一、政策背景
電動化大趨勢愈演愈烈，我國通過系列化政策的引導和扶持，已經成為全球最大的新能源汽車市場。眾所周知，新能源汽車的重要瓶頸在於電池的續航裡程。在此背景下，國家《促進汽車動力電池發展行動方案》、《節能與新能源汽車技術路線圖》等紛紛鼓勵高能量密度電池的使用，近期《外商投資產業指導目錄（2017年修行）》政策提出解除純電動汽車合資企業限制以及取消汽車電子和動力電池股比限制，這也是促進國內新能源汽車市場推廣應用高能量密度電池的重要舉措。基於政策倒逼和動力電池技術的進步，通過三元鋰和固態鋰電池的產品技術對標模型分析，來推演未來動力電池發展格局。
二、動力電池發展現狀分析
目前，國內新能源汽車仍然在採用磷酸鐵鋰（BYD為主）和三元鋰電池，車型續航裡程基本上都能夠達到300公裡，但是電池系統平均能量密度水平為115 Wh/Kg。而2017年3月份，國家工信部等四部委聯合頒布《促進汽車動力電池發展行動方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動力申池單體比能量超過300 Wh/Kg；系統比能量力爭達到260Wh/Kg。
數據顯示，我國動力電池現狀與目標值差距達126%。這對這對磷酸鐵鋰電池來說太難了，但是對於以特斯拉為代表的三元鋰電池是完全可能的，其採用的動力電池性能好，BMS管理系統效率也高；此外，固態鋰電池也是可以將電池系統能量密度提升至 260Wh/Kg水平。
1、三元鋰和磷酸鐵鋰電池•中流砥柱
當前，全球新能源車市場迎來蓬勃發展的關鍵時期，主流汽車企業紛紛布局新能源汽車戰略，鋰電池產業鏈快速成熟將進一步推動新能源汽車的規模化應用。從全球的角度看，典型車企配套車型主要採用日韓動力電池，以三元鋰為主體，續航裡程基本上都達到或超過350公裡的水平。
國內，從2017年新能源汽車前6批推廣目錄來看，新車型搭載電池的能量密度不同程度地提升。第一批目錄中能量密度超過115Wh/Kg 的車型僅佔13.11%到第五批目錄中的73%，應該說能量密度的提升已是大勢所趨。主流電動車企業配套的動力電池也逐步向三元鋰轉型，續航裡程基本上都能夠達到300公裡的水平。
綜合國內外動力電池企業搭載新能源汽車情況看，三元鋰電池成為主流技術路線已經不可逆轉，但整車續航裡程仍有提升的空間。這很可能在於動力電池能量密度、BMS效率提升等多方面原因所致。
2、全固鋰態動力電池發展•共識
世界各國先後制訂了高能量密度鋰電池的研發目標，均在積極地進行鋰硫電池、鋰空氣電池或鋰金屬電池等電池的前瞻性研究。固態鋰電池在繼承傳統鋰電池的優點基礎上，安全性、能量密度等方面有了大幅進步。目前，目前全固態鋰電池研發可提供的能量密度基本可達 300~400Wh/kg，其有望成為作為下一代高能量密度動力和儲能電池技術的重要發展方向，為學術界和產業界的共識。
圖1 世界各國對動力電池能量密度的階段目標
圖2 世界鋰電池技術路線走向
聚合物固態電池•商業化
全球動力電池關聯企業加速布局全固態鋰電池領域以搶佔先機，目前各個技術路徑呈現出不同產業化特點。目前，固態鋰電池以聚合物固態電池發展較快，由於其高溫工作性能較好，已經完成實驗室驗證並有小部分企業實現小規模產業化。
硫化物固態電池•能量密度高+成本低
由於鋰硫電池具有較高的能量密度和低廉的成本， 有著巨大的開發潛力，豐田、三星、CATL、豐田等國內外企業紛紛加速布局。以豐田技術最為領先，其2010年就推出硫化物固態電池，2014年其實驗原型能量密度達到 400Wh/kg。截止到2017年初，豐田固態電池專利數量達到30件，遠高於其它企業。據豐田高管透露，豐田或將在2020年實現硫化物固態電池的產業化。國內企業CATL在硫化物固態電池方面相對領先，正加速開發純電動汽車用的硫化物全固態鋰金屬電池。
三、兩種技術路線的對比及影響分析
1、三元鋰電池•成熟
從產品成熟度角度來看，美國特斯拉Model系列車型已經實現突破，其Model 3即將規模化銷量，進一步論證三元鋰動力電池的可行性。Model 3採用全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長變粗，能量密度也提高了20%，單體電池容量可達3~4.8Ah，大幅提升35%。毫無疑問，當前三元鋰動力電池已然為主流產品。
2、固態鋰電池•潛力
從技術潛力角度來看，三元鋰動力電池能量密度提升相對困難，全固態鋰電池能量密度提升，從理論上講更具可行性。一是全固態鋰電池電壓平臺提升，固態電解質比有機電解液普遍具有更寬的電化學窗口，有利於進一步提升電池的能量密度；二是固態電解質能阻隔鋰枝晶生長，材料應用體系範圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術奠定基礎。三是全固態鋰電池當前能量密度約400 Wh/Kg，預估最大潛力值達900 Wh/Kg，有超過100%的提升空間。固態鋰電池必將是未來的主流產品。
3、固態鋰電池•安全
近年來國內外多次出現新能源汽車自燃事故，新能源汽車的使用越來越關注。其主要原因在於動力電池（三元鋰為主）的問題，動力電池電氣安全、功能安全、化學安全、機械安全方面控制仍不給力。一般而言，三元鋰電池液態電解質易燃易爆，在長期使用過程中容易觸發「熱失控」，在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。
但全固態鋰電池具有極高的安全性，其固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現象。
4、固態鋰電池•明日之星
綜合上述產品、技術、安全等方面的比較，全固態鋰電池在使用安全和技術潛力方面具有絕對的優勢，但是三元鋰電在產品成熟度、市場滲透方面具有相當的優勢。綜合來看，當前三元鋰電為純電動汽車最為明智的選擇。
但是，一旦全固態鋰電池解決金屬鋰穩定性差等問題後，將爆發強大的產品替代力，或將顛覆動力電池產業格局。
5、高能量動力電池•發展動力
前面提到了，國家政策導向已經非常明確，大力支持高能量密度的新型鋰離子動力電池的發展，並已經有相應的政策細則體現。主要表現在三個方面：一是2017年6月份國家工信部發布的雙積分政策，通過高能量密度降低電池質量而獲得低的百公裡電能消耗量 Y 時，可以獲得1.2 倍積分；二是去年年底補貼政策，強調了高能量密度（乘用車電池能量密度>120 Wh/Kg）時，可獲得1.1~1.2倍補貼；三是從獲取補貼必須進入的新能源汽車推廣目錄來看，乘用車三元鋰電車型佔比持續提升，今年第6批車型份額佔比超過70%，已然促進了高能量密度電池的發展。
6、高能量動力電池•新格局
雖然國內新能源汽車推廣應用方面取得了良好成績，但是主要面向私人消費者的純電動乘用車產品受制於「裡程焦慮」影響尚未實現大規模使用。這要求動力電池有著更高的能量密度，就目前情況而言，僅三元鋰動力電池和固態鋰動力電池可能達成2020年目標。這將引發國內動力電池技術新格局。
第一類，技術領先型。CATL企業本身已經具備了三元鋰電技術沉澱，其產品將採用矽碳材料作為負極，「十三五」期間有望實現350Wh/kg目標；同時CATL在固態鋰電池（鋰硫電池、聚合物電芯）均取得了突破，如CATL設計製造的容量為325 mAh的聚合物電芯高溫循環性能表現良好。技術的領先和提前布局，能夠保證企業在新技術的應用推廣時佔據制高點。
第二類，技術跟隨型。國軒高科、力神等企業具備較強的市場基礎，都在加速研發具有高電池能量密度的三元鋰電技術。如科技部官網關於國軒高科三元鋰電技術的突破情況，其以「高鎳正極+矽基負極」為電池材料，實驗室電池能量密度水平達281 Wh/kg。但是這類企業很少或者基本上沒有涉及到固態鋰電池技術儲備。該類企業或將加快同三星日本研究所、Sakti3（美國）、清陶能源等具有全固態鋰電池技術的企業合資合作。
第三類，技術轉型類。比亞迪、萬向等企業，其核心產品磷酸鐵鋰電池能量密度上升空間有限，逐步降低磷酸鐵鋰電池的影響，加速轉型三元鋰電池技術路線。其中，萬向旗下A123 Systems磷酸鐵鋰產品能量密度止步於140Wh/kg左右；比亞迪計劃在2018年三元鋰電池能量密度達到240Wh/kg左右，2020年達到300Wh/kg左右。該類企業具有較強的技術積累和研發支撐，且有較強的技術嗅覺感，或將加強同中科院青島能源所、國能電池研究院等科研院所的合作，加快全固態動力電池的研發。
總而言之，磷酸鐵鋰技術路線正在被替代，三元鋰電池技術路線已經成為主流，未來全固態鋰電池或新鋰離子電池技術路線將逐步替代三元鋰。
四、發展建議
未來，新能源汽車的健康與規模化推廣應用很大程度上取決於高安全、高續航裡程的動力電池的支撐力度。當前，新能源汽車動力電池技術進步將受國家政策、外部競爭的雙重壓力驅動，這就要求現有三元鋰動力電池技術的持續提升，同時也需要新的鋰離子電池的技術攻關和突破，以實現顛覆性的革新。對動力電池企業說，現在是最好的時期，也是最壞的時期。智電汽車認為，電池能量密度的「攻堅戰」已經打響，動力電池行業格局將洗牌。未來企業要進入競爭力梯隊，需要重點做好兩點：一是要轉變思維方式和「居安思危」，由粗放規模化發展向「技術和規模化」並重的發展模式轉型，加速全固態鋰電池或新鋰離子電池技術儲備；二是要注重產品的安全性，既要加強與整車企業的合作，同時要規避「高田氣囊」事件在動力電池行業上演。
資料來源：智電汽車