鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：7826次 | 2021年10月08日
深度報(bào)告：動(dòng)力鋰電池材料及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新未來(lái)展望
（報(bào)告出品方/作者：光大證券，殷中樞、郝騫、黃帥斌）
1、碳中和背景下的新能源汽車行業(yè)
1.1、現(xiàn)狀與未來(lái)：新能源汽車行業(yè)發(fā)展路線
1.1.1、全球新能源汽車政策加碼，積極擁抱碳中和
面對(duì)2020年全球新冠疫情的沖擊和影響，世界重要經(jīng)濟(jì)體都把疫情后的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇突破口選在了“綠色復(fù)蘇”上。截至2021.6.30，已提出碳中和目標(biāo)的國(guó)家有34個(gè)，正在醞釀提出碳中和目標(biāo)的國(guó)家將近上百個(gè)，碳中和毋庸置疑已成為全球大趨勢(shì)，作為能源需求端最重要的場(chǎng)景之一，新能源汽車也成為了世界各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我國(guó)：供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)明顯，2025年新能源汽車銷量預(yù)計(jì)占比保25%爭(zhēng)30%
補(bǔ)貼政策從經(jīng)濟(jì)性角度提振銷量，能量密度、安全性均在不同發(fā)展階段被政策所側(cè)重，雖然購(gòu)車成本仍是影響要素，但我國(guó)在電動(dòng)汽車供應(yīng)鏈已經(jīng)積累了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，成本快速下降，同時(shí)使用成本、體驗(yàn)的提升，以及智能化的加持，行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)化驅(qū)動(dòng)時(shí)代。此外，特斯拉我國(guó)市場(chǎng)強(qiáng)勁的銷量勢(shì)頭帶來(lái)的“鯰魚效應(yīng)”，也充分調(diào)動(dòng)了國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車汽車和供應(yīng)鏈的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，提高自身能力。
我們預(yù)計(jì)，根據(jù)碳中和發(fā)展目標(biāo)，我國(guó)燃油車的整體禁售有望在2045年前后，不同省份時(shí)間和情況會(huì)有一定差異。目前，我國(guó)已經(jīng)在新能源汽車供應(yīng)鏈積累較大優(yōu)勢(shì)，但銷量滲透率僅5.4%（2020年），2019年新能源乘用車典型公司平均電耗為15.95kWh/100km，技術(shù)始終是發(fā)展的原動(dòng)力，行業(yè)仍然要不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。2020年十一月，國(guó)務(wù)院辦公廳公布了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，計(jì)劃到2025年純電動(dòng)乘用車新車平均電耗降至12.0kWh/100km，新能源汽車新車銷售量達(dá)到汽車新車銷售總量的20%左右，高度自動(dòng)駕駛汽車實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域和特定場(chǎng)景商業(yè)化應(yīng)用；計(jì)劃到2035年，純電動(dòng)汽車成為新銷售車輛的主流，公共領(lǐng)域用車實(shí)現(xiàn)全面電動(dòng)化，燃料動(dòng)力鋰電池汽車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。我們認(rèn)為，2025年20%的滲透率為新能源車長(zhǎng)期規(guī)劃的政策托底，預(yù)計(jì)屆時(shí)新能源車滲透率保25%爭(zhēng)30%。
《規(guī)劃》還特別提到了鼓勵(lì)車用操作系統(tǒng)、動(dòng)力鋰離子電池的開發(fā)創(chuàng)新，加強(qiáng)輕量化、高安全、低成本、長(zhǎng)壽命的動(dòng)力鋰離子電池和燃料動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)核心技術(shù)攻關(guān)，加快固態(tài)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。國(guó)家支持全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)布局，推動(dòng)生產(chǎn)工藝、關(guān)鍵裝備、智能制造的突破發(fā)展以及電池梯次利用。
歐洲：碳排放約束+補(bǔ)貼，能源轉(zhuǎn)型的先行者
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
2020年九月，歐盟委員會(huì)推出了《2030年氣候目標(biāo)計(jì)劃》，明確了將《巴黎協(xié)定》下的歐盟國(guó)家自主貢獻(xiàn)從先前的與1990年相比減排40%的目標(biāo)提高到至少減排55%，并制定了各經(jīng)濟(jì)部門實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的政策行動(dòng)，其中到2030年計(jì)劃可再生能源發(fā)電占比從目前的32%提高至65%以上。在能源轉(zhuǎn)型和碳排放約束方面，歐洲走在全球的前列，是有力的先行者、倡導(dǎo)者。
在碳排放考核趨嚴(yán)的背景下，歐洲各政府（尤其是德國(guó)、法國(guó)）頻繁公布政策支持新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，重要為消費(fèi)補(bǔ)貼政策，還涉及到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、車企升級(jí)扶持、產(chǎn)業(yè)鏈投資等各方面。
2019年四月出臺(tái)的歐洲碳排新政于2020年一月開始執(zhí)行，新政規(guī)定2025、2030年歐盟新登記乘用車CO2排放量在2021年95g/km的基礎(chǔ)上減15%和37.5%，分別達(dá)到81g/km和59g/km，若不達(dá)標(biāo)將面對(duì)巨額罰款：每超標(biāo)1g/km，罰款95歐元。假設(shè)年銷量1500萬(wàn)輛燃油車，單車排放115g/km，要罰款（115-95）×1500×95=285億歐元。碳成本成為推動(dòng)歐洲新能源汽車放量的重要驅(qū)動(dòng)力，低CO2排放成為歐洲電動(dòng)汽車技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)。
歐盟政策加碼，2035年起提前結(jié)束內(nèi)燃機(jī)時(shí)代。2021年七月九日，根據(jù)Bloomberg，歐盟的監(jiān)管機(jī)構(gòu)歐盟委員會(huì)計(jì)劃要求新車和貨車的排放量從2030年起下降65%（相比于1990年水平），并從2035年起降至零，更嚴(yán)格的污染排放標(biāo)準(zhǔn)將輔以規(guī)定各國(guó)政府加強(qiáng)車輛充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)定；運(yùn)輸?shù)那鍧嵈笮藿抵料轮芄嫉囊幌盗械拇胧┮徊糠?，以制定更?yán)格的2030年氣候目標(biāo)，將溫室氣體排放從1990年水平減少55%。
同時(shí)，歐洲各國(guó)持續(xù)加大對(duì)新能源車購(gòu)車補(bǔ)貼等政策扶持，單車補(bǔ)貼最高可達(dá)9000歐元。如此一來(lái)，盡管2020年疫情肆虐導(dǎo)致汽車整體銷量萎靡，新能源汽車銷量卻在大力度優(yōu)惠政策下迎來(lái)前所未有的上升。此外，碳成本在各能源要素、汽車產(chǎn)業(yè)鏈、不同地區(qū)的轉(zhuǎn)移會(huì)成為全球碳市場(chǎng)完善后更重要的考量因素，涉及碳交易、碳關(guān)稅等，也會(huì)充分改變?nèi)蛐履茉雌嚠a(chǎn)業(yè)及供應(yīng)鏈的格局。
美國(guó)：拜登政府雄心勃勃，積極提振新能源發(fā)展
與特朗普政府不同的是，拜登政府出于國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、內(nèi)部政治、提振經(jīng)濟(jì)等因素大力推動(dòng)“綠色經(jīng)濟(jì)”及新能源發(fā)展。美國(guó)總統(tǒng)拜登上任時(shí)宣布了2萬(wàn)億美元的基建計(jì)劃，其中有1710億美元專門用于一系列電動(dòng)出行措施，比如：支持汽車制造商建立國(guó)內(nèi)原材料供應(yīng)鏈，消費(fèi)者將因購(gòu)買美國(guó)制造的電動(dòng)汽車而獲得補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠，還要求白宮近65萬(wàn)臺(tái)的聯(lián)邦車隊(duì)全部換成電動(dòng)汽車。
（1）拜登政府規(guī)劃至2026年美國(guó)的電動(dòng)汽車份額將達(dá)到25%，電動(dòng)汽車年銷量達(dá)到400萬(wàn)輛；
（2）到2030年，計(jì)劃建立50萬(wàn)個(gè)電動(dòng)汽車充電站組成全國(guó)性網(wǎng)絡(luò)；美國(guó)輕型汽車銷量的95%至100%將達(dá)到零排放標(biāo)準(zhǔn)；
（3）2035年實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電；
（4）2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)和100%的清潔能源經(jīng)濟(jì)。
美國(guó)的政策取決于如何平衡各利益勢(shì)力，與執(zhí)政黨和總統(tǒng)的政策密不可分，激進(jìn)的新能源發(fā)展策略一方面體現(xiàn)了拜登政府強(qiáng)化綠色發(fā)展執(zhí)政思路，另一方面體現(xiàn)了美國(guó)對(duì)我國(guó)新能源快速發(fā)展和其供應(yīng)鏈安全的擔(dān)憂。因此，我國(guó)各新能源產(chǎn)業(yè)鏈某些環(huán)節(jié)假如不受美國(guó)的制裁，將受益于美國(guó)新能源行業(yè)的發(fā)展；但部分核心環(huán)節(jié)也將受制于美國(guó)的打壓；我們認(rèn)為，資源品、電池關(guān)鍵技術(shù)和部件、芯片產(chǎn)業(yè)鏈等將首當(dāng)其沖受制衡。
1.1.2、全球新能源汽車銷量大漲，動(dòng)力鋰離子電池出貨量攀升
盡管2020年的新冠疫情導(dǎo)致全球汽車總銷量下降了14%，但全球電動(dòng)汽車的銷量卻在2020年逆勢(shì)大漲，達(dá)到320萬(wàn)輛以上。根據(jù)EVvolumes數(shù)據(jù)，2020年全球新能源汽車的的銷量為324萬(wàn)，而2019年同期為226萬(wàn)，同比上升了43.36％。
2020年新能源汽車銷售最多的國(guó)家分別是我國(guó)（137萬(wàn)輛）、德國(guó)（40萬(wàn)輛）、美國(guó)（30萬(wàn)輛）、法國(guó)和英國(guó)均為20萬(wàn)輛。在全球幾大重要電動(dòng)汽車市場(chǎng)中，歐洲電動(dòng)汽車總銷量139.5萬(wàn)輛，占全球電動(dòng)汽車銷量的43％，成為前列大上升極。
新能源汽車良好的銷量走勢(shì)帶動(dòng)了動(dòng)力鋰離子電池裝機(jī)量的連年攀升。根據(jù)SNEResearch數(shù)據(jù)，2020年全球汽車用動(dòng)力鋰離子電池裝機(jī)量同比上升17%，達(dá)到137GWh。我國(guó)市場(chǎng)上升放緩，2020年我國(guó)電池裝車量累計(jì)63.6GWh，同比上升2.3%。公司方面，寧德時(shí)代和LG新能源逐漸呈現(xiàn)雙寡頭格局，2020年出貨量分別為50GWh和48GWh，占據(jù)了全球電池市場(chǎng)的半壁江山。
我國(guó)市場(chǎng)：2020年電動(dòng)汽車滲透率5.4%，寧德時(shí)代裝機(jī)大幅領(lǐng)跑
得益于我國(guó)強(qiáng)大的抗疫組織能力，2020年我國(guó)新能源汽車銷量態(tài)勢(shì)良好，四月起銷量便企穩(wěn)并不斷回升。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)新能源車銷量136.7萬(wàn)輛，同比上升10.9%。其中，純電動(dòng)汽車銷量為109.4萬(wàn)輛，同比增11.6%；插電式混合動(dòng)力汽車銷量為24.9萬(wàn)輛，同比上升8.4%，電動(dòng)汽車滲透率從2019年的4.7%提升至2020年的5.4%。
裝機(jī)公司方面，寧德時(shí)代以總裝機(jī)量31.79GWh無(wú)懸念登頂，且大比分領(lǐng)先其他對(duì)手，占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)總裝機(jī)量的一半；比亞迪排名第二，市場(chǎng)份額達(dá)到14.9%；第三名LG化學(xué)裝機(jī)量與前兩名有不小的差距，為4.13GWh，占市場(chǎng)總裝機(jī)量的6.5%。
1.1.3、未來(lái)新能源汽車及相關(guān)材料需求預(yù)測(cè)
預(yù)計(jì)2025年我國(guó)新能源汽車銷量突破800萬(wàn)輛，動(dòng)力鋰離子電池裝機(jī)量406GWh
《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》倡導(dǎo)的電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化將成為我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇。經(jīng)過本輪升級(jí)，我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)將更加具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，并迎來(lái)更好的發(fā)展期。我們預(yù)計(jì)我國(guó)新能源汽車銷量未來(lái)5年復(fù)合上升率在40%左右，到2025年有望超過800萬(wàn)輛，是2020年的6.4倍，是2021E（260萬(wàn)輛）的3.3倍。按照2025年汽車總銷量2500萬(wàn)輛預(yù)計(jì)，新能源車銷量滲透率達(dá)32%。
在電動(dòng)汽車市場(chǎng)快速上升帶動(dòng)下，動(dòng)力型鋰離子電池繼續(xù)保持快速上升勢(shì)頭。按照正極材料分類動(dòng)力鋰離子電池可分為三元電池、磷酸鐵鋰離子電池及其他電池。根據(jù)目前各細(xì)分車型的單車帶電量，我們預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)裝機(jī)量可達(dá)406GWh，2020-2025ECAGR超過40%，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2640億元；其中三元電池裝機(jī)量達(dá)247.5GWh，磷酸鐵鋰裝機(jī)量達(dá)158.8GWh。
預(yù)計(jì)2025年海外新能源汽車銷量1500萬(wàn)輛，動(dòng)力鋰離子電池裝機(jī)量757GWh
我們根據(jù)各國(guó)新能源銷量情況，預(yù)測(cè)2025年海外新能源汽車銷量1500萬(wàn)輛，CAGR-5達(dá)到50%。根據(jù)單車帶電量假設(shè)，預(yù)計(jì)2025年海外動(dòng)力鋰離子電池裝機(jī)量757GWh，CAGR-5將達(dá)到51%。據(jù)乘聯(lián)會(huì)數(shù)據(jù)，2020年全球汽車銷量7803萬(wàn)輛，海外5303萬(wàn)輛，假設(shè)2025年汽車總銷量維持，則海外新能源車銷量滲透率達(dá)28%。
預(yù)計(jì)2025年全球三元正極材料需求量34.6萬(wàn)噸，磷酸鐵鋰34.9萬(wàn)噸
原材料方面，根據(jù)單位耗用量假設(shè)1kWh所需三元材料1.4kg，1kWh所需磷酸鐵鋰正極材料2.2kg，考慮動(dòng)力鋰離子電池、3C電池、儲(chǔ)能電池以及其他領(lǐng)域的需求量，我們測(cè)算到2025年全球三元正極材料需求量34.6萬(wàn)噸，市場(chǎng)規(guī)模589億元；磷酸鐵鋰材料需求量為34.9萬(wàn)噸，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到140億元。同樣地，負(fù)極材料到2025年的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到195億元，總需求量40.6萬(wàn)噸。
假設(shè)1GWh所需電解液950噸，制備1噸電解液要六氟磷酸鋰0.1噸，那么到2025年全球六氟磷酸鋰的需求量為12.8萬(wàn)噸；1kWh所需隔膜面積為17平方米，2025年全球隔膜需求量為176.5億平方米，市場(chǎng)規(guī)模為60億元。
1.2、比較三種動(dòng)力能效、排碳及經(jīng)濟(jì)性，鋰電成長(zhǎng)確定
1.2.1、燃油、鋰、氫三種動(dòng)力源排碳、能效及經(jīng)濟(jì)性
汽、柴油作為傳統(tǒng)車用燃料，統(tǒng)治汽車領(lǐng)域約百年的時(shí)間，在新能源革命的大潮及全球碳中和的趨勢(shì)下，車用動(dòng)力的變革已經(jīng)開始?！百I得起、用得起”已經(jīng)成為不同動(dòng)力汽車能否商業(yè)化推廣放量的關(guān)鍵。
（1）“用得起”：燃料要清潔、且成本要低。根據(jù)歐陽(yáng)明高2021年我國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)發(fā)言，從基于可再生能源的能源動(dòng)力組合全鏈條能效分析，假如能源供給側(cè)端的電價(jià)相同，總體能效差別等于成本差別，充電電池能做的事情就可以不用氫燃料動(dòng)力鋰電池，因?yàn)橹茪涞碾妰r(jià)不會(huì)比充電電價(jià)更便宜。有一些場(chǎng)景用氫燃料依然是不錯(cuò)的選擇：長(zhǎng)距離客運(yùn)、貨運(yùn)（重卡、大巴、公交）、鋰電能量衰減比較快的地區(qū)（北方）、物流叉車、輪船等；以及大規(guī)模儲(chǔ)能、工業(yè)原料等。
效率：根據(jù)殼牌公司，充電電動(dòng)汽車全鏈條效率77%，其中燃料生產(chǎn)環(huán)節(jié)效率95%；氫燃料動(dòng)力鋰電池車全鏈條30%，其中燃料生產(chǎn)端61%；電燃料內(nèi)燃機(jī)汽車全鏈條13%，其中燃料生產(chǎn)端44%。
針有關(guān)不同車用動(dòng)力源的全生命周期排碳水平，全球氫燃料動(dòng)力鋰電池龍頭巴拉德公司也進(jìn)行了測(cè)算，其核心結(jié)論在于：能源供給側(cè)的清潔程度是決定因素，無(wú)論是鋰離子電池汽車還是氫燃料動(dòng)力鋰電池車，假如電力或者氫氣來(lái)自于化石能源，那么其排碳水平依然較高。所以若要能源需求側(cè)的汽車使用端減碳，還是要推動(dòng)能源供給側(cè)使用清潔能源。假如能源供給側(cè)均使用清潔能源，那么鋰離子電池汽車和氫燃料動(dòng)力鋰電池汽車全生命周期排碳水平分別為65-75g/km；60-70g/km。
我們進(jìn)一步分析：2025、2030年歐盟新登記乘用車CO2排放量目標(biāo)要在2021年95g/km的基礎(chǔ)上分別減15%和37.5%，分別達(dá)到81g/km和59g/km，若要達(dá)到此目標(biāo)，歐洲要在2030年達(dá)到以清潔能源為主的能源體系，屆時(shí)可以同時(shí)采用鋰電或者燃料動(dòng)力鋰電池車為主的汽車動(dòng)力體系。
我們基于當(dāng)前各類動(dòng)力汽車能源成本的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算也可以得出類似結(jié)論：當(dāng)前時(shí)點(diǎn)在乘用車方面，電動(dòng)（插電混動(dòng)）汽車的使用經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)好于汽油車和燃料動(dòng)力鋰電池車（有關(guān)轎車類型，電動(dòng)汽車的百公里成本約10元人民幣，而汽油和燃料動(dòng)力鋰電池車的百公里成本分別達(dá)到33元人民幣和63元人民幣）。
（2）“買得起”：通過技術(shù)研發(fā)、規(guī)?；当?，使汽車購(gòu)買成本下降，達(dá)到可平價(jià)消費(fèi)區(qū)間。目前看，鋰離子電池車購(gòu)買成本已經(jīng)可以與傳統(tǒng)燃油車相抗衡，進(jìn)入市場(chǎng)化快速放量階段；氫能燃料動(dòng)力鋰電池車目前因?yàn)檫€處于規(guī)?；跗冢砸?-10年時(shí)間通過規(guī)模化降本，作為鋰電的互補(bǔ)，未來(lái)也值得期待。
1.2.2、鋰電行業(yè)成長(zhǎng)確定，龍頭公司大舉擴(kuò)張
為了滿足全球快速上升的動(dòng)力鋰離子電池需求，全球重要?jiǎng)恿︿囯x子電池公司大舉擴(kuò)張，進(jìn)入了產(chǎn)量擴(kuò)張期。根據(jù)重要?jiǎng)恿︿囯x子電池廠公司通告整理，2020年國(guó)內(nèi)、海外動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)量為181/279GWh，2021-2023E產(chǎn)量規(guī)劃國(guó)內(nèi)分別為311/517/757GWh（YOY71%/67%/46%)，海外分別為429/604/754GWh（YOY54%/41%/25%）。
1.2.3、產(chǎn)量周期、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、能耗約束將強(qiáng)化周期
電解液：擴(kuò)產(chǎn)周期較長(zhǎng)，6F、VC供應(yīng)緊張
電解液供應(yīng)緊張，尤其受限于上游的6F、VC供應(yīng)。2021年以來(lái)，電解液價(jià)格持續(xù)上漲，上游的6F價(jià)格漲幅大于電解液價(jià)格漲幅。根據(jù)wind數(shù)據(jù)，三元圓柱2.2Ah/磷酸鐵鋰/4.4V高電壓電解液價(jià)格2021年一月出的價(jià)格為3.4/4/7.15萬(wàn)元/噸，到2021年六月末，價(jià)格已上漲到7.2/7.5/9.25萬(wàn)元/噸，漲幅為112%/88%/29%；6F價(jià)格2021年一月初的價(jià)格為11.25萬(wàn)元/噸，到2021年六月末，價(jià)格已上漲到31.5萬(wàn)元/噸，漲幅為180%。
6F較長(zhǎng)的擴(kuò)產(chǎn)周期使得今年供應(yīng)持續(xù)緊張。6F的擴(kuò)產(chǎn)周期約18個(gè)月，目前全球僅天賜、多氟多、新泰在今明年有新增產(chǎn)量，天賜材料的6萬(wàn)噸液態(tài)六氟要四季度上線。近期各大廠商陸續(xù)宣布擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃：六月十五日，永太科技宣布投資年產(chǎn)2萬(wàn)噸六氟磷酸鋰項(xiàng)目，建設(shè)期預(yù)計(jì)為3年，可根據(jù)實(shí)際建設(shè)進(jìn)度分次投產(chǎn)；六月十七日，天賜材料宣布投資建設(shè)年產(chǎn)15萬(wàn)噸六氟磷酸鋰項(xiàng)目，建設(shè)周期為18個(gè)月。但需注意的是這些產(chǎn)量需到2023年才能逐步釋放。
VC在Q3會(huì)有新產(chǎn)量陸續(xù)投放，將有效緩解短缺情況。2021年以來(lái)，VC供應(yīng)一直是電解液生產(chǎn)的重要瓶頸，根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，Q3會(huì)有多家公司的VC產(chǎn)量陸續(xù)釋放，屆時(shí)才會(huì)有效緩解VC供應(yīng)的瓶頸問題。
隔膜：設(shè)備面對(duì)國(guó)產(chǎn)化瓶頸、海外設(shè)備廠商不擴(kuò)產(chǎn)
隔膜需求量大漲，供應(yīng)情況緊張。2021年以來(lái)，根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，恩捷股份、星源材質(zhì)、中材科技三家頭部隔膜公司持續(xù)滿產(chǎn)運(yùn)行，訂單供應(yīng)緊張；河北金力、中興新材、滄州明珠、惠強(qiáng)新能源等第二、三梯隊(duì)隔膜公司的產(chǎn)量利用率也有明顯提升。
隔膜生產(chǎn)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性要求很高。隔膜設(shè)備停機(jī)時(shí)間越短越好，在不停止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，產(chǎn)品的合格率會(huì)越來(lái)越高。假如設(shè)備穩(wěn)定性較差，就會(huì)頻繁停機(jī)處理，導(dǎo)致隔膜的質(zhì)量和一致性得不到保證。國(guó)產(chǎn)隔膜設(shè)備最重要的問題就在于設(shè)備的穩(wěn)定性較差，這使得隔膜廠商的設(shè)備重要依賴于進(jìn)口。
海外設(shè)備廠商不擴(kuò)產(chǎn)，上游瓶頸明顯。隔膜設(shè)備市場(chǎng)相對(duì)小眾，重要的設(shè)備廠商僅有日本制鋼所、日本東芝、韓國(guó)明勝、德國(guó)布魯克納、法國(guó)伊索普等幾家。這幾大廠商基本沒有擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，且未來(lái)幾年的產(chǎn)量已經(jīng)與各家隔膜公司綁定。在下游電池需求大幅上升的情況下，未來(lái)2-3年隔膜產(chǎn)量將會(huì)成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的一大瓶頸。
負(fù)極：能耗約束帶來(lái)石墨化瓶頸
負(fù)極需求旺盛，主流廠商持續(xù)滿產(chǎn)。根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，2021年1-四月，重要負(fù)極公司產(chǎn)量利用率分別為99%/95%/106%/111%。行業(yè)產(chǎn)量已經(jīng)超負(fù)荷生產(chǎn)，部分廠家已經(jīng)開始依賴于外協(xié)代工新增產(chǎn)量。當(dāng)前公司面對(duì)的不是訂單壓力，而是生產(chǎn)量力瓶頸，特別是石墨化產(chǎn)量。
石墨化瓶頸持續(xù)，預(yù)計(jì)2022年H1可以得到緩解。負(fù)極石墨化能耗較高，重要產(chǎn)量（約40%左右）分布在電價(jià)低廉的內(nèi)蒙古地區(qū)。由于內(nèi)蒙古能效雙控原因，今年石墨化產(chǎn)量受到很大影響。石墨化產(chǎn)量的擴(kuò)建要一定周期，根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，新增石墨化產(chǎn)量今年Q4將陸續(xù)上線，預(yù)計(jì)2022年上半年石墨化產(chǎn)量得到有效緩解。
1.3、資源約束、地緣政治，鋰或成為行業(yè)發(fā)展掣肘
2021年四月IEA出版的研究報(bào)告《關(guān)鍵礦物在清潔能源轉(zhuǎn)型中的用途》(TheRoleofCriticalMineralsinCleanEnergyTransitions)顯示，隨著各國(guó)逐漸向清潔能源邁進(jìn)，電動(dòng)汽車取代燃油車進(jìn)程加速，2040年鋰的需求可能會(huì)比現(xiàn)在高出50倍，這意味著世界將面對(duì)鋰的嚴(yán)重短缺。
鑒于鋰資源區(qū)域分布不均以及控制權(quán)高度集中，鋰電市場(chǎng)會(huì)不可防止地受到價(jià)格波動(dòng)、地緣政治的影響。
2021年二月二十五日，美國(guó)白宮官網(wǎng)發(fā)通告稱，拜登政府簽署了第14017號(hào)行政命令，將對(duì)四種產(chǎn)品的供應(yīng)鏈展開為期一百天的審查，重要針對(duì)半導(dǎo)體芯片、電動(dòng)汽車大容量電池、稀土礦產(chǎn)品和藥品領(lǐng)域。
六月八日，拜登政府公布了一份逾250頁(yè)的審查報(bào)告：“大容量電池行業(yè)：美國(guó)嚴(yán)重依賴從國(guó)外進(jìn)口制造先進(jìn)電池組的原料，這使美國(guó)面對(duì)供應(yīng)鏈漏洞，威脅到依賴它們的關(guān)鍵技術(shù)和制造它們的勞動(dòng)力的可用性和成本。到2030年，全球鋰離子電池市場(chǎng)預(yù)計(jì)將上升5到10倍，美國(guó)必須立即投資，擴(kuò)大國(guó)內(nèi)高容量電池的安全、多樣化供應(yīng)鏈，支持高薪、高質(zhì)量的工作，并自由公平地選擇加入工會(huì)和集體談判。這意味著要抓住一個(gè)關(guān)鍵的機(jī)會(huì)，新增國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)，同時(shí)投資擴(kuò)大整個(gè)鋰離子電池供應(yīng)鏈，包括電池生產(chǎn)中使用的關(guān)鍵礦物的采購(gòu)和加工，一直到報(bào)廢電池的收集和回收。”
六月九日，美國(guó)參議院以68票贊成、32票反對(duì)，通過一項(xiàng)總額2,500億美元的《2021年美國(guó)創(chuàng)新及競(jìng)爭(zhēng)法》。這項(xiàng)法案就是旨在提高美國(guó)科技，去面對(duì)我國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)強(qiáng)化與盟友之前的聯(lián)系，在鋰資源層面對(duì)我國(guó)進(jìn)行限制恐成為現(xiàn)實(shí)，另外禁止我國(guó)供應(yīng)鏈公司在外進(jìn)行投資、擴(kuò)張也會(huì)是美國(guó)的重要制裁手段。
我國(guó)鋰資源雖豐富，但受生產(chǎn)工藝的制約，資源品位較高的電池級(jí)碳酸鋰、高純碳酸鋰等還需從國(guó)外大量進(jìn)口。我國(guó)優(yōu)質(zhì)的鋰資源與世界其他地區(qū)相比較少，考慮我國(guó)是鋰電中游產(chǎn)業(yè)鏈以及下游應(yīng)用市場(chǎng)核心，因此要考慮資源掣肘。
1.3.1、鹽湖提鋰：未來(lái)新增鋰礦產(chǎn)量的重要主體
資源稟賦決定提鋰路線，我國(guó)鹽湖提鋰開發(fā)潛力巨大
據(jù)我國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鋰業(yè)分會(huì)統(tǒng)計(jì)，鋰資源儲(chǔ)量約為714萬(wàn)噸（金屬鋰噸），其中青海地區(qū)的儲(chǔ)量占全國(guó)的43.4%，西藏地區(qū)的儲(chǔ)量占全國(guó)的31.1%，是占比最高的兩個(gè)地區(qū)。我國(guó)鋰資源重要以鹽湖鹵水形式存在，占比高達(dá)81.6%。因此在全球鋰電市場(chǎng)大跨步邁向TWh時(shí)代之際，加大我國(guó)鹽湖鋰資源的開發(fā)力度勢(shì)在必行，鹽湖提鋰也將構(gòu)成未來(lái)我國(guó)甚至全球新增鋰礦產(chǎn)量的主體。
國(guó)內(nèi)外不同鹽湖鎂鋰比差異較大，各鹽湖往往是根據(jù)資源稟賦特點(diǎn)采取不同的技術(shù)路線。海外由于鋰鹽湖資源鎂鋰比低，攤曬條件優(yōu)越并且礦區(qū)周邊電力及運(yùn)輸?shù)扰涮自O(shè)備齊全，因此多以鹽田濃縮沉淀法為主，包括SQM、南美SalardeAtacama、SalardeOlaroz等鹽湖均采用該技術(shù)。我國(guó)大部分鹽湖鹵水鎂鋰比高、鈉鋰比高、分離難度大，導(dǎo)致提鋰過程中開發(fā)成本高、開采環(huán)境惡劣、利用程度低、國(guó)外鹽湖提鋰技術(shù)在國(guó)內(nèi)也不適用，這些原因?qū)е挛覈?guó)目前鹽湖鋰產(chǎn)量小、提純技術(shù)不完善。
我國(guó)鹽湖提鋰產(chǎn)量概況：已建成8萬(wàn)噸，規(guī)劃產(chǎn)量約12萬(wàn)噸
經(jīng)過20年提鋰工藝的不斷探索，我國(guó)初步形成了三類可行的鹽湖提鋰路線，包括膜法（包括電滲析法和納濾膜分離法）、吸附法和溶劑萃取法。
吸附法是在低濃度的鹵水中可以將鋰分離出來(lái)，缺點(diǎn)是雜質(zhì)含量高，要進(jìn)一步的除雜工藝。
目前國(guó)內(nèi)比較成熟的膜法提鋰工藝重要有電滲析法與納濾膜法，重要應(yīng)用在具有高鎂鋰比的鹽湖。電滲析膜法重要應(yīng)用于高濃度鹵水，低濃度體系不適用。
溶劑萃取法提鋰工藝的優(yōu)點(diǎn)是該技術(shù)適用于較高鎂鋰比鹽湖，鋰回收率能達(dá)到97%以上。萃取法應(yīng)用的核心是萃取劑，但是由于萃取劑對(duì)管道腐蝕嚴(yán)重并且萃取劑對(duì)環(huán)境破壞較為嚴(yán)重，因此環(huán)境友好型是萃取劑迭代更新以及目前行業(yè)研究的重要方向，目前多數(shù)新型萃取劑仍處于研究階段。
四月九日，青海省政府召開專題會(huì)議，審議通過《行動(dòng)方法編制工作方法》，五月八日編制《建設(shè)專家級(jí)鹽湖產(chǎn)業(yè)基地行動(dòng)方法》，五月十五日順利通過省內(nèi)專家論證評(píng)審；五月二十日在北京召開專家論證會(huì)，獲評(píng)審?fù)ㄟ^。
1.3.2、鋰電回收：產(chǎn)業(yè)閉環(huán)與擺脫鋰約束的必然之選
動(dòng)力鋰離子電池回收的必要性
在動(dòng)力鋰離子電池日益劇增的回收再生需求面前，我國(guó)政府自2016年以來(lái)已公布10余條相關(guān)國(guó)家級(jí)政策，搭建20余項(xiàng)重點(diǎn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系框架，并在今年兩會(huì)首次將“動(dòng)力鋰離子電池回收”話題寫入政府工作報(bào)告。
構(gòu)成鋰離子電池的成分和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包括鋼/鋁殼、鋁集流體正極負(fù)載鈷酸鋰/磷酸鐵鋰/鎳鈷錳酸鋰等、銅/鎳/鋼集流體負(fù)載碳、聚烯烴多孔隔膜、六氟磷酸鋰/高氯酸鋰的碳酸二甲酯/碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯溶液等，假如不對(duì)已廢棄的鋰離子電池進(jìn)行回收，會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重影響，將回收后的鋰離子電池進(jìn)行技術(shù)提取，很多材料可以得到二次利用。
未來(lái)，廢舊動(dòng)力鋰離子電池回收將會(huì)形成一個(gè)十分龐大的市場(chǎng)。目前全球有關(guān)鋰和稀土資源供給（電池和電機(jī)的核心礦物資源），還是圍繞一次資源提取供給為主。根據(jù)IEA的報(bào)告，當(dāng)下中鎳、鈷的回收率還可以，但鋰幾乎沒有回收能力（回收率＜1%）。我們可以預(yù)見進(jìn)入TGWh時(shí)代后，鋰離子電池大規(guī)模退役，上游礦物資源缺口會(huì)引發(fā)龐大的回收浪潮。
鋰電回收工序復(fù)雜，濕法和火法是重要技術(shù)路線
鋰離子電池的詳細(xì)回收過程非常復(fù)雜，電池必須先進(jìn)行預(yù)處理，包括放電、拆解、粉碎、分選，通常采用火法和濕法兩種技術(shù)路線：
（1）火法冶金回收。火法冶金采用高溫爐將金屬氧化物成分還原為Co、Cu、Fe和Ni等合金。該方法成功實(shí)現(xiàn)了從LCO/石墨電池中優(yōu)先回收Co、Li2CO3和石墨，從LCO/LMO/NMC廢電池中優(yōu)先回收Li2CO3，從LMO/石墨電池中優(yōu)先回收Li2CO3和Mn3O4。
（2）濕法冶金回收。濕法冶金采用水溶液從正極中提取目標(biāo)金屬，其中最常用的水溶液電解質(zhì)是H2SO4/H2O2體系。這種方法容易在室溫下進(jìn)行，但可能出現(xiàn)大量廢水，要額外的廢水處理成本。但是該方法可實(shí)現(xiàn)Mn的單獨(dú)分離、高純度Co的提取以及Li與Co的高效分離。
目前火法冶金工藝重要應(yīng)用在歐洲和北美，該工藝從正極機(jī)料中回收Co和Ni，從負(fù)極集電器中回收Cu，這僅占LIBs的重量的約30%，因此只能回收少數(shù)材料。濕法冶金工藝是國(guó)內(nèi)主流路線，回收重點(diǎn)在于價(jià)值最高的正極材料的回收。
火法冶金和濕法冶金回收工藝都很大程度上取決于設(shè)備中鈷的濃度高低。但是由于電動(dòng)汽車電池中的越來(lái)越低的鈷含量，這些商業(yè)模式也可能越來(lái)越不適用。
動(dòng)力鋰離子電池梯次利用與回收市場(chǎng)空間測(cè)算
我們對(duì)未來(lái)三元電池的金屬回收市場(chǎng)空間及磷酸鐵鋰離子電池的梯次利用與回收市場(chǎng)空間設(shè)計(jì)了測(cè)算模型。
有關(guān)三元電池，我們預(yù)測(cè)：2019年預(yù)計(jì)可回收三元正極0.13萬(wàn)噸，隨后逐年遞增至2030年的29.25萬(wàn)噸。
1）NCM333：隨著2014年安裝的NCM333三元電池于2019年開始退役，2019到2022年NCM333回收量逐步新增，2022年達(dá)峰值1.28萬(wàn)噸，隨后由于NCM333的退出而逐步減少，至2026年回收量歸零；
2）NCM523：2016年開始進(jìn)入市場(chǎng)的NCM523于2021年開始報(bào)廢回收，隨后回收量于23-28年穩(wěn)定在4-6萬(wàn)噸之間，預(yù)計(jì)2030年上漲至10.78萬(wàn)噸；
3）NCM622：2017年進(jìn)入市場(chǎng)的NCM622于2022年開始報(bào)廢回收，回收量小幅上漲，直到28年上漲幅度新增，預(yù)計(jì)30年可回收6.03萬(wàn)噸；
4）NCM811：2018年進(jìn)入市場(chǎng)的NCM811于2023年開始報(bào)廢回收，預(yù)計(jì)30年可上升至12.44萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)30年可回收鋰2.09萬(wàn)噸，鎳11.47萬(wàn)噸，鈷2.80萬(wàn)噸，錳3.23萬(wàn)噸。
有關(guān)磷酸鐵鋰離子電池，我們預(yù)測(cè)：
1）2030年，報(bào)廢鐵鋰離子電池將達(dá)到31.33萬(wàn)噸；
2）隨著梯次利用逐年上升，預(yù)計(jì)2030年可梯次利用的鐵鋰離子電池達(dá)109.93GWh，共25.06萬(wàn)噸；其余6.27萬(wàn)噸進(jìn)行拆解回收，可回收鋰元素0.28萬(wàn)噸；
3）2027年梯次利用的磷酸鐵鋰離子電池將在2030年達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)拆解回收8.604萬(wàn)噸，可回收鋰元素0.379萬(wàn)噸。二者總計(jì)可以回收鋰元素0.65萬(wàn)噸。
1.3.3、鈉電產(chǎn)業(yè)化初期，未來(lái)或成為重要備選路線
鈉資源豐度高，新生代鈉電池嶄露頭角
鋰在地殼中的含量較少，約占0.0065%且分布不均勻，70%的鋰資源集中分布在南美洲地區(qū)，而我國(guó)是全球鋰資源第一進(jìn)口國(guó)，80%的鋰資源供應(yīng)依賴進(jìn)口。假如不對(duì)鋰離子電池進(jìn)行回收提取二次利用，以現(xiàn)今鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展速度，幾十年后鋰離子電池行業(yè)將因鋰資源的缺少受到嚴(yán)重限制。
鈉與鋰處于主族，具有相似的物理化學(xué)屬性，但鈉在地殼中的含量非常豐富，而且鈉分布于世界各地，相比于鋰完全不受資源和地域的限制，所以鈉離子電池比起鋰離子電池有更多的優(yōu)勢(shì)。
2021年五月二十一日，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群在股東大會(huì)上透露，將于2021年七月份左右公布鈉離子電池，再次引發(fā)市場(chǎng)對(duì)新型電池體系——鈉電的關(guān)注。
鈉電優(yōu)勢(shì)：成本低+儲(chǔ)量大+兼容鋰電設(shè)備
鈉離子電池的工作原理：與鋰離子電池的工作原理類似，鈉離子電池同樣是一種嵌脫式“搖椅”電池，充電時(shí)鈉離子從正極脫嵌進(jìn)入負(fù)極，放電時(shí)鈉離子從負(fù)極進(jìn)入正極，外電路電子從負(fù)極進(jìn)入正極鈉離子被還原成鈉。
鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)：
（1）安全性高：已經(jīng)通過了一些國(guó)標(biāo)的測(cè)算。
（2）成本低儲(chǔ)量豐富：鈉的資源儲(chǔ)量豐富，鈉離子電池的配件比鋰離子電池便宜，鈉的化合物可作為電極材料，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半。
（3）兼容現(xiàn)有的鋰電設(shè)備：鈉離子電池的工作機(jī)制與鋰離子電池相同，電池公司的現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備可以直接用來(lái)生產(chǎn)鈉離子電池。
（4）無(wú)過放電特性：鈉離子電池允許放電到0V，能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰離子電池相媲美，但是鈉電成本優(yōu)勢(shì)明顯，有望在大規(guī)模儲(chǔ)能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。
鈉離子電池與鋰離子電池差異：
（1）正極材料：這是鈉離子電池有別于鋰離子電池最大的地方。目前的正極材料重要有：鈉過渡金屬氧化物、鈉過渡金屬磷酸鹽、鈉過渡金屬硫酸鹽、鈉過渡金屬普魯士藍(lán)類化合物。
（2）負(fù)極材料：鋰離子電池重要負(fù)極材料是石墨，只有高功率負(fù)極材料會(huì)用到軟硬碳材料和鈦酸鋰等。鈉電負(fù)極是軟碳、硬碳、過渡金屬氧化物等，考慮負(fù)極材料的成本、穩(wěn)定性、循環(huán)性能等指標(biāo)，最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化仍然是碳材料，重要是軟硬碳。
（3）電解質(zhì)：鈉鹽+溶劑，除鈉鹽之外，溶劑與鋰離子電池差別不大，一般為碳酸酯。
（4）隔膜：與鋰離子電池相同。
（5）外形封裝：圓柱、軟包、方形，與鋰離子電池相同。
（6）制備工藝：與鋰離子電池基本相同。鈉離子電池商業(yè)化比較快的原因重要就是可以沿用鋰離子電池現(xiàn)成的設(shè)備、工藝。
（7）應(yīng)用場(chǎng)景：除了高能量密度要求的手機(jī)、無(wú)人機(jī)、乘用車以外，鈉電有著非常廣泛的應(yīng)用前景。如電動(dòng)二輪車、電動(dòng)三輪車、低速四輪車、家用儲(chǔ)能產(chǎn)品、數(shù)據(jù)中心、通信基站、新能源發(fā)電配套儲(chǔ)能、電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能產(chǎn)品等。
鈉電產(chǎn)業(yè)化初期，中科海鈉領(lǐng)先全球
20世紀(jì)70年代，人們開始了有關(guān)鈉離子電池的研發(fā)。2011年，全球首家專注鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的英國(guó)FARADION公司成立后，鈉離子相關(guān)的研究迎來(lái)了全面式上升。
目前國(guó)內(nèi)外有近三十家公司對(duì)鈉離子電池進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化相關(guān)布局，重要包括英國(guó)FARADION公司、美國(guó)NatronEnergy公司、法國(guó)Tiamat公司、日本岸田化學(xué)、松下、三菱化學(xué)以及中科海鈉（中科院物理所背景）、鈉創(chuàng)新能源（上海交大背景）、星空鈉電（國(guó)內(nèi)外合作）等，此外電池巨頭寧德時(shí)代也早早布局了鈉電的研發(fā)。
在鈉電體系的研發(fā)應(yīng)用層面，國(guó)內(nèi)代表公司中科海鈉處于國(guó)際領(lǐng)先地位。中科海鈉成立于2017年，依托于我國(guó)科學(xué)院物理研究所的技術(shù)，目前在技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)上都已初具規(guī)模。公司研發(fā)的鈉離子電池的能量密度已達(dá)到120Wh/kg，是鉛酸電池的3倍左右，并于2018年公布了全球首輛使用鈉離子電池驅(qū)動(dòng)的低速電動(dòng)汽車，于2019年建立了首座鈉離子電池儲(chǔ)能電站。
中科海鈉曾于2021年三月宣布完成億元級(jí)A輪融資，投資方為梧桐樹資本，融資將用于搭建年產(chǎn)量2000噸的鈉離子電池正、負(fù)極材料生產(chǎn)線。公司目前部分鈉離子電池體的產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)化前期，但產(chǎn)品性能、成本控制以及適配應(yīng)用場(chǎng)景有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。
鈉電補(bǔ)充了現(xiàn)有技術(shù)路線，未來(lái)鋰電/鈉電將是互補(bǔ)格局
鈉離子電池的出現(xiàn)是現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)的補(bǔ)充，目前鈉離子電池的能量密度可以做到150Wh/kg上下，與磷酸鐵鋰離子電池、錳酸鋰離子電池接近，循環(huán)壽命可以做到3000~6000次，與磷酸鐵鋰相當(dāng)，優(yōu)于錳酸鋰和三元材料，熱穩(wěn)定性和安全性與磷酸鐵鋰基本相當(dāng)。
成本方面，以中科海鈉數(shù)據(jù)為例，按照等容量軟包電池成本分析，鈉離子電池BOM理論成本比鋰離子電池低30%。但現(xiàn)階段，與鐵鋰等成熟鋰離子電池相比，鈉離子電池體系由于工藝不成熟、研發(fā)設(shè)備攤銷大以及產(chǎn)品一致性等問題，造成生產(chǎn)成本難以控制，BOM成本優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮，鈉電的性能和價(jià)格均處于劣勢(shì)。目前鈉離子電池也尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系及第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)，性能參數(shù)要長(zhǎng)期且具體的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證甄別。
鈉離子電池目前處于產(chǎn)業(yè)化初期，短時(shí)間內(nèi)難以與鋰離子電池直接抗衡，更可能承擔(dān)補(bǔ)充/備選角色，其應(yīng)用場(chǎng)景更可能是非鋰離子電池主流應(yīng)用領(lǐng)域，如低速電動(dòng)汽車、部分儲(chǔ)能、工程機(jī)械、基站通信備用電源等領(lǐng)域。因此，在產(chǎn)業(yè)鏈的完善、產(chǎn)品系列的豐富、性能的成熟、標(biāo)準(zhǔn)的制定、市場(chǎng)的認(rèn)可等方面，鈉離子電池仍然有很長(zhǎng)的路要走。目前，CATL的加入以及雙碳目標(biāo)的制訂，可以大大加速這個(gè)過程，我們預(yù)計(jì)在更遠(yuǎn)的未來(lái)，鋰電/鈉電將可能成為互補(bǔ)格局。
2、動(dòng)力鋰離子電池材料及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新未來(lái)展望
鋰離子電池重要由正極、負(fù)極、電解液和隔膜構(gòu)成，目前廣泛應(yīng)用的正極材料選用Fe、Ni、Co、Mn等金屬氧化合物；負(fù)極選用石墨、硅碳等；電解液選用六氟磷酸鋰的有機(jī)溶劑；隔膜是聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）高分子膜。
動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)的更迭在于原材料體系的性能優(yōu)化以及封裝工藝的改良，因此，材料和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)的兩條優(yōu)選賽道，也是降本的必由之路。
（1）我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)創(chuàng)新已從政策驅(qū)動(dòng)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)型；
（2）電池材料創(chuàng)新重要平衡能量密度、壽命、快充、安全、成本等指標(biāo)；
（3）電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新已成為近年來(lái)技術(shù)創(chuàng)新的鮮明特點(diǎn)。
2.1、正極：高鎳三元、磷酸鐵鋰路線將長(zhǎng)期并行
動(dòng)力鋰離子電池中正極材料占整個(gè)電池成本的40%以上，且在當(dāng)前的技術(shù)條件下，整體電池的能量密度提升重要取決于正極材料的優(yōu)劣，因此，正極材料是鋰離子電池研究和開發(fā)的重中之重。在設(shè)計(jì)和選取鋰離子電池正極材料時(shí)，要綜合考慮比能量、循環(huán)性能、安全性以及成本等因素。
根據(jù)不同的材料體系，常見的正極材料可分為鎳鈷錳酸鋰（NCM）、磷酸鐵鋰（LFP）、鈷酸鋰（LCO）、鎳鈷鋁酸鋰（NCA），以及新型材料如無(wú)鈷正極、四元正極材料等。各類正極材料的性能有差異，目前磷酸鐵鋰和三元是電動(dòng)汽車行業(yè)的兩大主流電池技術(shù)路線，也是裝車數(shù)量最多的兩類動(dòng)力鋰離子電池。
2.1.1、安全+成本優(yōu)勢(shì)明顯，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新推動(dòng)磷酸鐵鋰應(yīng)用擴(kuò)大
基于LiFePO4正極的鋰離子電池充電時(shí)，鋰離子經(jīng)由電解液進(jìn)入負(fù)極，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+，放電時(shí)則相反。本質(zhì)上就是LiFePO4與FePO4的相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中兩種物相晶胞參數(shù)的差距并不大，體積變化率也很低，這種微量的變化確保了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)也保證了LiFePO4電池的安全性。
磷酸鐵鋰在安全性、循環(huán)壽命及成本優(yōu)勢(shì)明顯。磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子電池正極材料，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素。
相較于鎳鈷錳化合物，磷酸鐵鋰的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，具有更高的分解溫度，循環(huán)性能優(yōu)勢(shì)明顯，三元鋰離子電池循環(huán)壽命在1500-2000次左右，而磷酸鐵鋰在100%DOD條件下，可充放電3000次以上，倍率型電池的循環(huán)甚至可達(dá)上萬(wàn)圈。
成本方面，鐵和磷都是平價(jià)且資源豐度高的化學(xué)元素，其開采和提煉成本遠(yuǎn)沒有高鎳三元正極高，和三元電池相比，磷酸鐵鋰離子電池的正極成本和電芯成本分別約低55%和22%。
磷酸鐵鋰和三元材料的元素屬性決定了他們有各自的領(lǐng)域。從結(jié)構(gòu)本質(zhì)上講，磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)在于：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、充放電循環(huán)壽命較長(zhǎng)，但同時(shí)也存在能量密度低，充放電效率低，低溫表現(xiàn)不佳的問題。相應(yīng)的，三元的能量密度高、充放電效率高，但同時(shí)也不耐高溫。因此，在新能源汽車動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域，兩種電池都有各自合適的定位和市場(chǎng)，不會(huì)出現(xiàn)一方替代另一方的現(xiàn)象。
磷酸鐵鋰或?qū)⒅鲗?dǎo)未來(lái)平價(jià)代步車、運(yùn)營(yíng)車、商用車市場(chǎng)。我們認(rèn)為針對(duì)中高端車型及主打差異化、品牌化的車型，優(yōu)選具有大容量、高能量密度、快充效率更高的三元鋰離子電池；而針對(duì)平價(jià)代步車、運(yùn)營(yíng)車、商用車等對(duì)電池能量密度要求相對(duì)較低，對(duì)安全性要求較高的車型，市場(chǎng)會(huì)優(yōu)選具有壽命、成本、安全性優(yōu)勢(shì)明顯的磷酸鐵鋰離子電池。在未來(lái)的商用電動(dòng)汽車市場(chǎng)，鐵鋰有望維持主導(dǎo)地位。當(dāng)然，鋰電結(jié)構(gòu)創(chuàng)新如CTP或刀片電池技術(shù)使磷酸鐵鋰離子電池提升了體積能量密度，使其應(yīng)用空間逐漸擴(kuò)大，同時(shí)儲(chǔ)能的推廣也有效的新增了磷酸鐵鋰的應(yīng)用場(chǎng)景。
磷酸鐵鋰的技術(shù)與成本差異使得應(yīng)用場(chǎng)景格局清晰。當(dāng)前磷酸鐵鋰制備工藝重要可分為液相法和固相法：
液相法工藝（自熱蒸發(fā)液相合成法）：原材料重要有鐵源、鋰源、磷源等。其中鋰源、磷源為外購(gòu)；鐵源分為外購(gòu)鐵源和自制鐵源取得。液相法重要為德方納米所采用，具有循環(huán)性能好、成本低、安全性好的優(yōu)點(diǎn)，適用于儲(chǔ)能等場(chǎng)景。
固相法是當(dāng)前技術(shù)最成熟、商業(yè)化運(yùn)用最廣泛的一種方法。一般使用草酸亞鐵、氧化鐵、硝酸鐵、磷酸鐵作為鐵源，使用碳酸鋰、氫氧化鋰等作為鋰源，使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸等作為磷源。固相法不要復(fù)雜的設(shè)備及工藝，且方法運(yùn)動(dòng)條件容易控制，適合用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
鈦白粉及化工公司陸續(xù)加大磷酸鐵鋰新產(chǎn)量布局，磷酸鐵前驅(qū)體的新進(jìn)入者有望通過化工一體化塑造成本壁壘。鈦白粉化工公司配套制造磷酸鐵鋰，可以消納鈦白粉生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的廢酸、硫酸亞鐵等副產(chǎn)品，此外硫酸亞鐵可以為磷酸鐵鋰帶來(lái)鐵源，大大節(jié)省綜合成本。因此部分化工公司如中核鈦白、龍蟒佰利、安納達(dá)等利用自身循環(huán)和一體化的優(yōu)勢(shì)，近期也紛紛跨界入局磷酸鐵鋰的投建。
不同的磷酸鐵公司技術(shù)路線和成本控制存在差異，從成本端而言，磷化工公司優(yōu)于鈦白粉公司優(yōu)于純磷酸鐵鋰加工公司。
2.1.2、高能量密度電池的實(shí)現(xiàn)最終取決于高鎳三元正極的發(fā)展
NCM（Li(NixCoyMnz)O2）三元材料是由LiNiO2改性而來(lái)，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協(xié)同效應(yīng)，因此NCM的性能好于單一組分的層狀正極材料，三種元素對(duì)材料電化學(xué)性能的影響不同。
當(dāng)三元材料中添加的Ni含量大于50%為高鎳三元材料，如NCM622、NCM811和NCA（LiNixCoyAlzO2，x+y+z=1，x≥60%）具有較高的實(shí)際比容量（≥180mAh/g）以及高的工作電位（~3.8Vvs.Li+/Li），是現(xiàn)今多款新能源車型的所搭載的電池類型。
為了提高與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的競(jìng)爭(zhēng)力，電動(dòng)汽車電池的電池級(jí)能量密度要達(dá)到350Wh/kg以上，一次充電后的行駛里程超過800公里。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)很大程度上取決于未來(lái)Ni含量≥90%的高鎳三元材料的發(fā)展。
2.1.3、高鎳三元正極材料改性技術(shù)總結(jié)
目前高鎳三元正極材料仍然面對(duì)著表面殘鋰、產(chǎn)氣、巖鹽相形成、微裂紋、金屬離子溶解和熱失控等問題，并且隨鎳含量的新增逐漸惡化，這些問題同時(shí)也是降低電池?zé)岱€(wěn)定性和電化學(xué)性能，導(dǎo)致電動(dòng)汽車熱失控和容量衰減的重要元兇。比如正極中的鋰化合物(重要是氫氧化物和碳酸鹽)殘余，是由于合成過程中過量使用LiOH，這會(huì)導(dǎo)致聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑在電極制備過程中發(fā)生凝膠化而失效，碳酸鹽的分解也會(huì)析出O2和CO2，導(dǎo)致電池膨脹過熱。
為了解決這些問題，各大高校及研究所陸續(xù)推出了多種改性策略，重要包括表面包覆、摻雜、濃度梯度設(shè)計(jì)和一次粒子工程。
表面包覆：即為正極材料供應(yīng)一個(gè)惰性保護(hù)涂層。常用的包覆涂層有Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2等金屬氧化物、金屬磷酸鹽和金屬氟化物、聚合物等，能夠隔絕主體材料和電解液的接觸，減少正極和電解液之間副反應(yīng)，抑制過渡金屬向電解液溶解，從而改善循環(huán)穩(wěn)定性。
與非活性涂層材料相比，Li+/電子導(dǎo)電涂層更加有利于電荷轉(zhuǎn)移和獲得高速率性能。比如相較于Al2O3，使用相同量的Li+導(dǎo)電的LiAlO2所涂敷的NCM622明顯提高了倍率性能，降低了過電位。
離子摻雜：用離子半徑相近的惰性陽(yáng)離子替換材料中的電化學(xué)活性陽(yáng)離子，通過提高晶格能，來(lái)提升材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。例如，摻雜鈷替換鎳，可減少鋰離子混排，提高晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；摻雜錳或鋁可顯著提高結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性。其改善機(jī)理為：
（1）將電化學(xué)不活潑的元素引入主體結(jié)構(gòu)；
（2）防止由層狀結(jié)構(gòu)向巖鹽狀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變；
（3）摻雜劑擴(kuò)大了層狀材料層間的晶面間距，促進(jìn)鋰離子的輸運(yùn)用途。
由蜂巢能源開發(fā)的四元正極材料，就是在NCM體系的基礎(chǔ)上摻雜Mx，使一次顆粒之間的邊界強(qiáng)度新增，在有害相轉(zhuǎn)變過程中減少微隙的形成。使其循環(huán)性能優(yōu)于NCM811材料，同時(shí)也具備耐熱性能更好、產(chǎn)氣少、安全性能更高的特點(diǎn)。使得動(dòng)力鋰離子電池容量高、壽命長(zhǎng)、安全性好。
濃度梯度設(shè)計(jì)：典型的濃度梯度材料是指Ni含量由內(nèi)到外逐漸降低，Mn含量逐漸新增。依據(jù)加料方式的不同，可設(shè)計(jì)出具有不同比例的濃度梯度材料，這種材料的二次顆粒在徑向上呈發(fā)射狀排列，有利于鋰離子的擴(kuò)散，因此具有十分優(yōu)異的電化學(xué)性能。
濃度梯度設(shè)計(jì)高鎳層狀氧化物顆粒材料雖然具有優(yōu)異的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性，但至今仍未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，這與以下難點(diǎn)有關(guān)：
（1）由于各共沉淀參數(shù)難以精確控制，性能一致性不是很理想。
（2）不同成分高鎳層狀氧化物要不同的煅燒溫度才能獲得理想的電化學(xué)性能。
（3）過量梯度夾雜不可防止會(huì)限制整個(gè)材料中的Ni含量，從而限制了能量密度。
（4）表面Mn含量高的顆粒會(huì)受到Mn溶解問題的困擾。
一次粒子工程：優(yōu)化一次粒子(重塑/重排/單晶化)可以抵抗重復(fù)循環(huán)過程中的機(jī)械應(yīng)變，還能改善多晶粒子的電荷均勻性。在NCM90505的晶粒間引入B作為膠納米填料，通過減小各向異性取向晶粒之間的間隙，來(lái)提高二次粒子的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性，并通過抑制相變來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性的改善。
未來(lái)高性能的高鎳三元正極材料設(shè)計(jì)思路：多種改性策略相結(jié)合
隨著對(duì)電池能量密度需求的日漸上升，NCM三元材料向著高鎳化和高電壓方向發(fā)展，但高鎳三元材料容易出現(xiàn)陽(yáng)離子混排的現(xiàn)象，且在充放電過程中易相變，在高電壓的用途下會(huì)加劇材料結(jié)構(gòu)的變化，有關(guān)電池的安全使用帶來(lái)很大的隱患。
未來(lái)要篩選出最合適的涂層材料和摻雜劑，對(duì)高鎳三元材料進(jìn)行摻雜和包覆，以改善材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。基于兼顧能量密度及安全性能的考量，有關(guān)三元材料常采用核殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或全梯度設(shè)計(jì)。因此，為了促進(jìn)高鎳三元正極材料的大規(guī)模安全和高效應(yīng)用，要將兩種或兩種以上具有協(xié)同效應(yīng)的策略相結(jié)合。
2.2、負(fù)極：解決硅碳負(fù)極體積膨脹問題是產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵
負(fù)極材料重要分為碳材料和非碳材料兩類，常見碳類負(fù)極材料又可以分為石墨類和非石墨類。目前已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)的負(fù)極材料重要有層狀結(jié)構(gòu)的炭材料(包括人造石墨、天然石墨、中間相碳微球、軟碳及硬碳等)、合金類材料(硅基和錫基類材料等)和鈦酸鋰材料等。
2.2.1、石墨負(fù)性能接近理論值，新型硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化蓄勢(shì)待發(fā)
據(jù)正略咨詢，石墨負(fù)極作為當(dāng)前主流負(fù)極材料，其理論比容量上限為372mAh/g，而部分頭部公司的產(chǎn)品比容量即有365mAh/g，可見石墨性能已達(dá)理論上限。硅基負(fù)極質(zhì)量比容量高達(dá)4200mAh/g，是石墨的近12倍，可大幅度新增電池容量；硅負(fù)極的電化學(xué)嵌鋰電位才0.4V，可抑制鋰枝晶析出。因此，硅碳負(fù)極將硅與石墨復(fù)合制備，被認(rèn)為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負(fù)極材料。
然而，硅碳材料在實(shí)際應(yīng)用過程中也存在較多難點(diǎn)，阻礙著硅碳負(fù)極的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，問題根源在于硅的體積膨脹效應(yīng)，硅在滿嵌鋰后體積膨脹率達(dá)320%，巨大的體積變化會(huì)導(dǎo)致三大問題：
（1）顆粒粉化失效：硅顆粒在反復(fù)脫嵌鋰過程中，會(huì)由于承受不了體積形變帶來(lái)的巨大應(yīng)力而導(dǎo)致自身顆粒的粉化而失效，導(dǎo)致熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性下降。
（2）容量迅速衰減：巨大的體積形變使得硅顆粒之間或者顆粒與集流體之間失去電接觸，導(dǎo)致活性物質(zhì)直接從集流體上脫落，致使容量迅速衰減。
（3）新增極化，惡化循環(huán)：體積形變?cè)斐晒璞砻娴腟EI膜處于破壞—重構(gòu)的動(dòng)態(tài)過程中，會(huì)造成持續(xù)的電解液和活性鋰消耗，同時(shí)也會(huì)新增電池的極化，惡化循環(huán)性能。
2.2.2、硅碳負(fù)極體積膨脹的改良策略
高校與公司近幾年也致力于硅碳負(fù)極的改良，目前重要的改進(jìn)策略有三種，分別為：制備不同維度的納米化硅再與碳材料復(fù)合、對(duì)負(fù)極進(jìn)行預(yù)鋰化、改良導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑。
納米化：研究表明，硅顆粒尺寸越小，電池循環(huán)性能越好。硅納米顆粒在鋰離子電池應(yīng)用中的臨界粒徑為150nm，粒徑＞150nm的硅顆粒在鋰離子電池循環(huán)中容易出現(xiàn)斷裂，因此把硅制備成納米球/線，再與碳材料復(fù)合，可以在體積膨脹過程中更好地釋放應(yīng)力，防止自身結(jié)構(gòu)坍塌，從而保持電極的殼容量，提升電池的循環(huán)性能。
預(yù)鋰化：預(yù)鋰化有關(guān)首次充放電效率提升明顯，通過溶液法或電化學(xué)的方法預(yù)先對(duì)SiO負(fù)極材料嵌鋰，使金屬鋰預(yù)先進(jìn)入SiO與O反應(yīng)形成硅酸鋰，使得在首次充放電時(shí)O不再消耗鋰離子。
事實(shí)上“摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)、預(yù)鋰化技術(shù)”也正在被越來(lái)越多的公司引入。年初蔚來(lái)公布的150kWh電池包，正極使用納米包覆超高鎳正極，負(fù)極使用“無(wú)機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極技術(shù)”，同時(shí)搭載半固態(tài)電解質(zhì)，單體能量密度可達(dá)350Wh/kg。
粘結(jié)劑改良：粘結(jié)劑在電極中的含量非常少(1.5%~3%)，成本約占電池總成本的1%~3%，但其用途卻不可替代。粘結(jié)劑將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑與集流體粘結(jié)在一起，以縮短鋰離子傳輸途徑，穩(wěn)定電極材料的結(jié)構(gòu)。新型的硅負(fù)極粘結(jié)劑可從化學(xué)鍵連層面改良硅碳結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，通過化學(xué)鍵等強(qiáng)鍵合用途連接分子鏈段、減少膨脹，在充放電過程中保證電極結(jié)構(gòu)的完整性和良好的電接觸。
2021年四月九日，中科院寧波材料所突破了石墨烯復(fù)合硅碳負(fù)極材料規(guī)模化制備技術(shù)，將SiOx和石墨烯漿料在液相體系混合均勻，以瀝青作為添加劑，通過噴霧干燥、高溫?zé)崽幚砗突瘜W(xué)氣相沉積等工藝，制備了類球形碳封裝硅氧化物復(fù)合負(fù)極材料SGC，并基于該高性能的石墨烯復(fù)合硅碳負(fù)極材料，進(jìn)一步研制出能量密度達(dá)350-400Wh/kg的系列新型高能量密度鋰離子電池，并與寶能集團(tuán)旗下昆山聚創(chuàng)新能源科技有限公司共同研發(fā)并實(shí)現(xiàn)了310Wh/kg動(dòng)力鋰離子電池裝車應(yīng)用示范。
在未來(lái)，假如單體電芯要突破400Wh/kg，電池廠商還需著眼于鋰金屬負(fù)極型的電池體系，鋰金屬負(fù)極具有3860mAh/g的比容量，以其所匹配的Li-S和Li-空氣電池比能量高達(dá)650Wh/kg和950Wh/kg，這也意味著整個(gè)商用電池制作工藝的更迭與精進(jìn)。
2.3、電解液：鋰鹽待革新，固態(tài)電解質(zhì)序幕拉開
目前商業(yè)化鋰離子電池的電解液一般由碳酸酯類有機(jī)溶劑（EC）、鋰鹽六氟磷酸鋰（LiPF6）以及少量多功能添加劑組成，通常也會(huì)加入低粘度的DMC、DEC等作為共溶劑，以提高鋰離子遷移速率。電解液是鋰離子遷移和電荷傳遞的介質(zhì)，其指標(biāo)直接決定了鋰離子電池的能量密度、倍率性能、循環(huán)壽命、安全性等性能。
2.3.1、雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LiFSI）：下一代溶質(zhì)鋰鹽
鋰鹽是電解液體系的重要成本來(lái)源，目前LiPF6是商業(yè)化應(yīng)用最為廣泛的鋰離子電池溶質(zhì)鋰鹽，然而在使用過程中，LiPF6也存在熱穩(wěn)定性較差、易水解等問題。新型電解液溶質(zhì)鋰鹽LiFSI具有遠(yuǎn)好于LiPF6的物化性能：
（1）更好的熱穩(wěn)定性：LiFSI熔點(diǎn)為145℃，分解溫度高于200℃。
（2）與硅負(fù)極相容性更好：傳統(tǒng)的LiPF6電解液會(huì)出現(xiàn)HF與SEI膜發(fā)生氟化反應(yīng)，導(dǎo)致表面膜成分之一的LiO2消失，使電池長(zhǎng)程循環(huán)性能較差。LiFSI不僅不會(huì)破壞負(fù)極SEI膜，相反還會(huì)促進(jìn)膜成分之一的Li4SiO4生成從而提升電池電化學(xué)性能。
（3）更優(yōu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性：LiFSI電解液與SEI膜的兩種重要成分有很好的相容性，只會(huì)在160℃時(shí)與其部分成分發(fā)生置換反應(yīng)。
因此，雖然目前LiFSI由于制備困難、成本高昂（其目前價(jià)格近50萬(wàn)元/噸，約為L(zhǎng)iPF6價(jià)格的五倍）等原因只能作為副鹽添入LiPF6中，但在未來(lái)LiFSI可能成為改善LiPF6缺陷的最佳替代品，符合高性能電解液的發(fā)展趨勢(shì)。
經(jīng)過近十年快速發(fā)展，目前液態(tài)鋰離子電池已經(jīng)成為全球車用動(dòng)力鋰離子電池首選，并在成本和能量密度上實(shí)現(xiàn)了大幅度改善，十年來(lái)能量密度提升了近3倍，價(jià)格下降了85%，達(dá)到了目前能效和經(jīng)濟(jì)性的最佳狀態(tài)。在市場(chǎng)應(yīng)用方面，液態(tài)電池是目前最具經(jīng)濟(jì)性的選擇，市面上電解液產(chǎn)品規(guī)?；慨a(chǎn)的程度之高可見一斑。
2.3.2、固態(tài)電解質(zhì)：實(shí)現(xiàn)超高能量密度鋰離子電池的必經(jīng)之路
依靠現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池體系，2025年后電池能量密度難以達(dá)到國(guó)家要求的400Wh/kg以上，更不用說(shuō)2030年達(dá)到500Wh/kg了。近年來(lái)電動(dòng)汽車自燃事故頻發(fā)，其重要原因也是液態(tài)電解質(zhì)過熱被點(diǎn)燃，最終導(dǎo)致電池起火。因此，開發(fā)高效的固態(tài)電解質(zhì)是超安全、超高能量密度鋰離子電池的必經(jīng)之路。
固態(tài)電解質(zhì)的工作電壓能夠達(dá)到5V，而電解液只能在4V上下徘徊，這之間就是理論最大20%的差異。電壓上限的突破是固態(tài)電池能量密度大幅提升的基礎(chǔ)，固態(tài)電解質(zhì)“濃縮”之后取代電解液和隔膜、可與金屬鋰負(fù)極結(jié)合提升鋰容量，實(shí)現(xiàn)理論上重量能量密度的500Wh/kg，體積能量密度最大1000Wh/L，循環(huán)壽命更長(zhǎng)（＞5000次），最終達(dá)到1000km起步續(xù)航水平。
搶占下一代電池技術(shù)高地刻不容緩，車企電池廠加快固態(tài)電池布局
早在2018年六月，大眾與QS就宣布成立合資公司QSVOperationsLLC，雙方各持股50%，期望實(shí)現(xiàn)QS固態(tài)電池的商業(yè)化生產(chǎn)，預(yù)計(jì)2025年量產(chǎn)。
2019年一眾電池廠如國(guó)軒高科、清陶新能源、贛鋒鋰業(yè)就建立了半固態(tài)電池小規(guī)模的試生產(chǎn)線。
2020年十二月蜂巢能源在電池日上對(duì)外公布了一款匹配無(wú)鈷正極的“自愈合阻燃果凍電池”，電池內(nèi)引入低比例的固態(tài)電解質(zhì)，目前量產(chǎn)推進(jìn)已取得一定成果。
2021年一月九日，蔚來(lái)在NioDay上公布電池包載能量150kWh的固態(tài)電池，能量密度可達(dá)360kWh/kg，續(xù)航超過1000km，并宣稱將于2022年量產(chǎn)。
2021年三月十五日，大眾汽車在其首屆“PowerDay”上表示，未來(lái)汽車動(dòng)力鋰離子電池的最終形態(tài)將是固態(tài)電池。
2021年四月九日，贛鋒鋰業(yè)宣布擬投資22億元建設(shè)高比能固態(tài)電池超薄鋰負(fù)極材料項(xiàng)目。
2021年四月十四日，蜂巢能源與中科院共建固態(tài)電池技術(shù)研究中心，二十八日公司與安徽馬鞍山市簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，將投資110億元建設(shè)動(dòng)力鋰離子電池電芯及PACK生產(chǎn)研發(fā)基地，規(guī)劃年產(chǎn)量28GWh。
車企、電池廠商以及原材料供應(yīng)商、科研機(jī)構(gòu)等，紛紛下場(chǎng)開始布局固態(tài)電池市場(chǎng)和技術(shù)領(lǐng)域，固態(tài)電池的大幕已經(jīng)開啟。
2.3.3、技術(shù)+成本雙重制約，固態(tài)電解質(zhì)量產(chǎn)仍需時(shí)間
不管是高?？蒲性哼€是主流電池公司，有關(guān)固態(tài)電池的理論研究仍處于初級(jí)階段，固態(tài)電解質(zhì)距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有三大技術(shù)難關(guān)要攻克：
（1）金屬枝晶問題。不均勻沉積的鋰枝晶會(huì)刺穿固體電解質(zhì)層，進(jìn)而造成電池短路。
（2）界面穩(wěn)定性問題。電極/電解質(zhì)界面處的組成和結(jié)構(gòu)與材料體相有較大差別，離子阻塞或電子導(dǎo)電的界面產(chǎn)物會(huì)對(duì)固態(tài)電池的性能出現(xiàn)不利影響。
（3）物理接觸問題。固態(tài)電池體系最大的缺點(diǎn)就是離子的傳輸強(qiáng)烈依賴于固體顆粒的致密接觸。而這些點(diǎn)接觸對(duì)電化學(xué)循環(huán)過程中出現(xiàn)的應(yīng)力非常敏感，應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，引起界面接觸不良。
從工藝成本上看，固態(tài)電解質(zhì)從合成到致密化再到集成各個(gè)環(huán)節(jié)仍處于研發(fā)初期，規(guī)?；慨a(chǎn)耗費(fèi)巨大。
（1）合成
固相法是合成無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)最常用的方法，但其要高溫，耗能較大，而且高溫下鋰鹽揮發(fā)嚴(yán)重，且材料與坩堝之間可能會(huì)有副反應(yīng)。
機(jī)械化學(xué)法可用來(lái)合成無(wú)定形和玻璃陶瓷材料。盡管機(jī)械球磨法在工業(yè)上已經(jīng)有應(yīng)用，但其規(guī)?；瘧?yīng)用時(shí)的安全性和能量消耗還存在爭(zhēng)議，過程參數(shù)與產(chǎn)品性能之間的關(guān)系仍然只是相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)性的。
（2）致密化
固態(tài)電解質(zhì)粉末要處理成高深寬比的膜或片，通過煅燒母胚、干粉熱壓或冷壓，完成電解質(zhì)粉末的致密化，獲得特定的微結(jié)構(gòu)。軟的材料如硫化物和硼氫化物在這方面有優(yōu)勢(shì)，其可以在低溫下完成致密化過程。放電等離子體燒結(jié)也是一種潛在的方法，其可以對(duì)材料的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制，但其成本仍過高。
（3）集成
薄膜法是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化制備完整固態(tài)電池的方法。盡管其能夠?qū)崿F(xiàn)高致密度和良好的界面接觸，但是在規(guī)模化制備大容量固態(tài)電池時(shí)仍然面對(duì)成本高昂的問題。
在技術(shù)和成本雙重制約下，我們預(yù)計(jì)固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室走向批量產(chǎn)業(yè)化還需5-10年時(shí)間，其發(fā)展路徑是：電解質(zhì)從液態(tài)、半固態(tài)（凝膠）、固液混合到固態(tài)，最后到全固態(tài)。
2.4、隔膜：濕法、干法可擁有各自應(yīng)用場(chǎng)景
鋰離子電池中隔膜的用途是隔離正負(fù)極、防止短路、吸收電解液、導(dǎo)通鋰離子，并阻隔電子，成本占動(dòng)力鋰離子電池組總成本的7%，其性能直接影響電池的壽命、容量和安全性。
有關(guān)高性能的鋰電隔膜，一般有以下要求：孔徑分布均勻，能有效阻止活性物質(zhì)的穿梭流失；對(duì)電解液有一定的親和性且在電解液中保持界面穩(wěn)定；有較好的機(jī)械強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度和穿刺強(qiáng)度)；具有良好的熱穩(wěn)定性。
2.4.1、技術(shù)難+成本高+性能優(yōu)，濕法涂覆主導(dǎo)三元市場(chǎng)
根據(jù)隔膜微孔的成孔機(jī)理不同，市場(chǎng)上主流的鋰離子電池隔膜生產(chǎn)工藝重要分為干法(熔融拉伸工藝)和濕法(熱致相分離工藝)兩大類。國(guó)內(nèi)動(dòng)力和儲(chǔ)能電池重要采用PP隔膜，3C電池重要采用PE隔膜。
濕法工藝技術(shù)壁壘高，流程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，投資大。干法是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結(jié)晶性聚合物薄膜，經(jīng)過結(jié)晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)一步拉伸定型，其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、附加值高。而有關(guān)濕法技術(shù)，其核心在于漿料配方，漿料在隔膜涂覆中成本占比也較大為65%，完成配比后還要經(jīng)過雙向拉伸以及二次收卷等復(fù)雜工藝，有關(guān)設(shè)備和精度要求高，前期投資巨大。
濕法涂覆隔膜綜合性能更優(yōu)良。相較于采用干法工藝的產(chǎn)品，濕法隔膜具有更好的孔隙結(jié)構(gòu)一致性、更強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度和抗穿刺強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，并且厚度更薄、更均勻。當(dāng)鋰離子電池溫度逐漸升高，超過聚烯烴隔膜的使用溫度，隔膜會(huì)依次經(jīng)過收縮、閉孔、熔融3個(gè)階段。濕法隔膜采用表面涂覆無(wú)機(jī)材料、耐熱高分子材料或兩者配合物的方法進(jìn)行表面改性，使隔膜在達(dá)到聚烯烴軟化溫度后仍保持原有形狀，防止短路現(xiàn)象發(fā)生，提升電池安全性。
恩捷股份的濕法雙拉成型技術(shù)，就是對(duì)隔膜縱向預(yù)拉伸后再雙向拉伸擴(kuò)孔，接著采用納米氧化鋁與水合氧化鋁的漿料對(duì)PE微孔膜進(jìn)行涂覆，從而提高了隔膜在高溫下的尺寸穩(wěn)定性。得到的隔膜厚度為15pm，透氣率為175s/100mL，在120℃條件下可以保持1h的收縮率小于1.5%。
2.4.2、干法具成本優(yōu)勢(shì)，受益磷酸鐵鋰需求回暖
濕法隔膜在重視能量密度的三元電池領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而干法隔膜重要應(yīng)用于大型磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池中，近兩年，國(guó)內(nèi)電動(dòng)兩輪車、商用車、儲(chǔ)能等下游市場(chǎng)的鋰電需求快速上升，磷酸鐵鋰離子電池復(fù)蘇，占比提升，帶動(dòng)了干法隔膜出貨量的顯著新增。
相較于濕法隔膜，干法隔膜抗穿刺強(qiáng)度較高，工序簡(jiǎn)單，污染小，固定資產(chǎn)投入比濕法小，綜合成本較低。因此，在對(duì)成本要求低、能量密度要求低（如儲(chǔ)能領(lǐng)域）、對(duì)倍率性能要求高（例如混動(dòng)車型）的電池中應(yīng)用更為廣泛，隨著磷酸鐵鋰離子電池需求回暖和儲(chǔ)能市場(chǎng)的強(qiáng)勁上升，干法隔膜的需求有望持續(xù)上升。
2.4.3、固態(tài)電池技術(shù)成熟后會(huì)不可防止地沖擊隔膜產(chǎn)業(yè)
在全固態(tài)電池中，正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液這四大原材料，將變成正極材料、負(fù)極材料、固態(tài)電解質(zhì)三大原材料。固態(tài)電解質(zhì)將全面替代電解液與隔膜，有望縮短正負(fù)極之間的距離，大大降低電池厚度。而全固態(tài)電解質(zhì)也將防止高電壓充能時(shí)發(fā)生的電解液氧化現(xiàn)象，更易提升電池的能量密度，簡(jiǎn)化封裝，最終全面改變動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)的格局。
固態(tài)電池技術(shù)的開發(fā)目前仍處于早期階段：成本高、產(chǎn)量小、關(guān)節(jié)節(jié)點(diǎn)突破較慢，距離真正的全面商業(yè)化還相去甚遠(yuǎn)。目前固態(tài)電池行業(yè)國(guó)際公認(rèn)技術(shù)領(lǐng)先的豐田集團(tuán)正大力投入的固態(tài)電池技術(shù)，預(yù)計(jì)最早也需等到2024年才能實(shí)裝到量產(chǎn)汽車上。
隔膜行業(yè)本身還有工藝突破帶來(lái)改變的可能性，因此，我們認(rèn)為現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池及其升級(jí)改進(jìn)仍是未來(lái)5-10年的重要技術(shù)路線，但是更遠(yuǎn)的10-20年后，固態(tài)電池技術(shù)慢慢成熟，會(huì)不可防止地對(duì)隔膜及電解液行業(yè)造成沖擊。
2.5、前驅(qū)體：決定正極材料性能的關(guān)鍵材料
2.5.1、三元正極60%的技術(shù)含量在于前驅(qū)體工藝
前驅(qū)體對(duì)三元材料的生產(chǎn)至關(guān)重要，三元正極60%的技術(shù)含量在于前驅(qū)體工藝，前驅(qū)體的品質(zhì)(形貌、粒徑、粒徑分布、比表面積、雜質(zhì)含量、振實(shí)密度等)直接決定了最后燒結(jié)的正極產(chǎn)物的理化指標(biāo)。
NCM和NCA前驅(qū)體的制備以硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳、氫氧化鈉（鋁）為原料，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在氨水和堿溶液中發(fā)生鹽堿中和反應(yīng)，得到鎳鈷錳（
