鉅大LARGE | 點擊量：684次 | 2021年06月17日
冬日里的鋰電池 等待下一次正極材料革命
2020年新能源汽車的火熱行情前所未有：特斯拉（TSLA.US）一騎絕乘，繼續(xù)著2019年10月開啟的行情，市值已超七大傳統(tǒng)造車企業(yè)市值總和，到達了約6300億美元（約合人民幣41300億元）。
國內(nèi)新能源汽車三家公司：小鵬汽車（XPEV.US）、蔚來汽車（NIO.US）、理想汽車（LI.US）帶來的新行情也如火如荼。小鵬、理想上市不到半年漲幅均超100%，蔚來汽車截止2020年12月29日更是實現(xiàn)了年內(nèi)996%驚人漲幅。
乍眼一看遠超預(yù)期的絕對高估，其核心價值支撐在哪？
2020年12月21日，國新辦發(fā)布了《新時代的中國能源發(fā)展》白皮書，提出了2030年力爭二氧化碳排放達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。中國對能源改革的快速推進，將給市場帶來巨大的挑戰(zhàn)與機遇。
中汽數(shù)據(jù)聯(lián)合世界汽車用鋼聯(lián)盟、英國諾丁漢大學(xué)、沙特阿美石油公司、生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心等16家國內(nèi)外機構(gòu)開展的《中國汽車低碳行動計劃2020》研究表明，2019年中國量產(chǎn)乘用車生命周期碳排放總量為6.2億噸二氧化碳（15萬公里)。
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%
作為對比數(shù)據(jù)，2019年全國碳排放為106億噸，傳統(tǒng)燃油汽車的巨量碳排放必然成為我國碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的重要改革對象。
另一方面，近日在北京順利召開了新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展“工信沙龍”，會上提到了2020年全年新能源汽車銷量預(yù)計將達到130萬輛，年內(nèi)市場雖然受到了新冠疫情、補貼退坡、和油價下跌的影響，但仍實現(xiàn)了接近8%的同比增長。
與此同時，工信部預(yù)測2021年市場表現(xiàn)會有極大提升，增速可能超過30%，全年銷量達到180萬輛。我們預(yù)測，隨著電動車?yán)锍汤m(xù)航的不斷提升，清潔、環(huán)保且更經(jīng)濟的電動車，滲透率無疑將繼續(xù)提升。
作為新能源汽車廠商最為關(guān)注的核心組件——新能源電池——一直是市場關(guān)注的焦點，然而，新能源電池的成本一直居高不下。
以蔚來汽車的ES6為例，ES6汽車在2019年采用的是84kWh電池，根據(jù)2019年蔚來汽車動力電池主要供應(yīng)商寧德時代（300750.SZ）財報中披露的運營成本276億元以及總銷售電池系統(tǒng)40.96億瓦時，粗算得到其動力電池成本約為631元/千瓦時，蔚來汽車的ES6單車電池成本就超過了53,000元。
新能源電池作為電動汽車動力/續(xù)航的決定性部件，在近幾年電動汽車市場行情持續(xù)走高的背景下，其各大電動車品牌核心競爭力的地位也被不斷鞏固。
01新能源電池：正極材料
電動汽車所使用的動力電池主要由正極材料、隔膜、負(fù)極材料以及有機電解液組成。正極材料作為電池系統(tǒng)中的核心部件，是影響到電池的綜合性能的關(guān)鍵。其成本也占據(jù)了電池總成本的40%以上。
根據(jù)使用材料的不同，目前市場上的兩種主流正極材料分別是磷酸鐵鋰和鎳鈷錳，而使用后者構(gòu)成的電池也就是三元聚合物電池，簡稱三元電池。
一、磷酸鐵鋰電池與三元電池
磷酸鐵鋰電池作為早期純電電動車的搭載電池，如比亞迪（002594.SZ）在2010年上市的首款純電電動車使用的就是其自主研發(fā)的磷酸鐵鋰電池，具有高安全性和成本較低的特點。
同時，磷酸鐵鋰電池的技術(shù)在純電汽車發(fā)展的早期已經(jīng)較為成熟，由此迅速成為了各電動車品牌電池系統(tǒng)的首選方案。
而隨著純電汽車市場的迅速發(fā)展，各大廠商技術(shù)的不斷提升，市場對于純電汽車的續(xù)航能力也愈發(fā)重視。續(xù)航能力開始成為了衡量一個純電汽車品牌的首要指標(biāo)之一。
與此同時，國家四部委于2017年出臺的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出了2020年前實現(xiàn)300Wh/kg的指導(dǎo)要求也推高了新能源車補貼標(biāo)準(zhǔn)。
在這樣的環(huán)境下，由于物理限制，能量密度已經(jīng)接近研發(fā)極限的磷酸鐵鋰電池出現(xiàn)頹勢，三元電池開始占據(jù)市場主流。
市場開始追求三元電池的開發(fā)主要有兩個原因：第一，政策補貼對能量密度的要求磷酸鐵鋰電池難以達到；第二，電車廠商開始將電動車的高續(xù)航作為賣點開發(fā)新車型。
在三元電池的發(fā)展過程中發(fā)現(xiàn)，三元電池中鎳的占比提升可以顯著提高電池的能量密度。
同時，鈷作為主流三元電池的成分之一，新能源汽車市場的全球火熱大大提升了鈷需求，精煉鈷的產(chǎn)能也無法短時間內(nèi)提升，最終導(dǎo)致了鈷價的迅速飛漲。
即使在經(jīng)歷了2018年市場飽和后的迅速降溫，目前99.8%純度的電解鈷仍然高達每噸270,000元。對比之下，99.5%純度電解鎳每噸只需要132,750元。
鈷價走勢圖（單位：美元/噸）（來源：TRADINGECONOMICS）
鎳價走勢圖（單位：美元/噸）（來源：TRADINGECONOMICS）
當(dāng)這些因素相結(jié)合，三元電池研發(fā)思路中提升鎳比例，降低鈷比例就成為了市場所普遍認(rèn)同的研發(fā)路線。
然而，伴隨著高鎳電池的熱度不斷提升，研發(fā)過程中鎳比例的提升所帶來的負(fù)面影響也逐漸暴露出來。
如下圖所示，以鎳錳鈷（NCM）三元電池為例，當(dāng)鎳的比重從33%（鎳、錳、鈷比例為1：1：1）上升到60%（鎳、錳、鈷比例6：2：2）時，能量密度有了15%的顯著提升，但同時熱穩(wěn)定性和容量保持性能也有了明顯下滑。
而當(dāng)鎳比例提升到80%——即“811電池”時，熱穩(wěn)定性和容量保持性能繼續(xù)下滑。這主要是來源于高鎳環(huán)境下高倍率充放電時“枝晶”產(chǎn)生的概率更大，從而影響了電池的整體性能。最近幾年，高鎳電池引起的自燃和爆炸事故也是頻頻發(fā)生。
僅今年5月，搭載寧德時代“811電池”的廣汽新能源AionS在廣東、海南發(fā)生了多起自燃事故。電池的安全問題逐漸引起業(yè)界的關(guān)注。
鑒于上述原因，高鎳電池繼續(xù)開發(fā)受阻，低鈷/無鈷電池的全面量產(chǎn)也一拖再拖，三元電池最大的成本問題難以解決。更另新能源汽車感到壓力的是，新能源市場補貼開始退坡，這種壓力同時傳導(dǎo)至了對成本的控制上。
隨著2018年年底政策取消了300Wh/Kg的補貼指導(dǎo)方向，原本因為能量密度瓶頸而受冷落的磷酸鐵鋰電池重新受到了市場的重視。
截至2020年11月工信部公示的新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄（2020年12批)文件所示，上榜純電轎車車型數(shù)量為24輛，其中實裝三元電池的轎車14輛，占比58%；實裝磷酸鐵鋰電池的轎車9輛，占比37.5%；其他種類電池轎車1輛，占比4%。
而如果對比2018年的同期數(shù)據(jù)，2018年第12批車型目錄上所公示的45個純電轎車車型之中，當(dāng)時搭載三元電池的汽車占比73%，相比之下，磷酸鐵鋰汽車僅有17%。相比2018年的懸殊差距，磷酸鐵鋰電池的占比已經(jīng)在迅速回復(fù)。
而在客車領(lǐng)域，國內(nèi)行業(yè)龍頭制造商宇通客車2019年全年6米長以上新能源客車銷量為4007輛，市場占有率達24.75%。
而根據(jù)工信部公開資料披露，2020年11月宇通客車（600066.SH）最新申報新產(chǎn)品中共有純電動客車19輛，其中采用磷酸鐵鋰作為電池的17輛，占比89.47%，其他兩輛均為氫氣電池。客車市場出于對安全性與成本問題的考慮，一邊倒地傾向了更具穩(wěn)定性與性價比磷酸鐵鋰電池。
能量密度的短板也因為客車空間的充裕而被一定程度地抵消了，宇通最新上報的純電動磷酸鐵鋰客車平均續(xù)航達到了462公里。
相比較占據(jù)絕對優(yōu)勢的客車市場，磷酸鐵鋰在乘用車領(lǐng)域的市場份額雖然開始出現(xiàn)明顯提升，但是它與三元電池的主要劣勢仍沒有得到解決，在2020年這同一文件中，9個選擇了磷酸鐵鋰作為電池的車型平均單次續(xù)航能力為333公里，平均能量密度為130Wh/Kg。與此同時,14個三元電池車型的平均續(xù)航能力則達到了445公里，平均能量密度為163WH/Kg。
各大新舊造車勢力并沒有嘗試?yán)^續(xù)提升磷酸鐵鋰的能量密度和續(xù)航能力，而是選擇將磷酸鐵鋰裝配在強調(diào)性價比的車型上，將三元電池裝配在強調(diào)性能的車型上，讓消費者自己選擇不同的電池車型。
以特斯拉為例，特斯拉中國在今年新推出了Model3的長續(xù)航版，通過進一步降低鈷占比以及能量密度，續(xù)航達到了668公里。
另一方面，今年10月特斯拉發(fā)布了磷酸鐵鋰版的Model3，官方標(biāo)注的續(xù)航能力高達468公里，雖然依舊存在著冬天低溫環(huán)境下電池容量劇烈縮水的問題，但其性價比仍是特斯拉目前產(chǎn)品線中數(shù)一數(shù)二的。
隨著市場開始重新重視磷酸鐵鋰電池，電池制造商方面也開始重新規(guī)劃。寧德時代作為國內(nèi)乃至全球范圍的新能源電池領(lǐng)軍企業(yè)，在今年6月份加大了磷酸鐵鋰電池的出貨量。
根據(jù)真鋰研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)披露，寧德時代今年6月所有電池裝機里，磷酸鐵鋰電池占比達到了44.76%，相較5月份增長近14%。寧德時代在繼續(xù)保持其高鎳三元電池行業(yè)領(lǐng)先地位的同時，加大了磷酸鐵鋰電池投入。前文提到的磷酸鐵鋰版Model3所使用電池組就是由寧德時代提供的。
二、刀片電池，一枝獨秀
與此同時，國內(nèi)另一大電池研發(fā)巨頭比亞迪（002594.SZ）把更多注意力放在了磷酸鐵鋰電池繼續(xù)開發(fā)上，并于今年3月正式發(fā)布了其自研的新一代磷酸鐵鋰電池——刀片電池。
比亞迪以一種“彎道超車”的姿態(tài)將傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池包進行了重塑，通過省去模組和大部分結(jié)構(gòu)件，使得刀片電池的空間利用率大大提升。
雖然沒有從本質(zhì)上解決磷酸鐵鋰作為正極材料能量密度的短板，但從體積能量密度的角度上大大提升了刀片電池的性能，使得刀片電池在具備傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池高安全性和低成本的同時，很大程度上解決了低能量密度導(dǎo)致的續(xù)航問題。
2020年7月，首個搭載了刀片電池的純電車比亞迪“漢”正式上市，截至2020年11月底，累計銷量已達28467輛，11月單月銷量便已破萬，頗有成為爆款的趨勢。
截至2020年12月25日，比亞迪收盤價為185.21元每股，充分反映了市場對于一定程度上解決磷酸鐵鋰電池能量密度瓶頸的同時、繼續(xù)發(fā)揮了低成本高穩(wěn)定性優(yōu)勢的刀片電池的認(rèn)可。
結(jié)合2020年12月21日比亞迪接待機構(gòu)投資者調(diào)研活動時透露“刀片電池或?qū)ⅹ毩ν怃N售的信息”，相信比亞迪能借此再次挑戰(zhàn)寧德時代的行業(yè)地位。
新技術(shù)：選顛覆的還是選改進的？
當(dāng)下新能源電池發(fā)展陷入瓶頸，除了比亞迪刀片電池另辟蹊徑的研究路徑外，電池廠商們還在探索著別的可能，如固態(tài)電池與四元電池。
固態(tài)電池本質(zhì)上當(dāng)然還是鋰電池，但與目前的動力電池在正極材料上尋求突破的思路不同的是——固態(tài)電池的進化更體現(xiàn)在電解質(zhì)。傳統(tǒng)電解質(zhì)為液態(tài)電解質(zhì)，也就是電解液，固態(tài)電池即固態(tài)電解質(zhì)。
固態(tài)電池由正負(fù)活性物質(zhì)，集流體，導(dǎo)電劑以及固態(tài)電解質(zhì)五個主要部分組成，目前固態(tài)電池技術(shù)路線差異主要體現(xiàn)在三種不同的固態(tài)電解質(zhì)：氧化物、硫化物以及聚合物。
聚化物與氧化物的研究尚處于概念階段，硫化物雖然已較為成熟，但成本的居高不下以及能量密度提升幅度較低導(dǎo)致了商業(yè)化的可能較低。而聚化物與氧化物的商業(yè)化,市場普遍預(yù)計會在2030年左右。
固態(tài)電池在能量密度潛力大幅度上升的同時，由于其固態(tài)電解質(zhì)不可燃不漏液的性質(zhì)，穩(wěn)定性也大大提升。在保障電池穩(wěn)定性的前提下，目前對于固態(tài)電池能量密度的預(yù)估潛力值已經(jīng)高達900Wh/Kg，足足是三元電池預(yù)估能量密度的三倍，電池容量保持性能及充電速度都將得到大幅提高。
比爾蓋茨入股的美國固態(tài)電池研發(fā)企業(yè)QuantumScapeCorp自2020年11月上市以來，截至2020年12月25日，已上漲388%，幅度驚人。A股市場目前共有12只固態(tài)電池概念股，近期市場表現(xiàn)也很亮眼，當(dāng)升科技（300073.SZ）、杉杉股份（600884.SH）等公司僅2020年12月上漲幅度已超20%。
此指數(shù)上線時間為2020年12月11日
固態(tài)電池雖然展現(xiàn)出了極大潛力，但研發(fā)難度高、距離大規(guī)模量產(chǎn)及商業(yè)化應(yīng)用尚有較長時間的客觀事實也應(yīng)當(dāng)注意。豐田公司作為整車廠，雖然計劃明年展出首款固態(tài)電池原型電車，但是實際量產(chǎn)預(yù)計最早將會在2025年展開。
豐田公司目前的能量密度計劃是2025年實現(xiàn)400Wh/Kg，2030年實現(xiàn)500Wh/Kg，距離市場主流宣傳的900Wh/Kg能量密度潛力相去甚遠。更可以預(yù)見的是，固態(tài)電池早期投入市場的高成本將無法回避，由于技術(shù)開發(fā)難度相對相對較大，核心能力將更集中于市場頭部企業(yè)。
除固態(tài)電池外，四元電池的開發(fā)情況也備受矚目。四元電池作為三元電池的升級改良產(chǎn)品，實質(zhì)是用鋁元素部分取代鈷元素，在降低鈷成本同時并不會像三元電池因為鈷比重下降而失去穩(wěn)定性和續(xù)航能力，性能也將得到保持。
根據(jù)最新的LG新能源公告，其最早的一批鎳鈷錳鋁四元電池將于2021年下半年交貨，該款四元電池鎳含量將超過90%，鈷含量下降到5%以下，單次續(xù)航能力超過600公里。
雖然四元電池作為一種承接三元電池的升級品還未像固態(tài)電池一樣出現(xiàn)顛覆行業(yè)的潛質(zhì)，但考慮到“遠水解不了近渴”，四元電池的市場空間仍然很大。如果四元電池能從真正意義上解決三元電池的鈷元素占比下降引起一系列隱患，那么刀片電池這類升級產(chǎn)品所獲得的成功同樣適用于四元電池。
隨著技術(shù)研發(fā)不斷完善，哪怕原本只是作為填補固態(tài)電池空檔期的升級產(chǎn)品，四元電池也具備著快速占據(jù)市場的潛力，并能憑借完善技術(shù)帶來的成本優(yōu)勢與固態(tài)電池相抗衡。
除了LG新能源外，中國廠商蜂巢能源早在2019年就公布了其自主研發(fā)的四元正極材料電池。
今年12月2日，公司在蜂巢電池日上也表示研發(fā)中并做好量產(chǎn)準(zhǔn)備的四元電池和目前80%鎳濃度三元電池具有相同能量密度的同時，安全穩(wěn)定性得到了提升，并由于降低了鈷元素比例，成本也得到了很大改善。
03結(jié)語
新能源汽車電池在經(jīng)過了多年發(fā)展后，再次來到了一個重要節(jié)點。本世代磷酸鐵鋰以及三元電池的技術(shù)研究已接近瓶頸，下一代產(chǎn)品尚未做好商業(yè)化準(zhǔn)備。造車新舊勢力的產(chǎn)品側(cè)重點已開始分化——選性價比還是性能，取決于消費者。
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