5分鐘之內充電至80％以上。若用在電動車動力電池上，預計汽車的續航裡程或將增加一倍以上。

對於車企而言，其對於電池的選擇要從駕駛安全，續航裡程，成本等多方面進行考慮，適合自己的才最重要。然而，在新能源車整體補貼退坡路徑已經明確的情況下，如何降本以保持盈利能力成為行業首要問題。因此，對於那些成本變化更為敏感的車型來說，磷酸鐵鋰的成本優勢可能會更加突出。但從續航角度來看，高端市場中三元電池仍是頭號選擇。如目前特斯拉Model3長續航版仍然採用三元鋰電池。

此外，對於電池廠商而言，還需要防範技術在固態電池、鋰硫電池、鋰-空氣電池等低成本新技術路線出現突破，這或將對現有格局產生較大衝擊。

附：2019年國內動力電池裝機量top10廠商一覽

制表：金融界上市公司研究院數據來源：動力電池聯盟

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