冬日里的鋰電池 等待下一次正極材料革命2021-06-21 08:11
2020年新能源汽車(chē)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(kāi)啟的行情，市值已超七大傳統(tǒng)造車(chē)企業(yè)市值總和，到達(dá)了約6300億美元（約合人民幣41300億元）。
國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)三家公司：小鵬汽車(chē)（XPEV.US）、蔚來(lái)汽車(chē)（NIO.US）、理想汽車(chē)（LI.US）帶來(lái)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(lái)汽車(chē)截止2020年12月29日更是實(shí)現(xiàn)了年內(nèi)996%驚人漲幅。
乍眼一看遠(yuǎn)超預(yù)期的絕對(duì)高估，其核心價(jià)值支撐在哪？
2020年12月21日，國(guó)新辦發(fā)布了《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書(shū)，提出了2030年力爭(zhēng)二氧化碳排放達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。中國(guó)對(duì)能源改革的快速推進(jìn)，將給市場(chǎng)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
中汽數(shù)據(jù)聯(lián)合世界汽車(chē)用鋼聯(lián)盟、英國(guó)諾丁漢大學(xué)、沙特阿美石油公司、生態(tài)環(huán)境部對(duì)外合作與交流中心等16家國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)開(kāi)展的《中國(guó)汽車(chē)低碳行動(dòng)計(jì)劃2020》研究表明，2019年中國(guó)量產(chǎn)乘用車(chē)生命周期碳排放總量為6.2億噸二氧化碳（15萬(wàn)公里)。
作為對(duì)比數(shù)據(jù)，2019年全國(guó)碳排放為106億噸，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的巨量碳排放必然成為我國(guó)碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的重要改革對(duì)象。
另一方面，近日在北京順利召開(kāi)了新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“工信沙龍”，會(huì)上提到了2020年全年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量預(yù)計(jì)將達(dá)到130萬(wàn)輛，年內(nèi)市場(chǎng)雖然受到了新冠疫情、補(bǔ)貼退坡、和油價(jià)下跌的影響，但仍實(shí)現(xiàn)了接近8%的同比增長(zhǎng)。
與此同時(shí)，工信部預(yù)測(cè)2021年市場(chǎng)表現(xiàn)會(huì)有極大提升，增速可能超過(guò)30%，全年銷(xiāo)量達(dá)到180萬(wàn)輛。我們預(yù)測(cè)，隨著電動(dòng)車(chē)?yán)锍汤m(xù)航的不斷提升，清潔、環(huán)保且更經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)車(chē)，滲透率無(wú)疑將繼續(xù)提升。
作為新能源汽車(chē)廠商最為關(guān)注的核心組件——新能源電池——一直是市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)，然而，新能源電池的成本一直居高不下。
以蔚來(lái)汽車(chē)的ES6為例，ES6汽車(chē)在2019年采用的是84kWh電池，根據(jù)2019年蔚來(lái)汽車(chē)動(dòng)力電池主要供應(yīng)商寧德時(shí)代（300750.SZ）財(cái)報(bào)中披露的運(yùn)營(yíng)成本276億元以及總銷(xiāo)售電池系統(tǒng)40.96億瓦時(shí)，粗算得到其動(dòng)力電池成本約為631元/千瓦時(shí)，蔚來(lái)汽車(chē)的ES6單車(chē)電池成本就超過(guò)了53,000元。
新能源電池作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力/續(xù)航的決定性部件，在近幾年電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)行情持續(xù)走高的背景下，其各大電動(dòng)車(chē)品牌核心競(jìng)爭(zhēng)力的地位也被不斷鞏固。
01新能源電池：正極材料
電動(dòng)汽車(chē)所使用的動(dòng)力電池主要由正極材料、隔膜、負(fù)極材料以及有機(jī)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(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)車(chē)的搭載電池，如比亞迪（002594.SZ）在2010年上市的首款純電電動(dòng)車(chē)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(diǎn)。
同時(shí)，磷酸鐵鋰電池的技術(shù)在純電汽車(chē)發(fā)展的早期已經(jīng)較為成熟，由此迅速成為了各電動(dòng)車(chē)品牌電池系統(tǒng)的首選方案。
而隨著純電汽車(chē)市場(chǎng)的迅速發(fā)展，各大廠商技術(shù)的不斷提升，市場(chǎng)對(duì)于純電汽車(chē)的續(xù)航能力也愈發(fā)重視。續(xù)航能力開(kāi)始成為了衡量一個(gè)純電汽車(chē)品牌的首要指標(biāo)之一。
與此同時(shí)，國(guó)家四部委于2017年出臺(tái)的《促進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》提出了2020年前實(shí)現(xiàn)300Wh/kg的指導(dǎo)要求也推高了新能源車(chē)補(bǔ)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(shì)，三元電池開(kāi)始占據(jù)市場(chǎng)主流。
市場(chǎng)開(kāi)始追求三元電池的開(kāi)發(fā)主要有兩個(gè)原因：第一，政策補(bǔ)貼對(duì)能量密度的要求磷酸鐵鋰電池難以達(dá)到；第二，電車(chē)廠商開(kāi)始將電動(dòng)車(chē)的高續(xù)航作為賣(mài)點(diǎn)開(kāi)發(fā)新車(chē)型。
在三元電池的發(fā)展過(guò)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(shí)，鈷作為主流三元電池的成分之一，新能源汽車(chē)市場(chǎng)的全球火熱大大提升了鈷需求，精煉鈷的產(chǎn)能也無(wú)法短時(shí)間內(nèi)提升，最終導(dǎo)致了鈷價(jià)的迅速飛漲。
即使在經(jīng)歷了2018年市場(chǎng)飽和后的迅速降溫，目前99.8%純度的電解鈷仍然高達(dá)每噸270,000元。對(duì)比之下，99.5%純度電解鎳每噸只需要132,750元。
鈷價(jià)走勢(shì)圖（單位：美元/噸）（來(lái)源：TRADINGECONOMICS）
鎳價(jià)走勢(shì)圖（單位：美元/噸）（來(lái)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(chǎng)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(guò)程中鎳比例的提升所帶來(lái)的負(fù)面影響也逐漸暴露出來(lái)。
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(shí)，能量密度有了15%的顯著提升，但同時(shí)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(shí)，熱穩(wěn)定性和容量保持性能繼續(xù)下滑。這主要是來(lái)源于高鎳環(huán)境下高倍率充放電時(shí)“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(shí)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(wèn)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(kāi)發(fā)受阻，低鈷/無(wú)鈷電池的全面量產(chǎn)也一拖再拖，三元電池最大的成本問(wèn)題難以解決。更另新能源汽車(chē)感到壓力的是，新能源市場(chǎng)補(bǔ)貼開(kāi)始退坡，這種壓力同時(shí)傳導(dǎo)至了對(duì)成本的控制上。
隨著2018年年底政策取消了300Wh/Kg的補(bǔ)貼指導(dǎo)方向，原本因?yàn)槟芰棵芏绕款i而受冷落的磷酸鐵鋰電池重新受到了市場(chǎng)的重視。
截至2020年11月工信部公示的新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄（2020年12批)文件所示，上榜純電轎車(chē)車(chē)型數(shù)量為24輛，其中實(shí)裝三元電池的轎車(chē)14輛，占比58%；實(shí)裝磷酸鐵鋰電池的轎車(chē)9輛，占比37.5%；其他種類(lèi)電池轎車(chē)1輛，占比4%。
而如果對(duì)比2018年的同期數(shù)據(jù)，2018年第12批車(chē)型目錄上所公示的45個(gè)純電轎車(chē)車(chē)型之中，當(dāng)時(shí)搭載三元電池的汽車(chē)占比73%，相比之下，磷酸鐵鋰汽車(chē)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(chē)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)行業(yè)龍頭制造商宇通客車(chē)2019年全年6米長(zhǎng)以上新能源客車(chē)銷(xiāo)量為4007輛，市場(chǎng)占有率達(dá)24.75%。
而根據(jù)工信部公開(kāi)資料披露，2020年11月宇通客車(chē)（600066.SH）最新申報(bào)新產(chǎn)品中共有純電動(dòng)客車(chē)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?？蛙?chē)市場(chǎng)出于對(duì)安全性與成本問(wèn)題的考慮，一邊倒地傾向了更具穩(wěn)定性與性?xún)r(jià)比磷酸鐵鋰電池。
能量密度的短板也因?yàn)榭蛙?chē)空間的充裕而被一定程度地抵消了，宇通最新上報(bào)的純電動(dòng)磷酸鐵鋰客車(chē)平均續(xù)航達(dá)到了462公里。
相比較占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的客車(chē)市場(chǎng)，磷酸鐵鋰在乘用車(chē)領(lǐng)域的市場(chǎng)份額雖然開(kāi)始出現(xiàn)明顯提升，但是它與三元電池的主要劣勢(shì)仍沒(méi)有得到解決，在2020年這同一文件中，9個(gè)選擇了磷酸鐵鋰作為電池的車(chē)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(shí),14個(gè)三元電池車(chē)型的平均續(xù)航能力則達(dá)到了445公里，平均能量密度為163WH/Kg。
各大新舊造車(chē)勢(shì)力并沒(méi)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(qiáng)調(diào)性?xún)r(jià)比的車(chē)型上，將三元電池裝配在強(qiáng)調(diào)性能的車(chē)型上，讓消費(fèi)者自己選擇不同的電池車(chē)型。
以特斯拉為例，特斯拉中國(guó)在今年新推出了Model3的長(zhǎng)續(xù)航版，通過(guò)進(jìn)一步降低鈷占比以及能量密度，續(xù)航達(dá)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(dá)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(wèn)題，但其性?xún)r(jià)比仍是特斯拉目前產(chǎn)品線中數(shù)一數(shù)二的。
隨著市場(chǎng)開(kāi)始重新重視磷酸鐵鋰電池，電池制造商方面也開(kāi)始重新規(guī)劃。寧德時(shí)代作為國(guó)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(jì)數(shù)據(jù)披露，寧德時(shí)代今年6月所有電池裝機(jī)里，磷酸鐵鋰電池占比達(dá)到了44.76%，相較5月份增長(zhǎng)近14%。寧德時(shí)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(shí)，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(shí)代提供的。
二、刀片電池，一枝獨(dú)秀
與此同時(shí)，國(guó)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(kāi)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(chē)”的姿態(tài)將傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池包進(jìn)行了重塑，通過(guò)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(méi)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(shí)，很大程度上解決了低能量密度導(dǎo)致的續(xù)航問(wèn)題。
2020年7月，首個(gè)搭載了刀片電池的純電車(chē)比亞迪“漢”正式上市，截至2020年11月底，累計(jì)銷(xiāo)量已達(dá)28467輛，11月單月銷(xiāo)量便已破萬(wàn)，頗有成為爆款的趨勢(shì)。
截至2020年12月25日，比亞迪收盤(pán)價(jià)為185.21元每股，充分反映了市場(chǎng)對(duì)于一定程度上解決磷酸鐵鋰電池能量密度瓶頸的同時(shí)、繼續(xù)發(fā)揮了低成本高穩(wěn)定性?xún)?yōu)勢(shì)的刀片電池的認(rèn)可。
結(jié)合2020年12月21日比亞迪接待機(jī)構(gòu)投資者調(diào)研活動(dòng)時(shí)透露“刀片電池或?qū)ⅹ?dú)立對(duì)外銷(xiāo)售的信息”，相信比亞迪能借此再次挑戰(zhàn)寧德時(shí)代的行業(yè)地位。
新技術(shù)：選顛覆的還是選改進(jìn)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(dòng)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(jìn)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(gè)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(chǎng)普遍預(yù)計(jì)會(huì)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(shí)，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(duì)于固態(tài)電池能量密度的預(yù)估潛力值已經(jīng)高達(dá)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(guó)固態(tài)電池研發(fā)企業(yè)QuantumScapeCorp自2020年11月上市以來(lái)，截至2020年12月25日，已上漲388%，幅度驚人。A股市場(chǎng)目前共有12只固態(tài)電池概念股，近期市場(chǎng)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間的客觀事實(shí)也應(yīng)當(dāng)注意。豐田公司作為整車(chē)廠，雖然計(jì)劃明年展出首款固態(tài)電池原型電車(chē)，但是實(shí)際量產(chǎn)預(yù)計(jì)最早將會(huì)在2025年展開(kāi)。
豐田公司目前的能量密度計(jì)劃是2025年實(shí)現(xiàn)400Wh/Kg，2030年實(shí)現(xiàn)500Wh/Kg，距離市場(chǎng)主流宣傳的900Wh/Kg能量密度潛力相去甚遠(yuǎn)。更可以預(yù)見(jiàn)的是，固態(tài)電池早期投入市場(chǎng)的高成本將無(wú)法回避，由于技術(shù)開(kāi)發(fā)難度相對(duì)相對(duì)較大，核心能力將更集中于市場(chǎng)頭部企業(yè)。
除固態(tài)電池外，四元電池的開(kāi)發(fā)情況也備受矚目。四元電池作為三元電池的升級(jí)改良產(chǎn)品，實(shí)質(zhì)是用鋁元素部分取代鈷元素，在降低鈷成本同時(shí)并不會(huì)像三元電池因?yàn)殁挶戎叵陆刀シ€(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(guò)90%，鈷含量下降到5%以下，單次續(xù)航能力超過(guò)600公里。
雖然四元電池作為一種承接三元電池的升級(jí)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(yuǎn)水解不了近渴”，四元電池的市場(chǎng)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(lèi)升級(jí)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(bǔ)固態(tài)電池空檔期的升級(jí)產(chǎn)品，四元電池也具備著快速占據(jù)市場(chǎng)的潛力，并能憑借完善技術(shù)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)與固態(tài)電池相抗衡。
除了LG新能源外，中國(guó)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(shí)，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(yǔ)
新能源汽車(chē)電池在經(jīng)過(guò)了多年發(fā)展后，再次來(lái)到了一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。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(chē)新舊勢(shì)力的產(chǎn)品側(cè)重點(diǎn)已開(kāi)始分化——選性?xún)r(jià)比還是性能，取決于消費(fèi)者。
國(guó)內(nèi)新能源汽車(chē)三家公司：小鵬汽車(chē)（XPEV.US）、蔚來(lái)汽車(chē)（NIO.US）、理想汽車(chē)（LI.US）帶來(lái)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(lái)汽車(chē)截止2020年12月29日更是實(shí)現(xiàn)了年內(nèi)996%驚人漲幅。
乍眼一看遠(yuǎn)超預(yù)期的絕對(duì)高估，其核心價(jià)值支撐在哪？
2020年12月21日，國(guó)新辦發(fā)布了《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書(shū)，提出了2030年力爭(zhēng)二氧化碳排放達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。中國(guó)對(duì)能源改革的快速推進(jìn)，將給市場(chǎng)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
中汽數(shù)據(jù)聯(lián)合世界汽車(chē)用鋼聯(lián)盟、英國(guó)諾丁漢大學(xué)、沙特阿美石油公司、生態(tài)環(huán)境部對(duì)外合作與交流中心等16家國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)開(kāi)展的《中國(guó)汽車(chē)低碳行動(dòng)計(jì)劃2020》研究表明，2019年中國(guó)量產(chǎn)乘用車(chē)生命周期碳排放總量為6.2億噸二氧化碳（15萬(wàn)公里)。
作為對(duì)比數(shù)據(jù)，2019年全國(guó)碳排放為106億噸，傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的巨量碳排放必然成為我國(guó)碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的重要改革對(duì)象。
另一方面，近日在北京順利召開(kāi)了新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展“工信沙龍”，會(huì)上提到了2020年全年新能源汽車(chē)銷(xiāo)量預(yù)計(jì)將達(dá)到130萬(wàn)輛，年內(nèi)市場(chǎng)雖然受到了新冠疫情、補(bǔ)貼退坡、和油價(jià)下跌的影響，但仍實(shí)現(xiàn)了接近8%的同比增長(zhǎng)。
與此同時(shí)，工信部預(yù)測(cè)2021年市場(chǎng)表現(xiàn)會(huì)有極大提升，增速可能超過(guò)30%，全年銷(xiāo)量達(dá)到180萬(wàn)輛。我們預(yù)測(cè)，隨著電動(dòng)車(chē)?yán)锍汤m(xù)航的不斷提升，清潔、環(huán)保且更經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)車(chē)，滲透率無(wú)疑將繼續(xù)提升。
作為新能源汽車(chē)廠商最為關(guān)注的核心組件——新能源電池——一直是市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)，然而，新能源電池的成本一直居高不下。
以蔚來(lái)汽車(chē)的ES6為例，ES6汽車(chē)在2019年采用的是84kWh電池，根據(jù)2019年蔚來(lái)汽車(chē)動(dòng)力電池主要供應(yīng)商寧德時(shí)代（300750.SZ）財(cái)報(bào)中披露的運(yùn)營(yíng)成本276億元以及總銷(xiāo)售電池系統(tǒng)40.96億瓦時(shí)，粗算得到其動(dòng)力電池成本約為631元/千瓦時(shí)，蔚來(lái)汽車(chē)的ES6單車(chē)電池成本就超過(guò)了53,000元。
新能源電池作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力/續(xù)航的決定性部件，在近幾年電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)行情持續(xù)走高的背景下，其各大電動(dòng)車(chē)品牌核心競(jìng)爭(zhēng)力的地位也被不斷鞏固。
01新能源電池：正極材料
電動(dòng)汽車(chē)所使用的動(dòng)力電池主要由正極材料、隔膜、負(fù)極材料以及有機(jī)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(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)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(dòng)車(chē)的搭載電池，如比亞迪（002594.SZ）在2010年上市的首款純電電動(dòng)車(chē)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(diǎn)。
同時(shí)，磷酸鐵鋰電池的技術(shù)在純電汽車(chē)發(fā)展的早期已經(jīng)較為成熟，由此迅速成為了各電動(dòng)車(chē)品牌電池系統(tǒng)的首選方案。
而隨著純電汽車(chē)市場(chǎng)的迅速發(fā)展，各大廠商技術(shù)的不斷提升，市場(chǎng)對(duì)于純電汽車(chē)的續(xù)航能力也愈發(fā)重視。續(xù)航能力開(kāi)始成為了衡量一個(gè)純電汽車(chē)品牌的首要指標(biāo)之一。
與此同時(shí)，國(guó)家四部委于2017年出臺(tái)的《促進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》提出了2020年前實(shí)現(xiàn)300Wh/kg的指導(dǎo)要求也推高了新能源車(chē)補(bǔ)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(shì)，三元電池開(kāi)始占據(jù)市場(chǎng)主流。
市場(chǎng)開(kāi)始追求三元電池的開(kāi)發(fā)主要有兩個(gè)原因：第一，政策補(bǔ)貼對(duì)能量密度的要求磷酸鐵鋰電池難以達(dá)到；第二，電車(chē)廠商開(kāi)始將電動(dòng)車(chē)的高續(xù)航作為賣(mài)點(diǎn)開(kāi)發(fā)新車(chē)型。
在三元電池的發(fā)展過(guò)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(shí)，鈷作為主流三元電池的成分之一，新能源汽車(chē)市場(chǎng)的全球火熱大大提升了鈷需求，精煉鈷的產(chǎn)能也無(wú)法短時(shí)間內(nèi)提升，最終導(dǎo)致了鈷價(jià)的迅速飛漲。
即使在經(jīng)歷了2018年市場(chǎng)飽和后的迅速降溫，目前99.8%純度的電解鈷仍然高達(dá)每噸270,000元。對(duì)比之下，99.5%純度電解鎳每噸只需要132,750元。
鈷價(jià)走勢(shì)圖（單位：美元/噸）（來(lái)源：TRADINGECONOMICS）
鎳價(jià)走勢(shì)圖（單位：美元/噸）（來(lái)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(chǎng)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(guò)程中鎳比例的提升所帶來(lái)的負(fù)面影響也逐漸暴露出來(lái)。
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(shí)，能量密度有了15%的顯著提升，但同時(shí)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(shí)，熱穩(wěn)定性和容量保持性能繼續(xù)下滑。這主要是來(lái)源于高鎳環(huán)境下高倍率充放電時(shí)“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(shí)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(wèn)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(kāi)發(fā)受阻，低鈷/無(wú)鈷電池的全面量產(chǎn)也一拖再拖，三元電池最大的成本問(wèn)題難以解決。更另新能源汽車(chē)感到壓力的是，新能源市場(chǎng)補(bǔ)貼開(kāi)始退坡，這種壓力同時(shí)傳導(dǎo)至了對(duì)成本的控制上。
隨著2018年年底政策取消了300Wh/Kg的補(bǔ)貼指導(dǎo)方向，原本因?yàn)槟芰棵芏绕款i而受冷落的磷酸鐵鋰電池重新受到了市場(chǎng)的重視。
截至2020年11月工信部公示的新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用推薦車(chē)型目錄（2020年12批)文件所示，上榜純電轎車(chē)車(chē)型數(shù)量為24輛，其中實(shí)裝三元電池的轎車(chē)14輛，占比58%；實(shí)裝磷酸鐵鋰電池的轎車(chē)9輛，占比37.5%；其他種類(lèi)電池轎車(chē)1輛，占比4%。
而如果對(duì)比2018年的同期數(shù)據(jù)，2018年第12批車(chē)型目錄上所公示的45個(gè)純電轎車(chē)車(chē)型之中，當(dāng)時(shí)搭載三元電池的汽車(chē)占比73%，相比之下，磷酸鐵鋰汽車(chē)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(chē)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)行業(yè)龍頭制造商宇通客車(chē)2019年全年6米長(zhǎng)以上新能源客車(chē)銷(xiāo)量為4007輛，市場(chǎng)占有率達(dá)24.75%。
而根據(jù)工信部公開(kāi)資料披露，2020年11月宇通客車(chē)（600066.SH）最新申報(bào)新產(chǎn)品中共有純電動(dòng)客車(chē)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?？蛙?chē)市場(chǎng)出于對(duì)安全性與成本問(wèn)題的考慮，一邊倒地傾向了更具穩(wěn)定性與性?xún)r(jià)比磷酸鐵鋰電池。
能量密度的短板也因?yàn)榭蛙?chē)空間的充裕而被一定程度地抵消了，宇通最新上報(bào)的純電動(dòng)磷酸鐵鋰客車(chē)平均續(xù)航達(dá)到了462公里。
相比較占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的客車(chē)市場(chǎng)，磷酸鐵鋰在乘用車(chē)領(lǐng)域的市場(chǎng)份額雖然開(kāi)始出現(xiàn)明顯提升，但是它與三元電池的主要劣勢(shì)仍沒(méi)有得到解決，在2020年這同一文件中，9個(gè)選擇了磷酸鐵鋰作為電池的車(chē)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(shí),14個(gè)三元電池車(chē)型的平均續(xù)航能力則達(dá)到了445公里，平均能量密度為163WH/Kg。
各大新舊造車(chē)勢(shì)力并沒(méi)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(qiáng)調(diào)性?xún)r(jià)比的車(chē)型上，將三元電池裝配在強(qiáng)調(diào)性能的車(chē)型上，讓消費(fèi)者自己選擇不同的電池車(chē)型。
以特斯拉為例，特斯拉中國(guó)在今年新推出了Model3的長(zhǎng)續(xù)航版，通過(guò)進(jìn)一步降低鈷占比以及能量密度，續(xù)航達(dá)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(dá)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(wèn)題，但其性?xún)r(jià)比仍是特斯拉目前產(chǎn)品線中數(shù)一數(shù)二的。
隨著市場(chǎng)開(kāi)始重新重視磷酸鐵鋰電池，電池制造商方面也開(kāi)始重新規(guī)劃。寧德時(shí)代作為國(guó)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(jì)數(shù)據(jù)披露，寧德時(shí)代今年6月所有電池裝機(jī)里，磷酸鐵鋰電池占比達(dá)到了44.76%，相較5月份增長(zhǎng)近14%。寧德時(shí)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(shí)，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(shí)代提供的。
二、刀片電池，一枝獨(dú)秀
與此同時(shí)，國(guó)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(kāi)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(chē)”的姿態(tài)將傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池包進(jìn)行了重塑，通過(guò)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(méi)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(shí)，很大程度上解決了低能量密度導(dǎo)致的續(xù)航問(wèn)題。
2020年7月，首個(gè)搭載了刀片電池的純電車(chē)比亞迪“漢”正式上市，截至2020年11月底，累計(jì)銷(xiāo)量已達(dá)28467輛，11月單月銷(xiāo)量便已破萬(wàn)，頗有成為爆款的趨勢(shì)。
截至2020年12月25日，比亞迪收盤(pán)價(jià)為185.21元每股，充分反映了市場(chǎng)對(duì)于一定程度上解決磷酸鐵鋰電池能量密度瓶頸的同時(shí)、繼續(xù)發(fā)揮了低成本高穩(wěn)定性?xún)?yōu)勢(shì)的刀片電池的認(rèn)可。
結(jié)合2020年12月21日比亞迪接待機(jī)構(gòu)投資者調(diào)研活動(dòng)時(shí)透露“刀片電池或?qū)ⅹ?dú)立對(duì)外銷(xiāo)售的信息”，相信比亞迪能借此再次挑戰(zhàn)寧德時(shí)代的行業(yè)地位。
新技術(shù)：選顛覆的還是選改進(jìn)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(dòng)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(jìn)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(gè)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(chǎng)普遍預(yù)計(jì)會(huì)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(shí)，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(duì)于固態(tài)電池能量密度的預(yù)估潛力值已經(jīng)高達(dá)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(guó)固態(tài)電池研發(fā)企業(yè)QuantumScapeCorp自2020年11月上市以來(lái)，截至2020年12月25日，已上漲388%，幅度驚人。A股市場(chǎng)目前共有12只固態(tài)電池概念股，近期市場(chǎng)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間的客觀事實(shí)也應(yīng)當(dāng)注意。豐田公司作為整車(chē)廠，雖然計(jì)劃明年展出首款固態(tài)電池原型電車(chē)，但是實(shí)際量產(chǎn)預(yù)計(jì)最早將會(huì)在2025年展開(kāi)。
豐田公司目前的能量密度計(jì)劃是2025年實(shí)現(xiàn)400Wh/Kg，2030年實(shí)現(xiàn)500Wh/Kg，距離市場(chǎng)主流宣傳的900Wh/Kg能量密度潛力相去甚遠(yuǎn)。更可以預(yù)見(jiàn)的是，固態(tài)電池早期投入市場(chǎng)的高成本將無(wú)法回避，由于技術(shù)開(kāi)發(fā)難度相對(duì)相對(duì)較大，核心能力將更集中于市場(chǎng)頭部企業(yè)。
除固態(tài)電池外，四元電池的開(kāi)發(fā)情況也備受矚目。四元電池作為三元電池的升級(jí)改良產(chǎn)品，實(shí)質(zhì)是用鋁元素部分取代鈷元素，在降低鈷成本同時(shí)并不會(huì)像三元電池因?yàn)殁挶戎叵陆刀シ€(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(guò)90%，鈷含量下降到5%以下，單次續(xù)航能力超過(guò)600公里。
雖然四元電池作為一種承接三元電池的升級(jí)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(yuǎn)水解不了近渴”，四元電池的市場(chǎng)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(lèi)升級(jí)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(bǔ)固態(tài)電池空檔期的升級(jí)產(chǎn)品，四元電池也具備著快速占據(jù)市場(chǎng)的潛力，并能憑借完善技術(shù)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)與固態(tài)電池相抗衡。
除了LG新能源外，中國(guó)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(shí)，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(yǔ)
新能源汽車(chē)電池在經(jīng)過(guò)了多年發(fā)展后，再次來(lái)到了一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。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(chē)新舊勢(shì)力的產(chǎn)品側(cè)重點(diǎn)已開(kāi)始分化——選性?xún)r(jià)比還是性能，取決于消費(fèi)者。
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