中国锂电行业发展：德勤观察2.0“电池风云”

2021年下半年以来，锂电池市场强势增长，电池级锂材料价格持续走高，远超市场预期 核心观点 在全球碳中和大趋势和新能源汽车渗透率快速增长的背景下，全球锂电行业保持高度景气，其中动力锂电池是拉动行业增长的主要因素。随着行业成熟度不断提升，动力锂电池的技术革新已由政策驱动过渡为市场驱动，供应端企业积极布局各项技术推动锂电池中期到远期的发展。 材料迭代：正负极材料是决定动力电池能量密度的核心因素，正极材料的突破最有可能带来动力电池能量密度颠覆性的提升。中短期内正极材料仍将维持磷酸铁锂和三元材料并行的格局，并在当前化学体系基础上进行技术迭代；高镍三元在半固态向全固态发展的过程中仍有适配价值，前景广阔。 结构革新：在已实现成熟应用的锂电池材料体系下，在电芯、模组、封装方式等方面进行结构上的改进和精简，以提升电池的系统性能，如比亚迪刀片电池、宁德时代CTP技术等，结构革新是除材料迭代以外另一条重要的技术发展路径。 固态趋势明确：固态电池相较于传统液态电池在能量密度和安全性方面的优势明显，产业链上的锂电企业及整车企业都积极增加研发投入以布局固态电池技术，目前行业进度处于半固态向全固态发展的阶段。 全固态难度大：虽然行业内对向固态发展的趋势普遍持有共识，但全固态电池界面阻抗等关键技术难题攻克挑战大，实现规模上车仍较遥远；从现实角度综合考虑技术困难和成本问题，将电解液含量降到极低的固液混合电池可能是更符合商业实际的解决方案。 钠锂互补格局：钠离子电池在资源丰富度和成本上具备显著优势，但因其化学体系在能量密度上的局限，在乘用车动力电池领域目前难以撼动锂电池的地位，可在低能量密度要求或中低端场景替代锂电池，预计未来率先在储能、低速车等场景实现规模化商业应用。 锂电池主要由正负极材料和电解液等构成，企业在各结构环节都积极寻求技术创新与突破 动力电池技术路线图 动力电池的技术发展主要可以分为高能量和性价比两条路线，化学体系的迭代是动力电池行业发展的核心 正极材料升级方向——三元电池高镍去钴 具备能量密度优势的三元电池高镍去钴是锂电企业和整车企业共同努力的方向，但无钴电池突破概念炒作实现性能的实质提升仍有待观察 蜂巢能源“无钴”电池 2021年8月，蜂巢能源研发的无钴电池率先实现量产装吸引了业界广泛关注，同时其技术路线也引发了争议。 正极材料 能量密度 为了降低成本和提升能量密度，全球电池供应商和车企在电池产品研发中都在尽力降钴和突破钴在三元材料中的最低含量界限。 目前市面上宣传的无钴电池多为直接采用不含钴的正极材料或将三元中的钴替换为其他起稳定作用的元素，但性能都比不上钴。 目前NCM811是已实现量产的钴含量最低的镍钴锰三元电池。 三元电池真正去钴后的安全性、电解液匹配等技术难题仍有待突破。 正极材料升级方向——磷酸锰铁锂 磷酸锰铁锂并非完全是新技术，随着磷酸铁锂因其安全性和经济性日益受重视，被视为升级版磷酸铁锂的磷酸锰铁锂重新受到热议，企业产业化布局脚步也有所加速，未来短期内预计将以复合使用为主 磷酸锰铁锂的性能优势及发展方向 企业积极布局，2022下半年四轮有望放量 与目前主流的正极材料相比，磷酸锰铁锂的理论能量密度较磷酸铁锂更高，同时安全性和成本相较三元材料有优势。 拥有2000吨磷酸锰铁锂生产线。2021年9月至2022年3月，计划新增建设年产3000吨磷酸锰铁锂设备； 力泰锂能 两轮车到2021年底对磷酸锰铁锂电池的采购量已经很大，四轮车预计2022年下半年大规模上量。 集团旗下天能锂电2021年推出衡科技系列电池产品，采用其自主研发的磷酸锰铁锂体系电芯材料。 天能股份 2021年公司公告称拟在曲靖经济技术开发区建设“年产10万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目”。 磷酸锰铁锂能量密度比磷酸铁锂提高15%-20%，而价格只高5%-6%，在性价比上有替代磷酸铁锂的机会。 德方纳米 替代磷酸铁锂 新型磷酸锰铁锂已开始送样，预计1-2年后可实现产业化。 磷酸锰铁锂包覆三元材料配合使用，兼具低成本、高安全性及高能量密度的优势，可以成为下游整车成本控制的解决方案之一。 2017年申请磷酸锰铁锂和石墨烯复合正极材料及其制备方法的专利，拥有磷酸锰铁锂技术储备。 宁德时代 正极新材料——富锂锰基 富锂锰基正极材料的特性具备一定颠覆性，被视为下一代电池的突破口，但其产业化道路仍受掣肘 富锂锰基产业化应用仍处于较初期阶段 目前，富锂锰基正极材料的产业化应用主要受其待解决材料劣势制约： 首次库伦效率低，富锂锰基正极材料在首次放电过程中造成较高不可逆的容量损失，影响电池的容量和循环性能。 能量衰减严重，富锂锰基正极材料循环过程中晶粒表面化学反应和内部扩散的共同作用导致电压严重衰减，影响电池寿命。 宁波富理公司率先开展富锂锰基正极材料产业化，北京当升、江特电机、容百科技、桑顿新能源等也有研发布局。 产业化现状 宁波富理电池材料科技有限公司是中科院宁波材料所动力锂电池工程实验室技术团队在2016成立的初创公司。 富锂锰基正极材料可以认为是由LiMnO与LiMO(M=镍钴锰)两种组分构成的层状氧化物。 即使与高镍三元材料相比，富锂锰基因其高电压和高放电比容量的先天优势，已显现出了将现阶段锂电池能量密度“天花板”提升到400Wh/kg的曙光。 重点开发用于长续航动力锂电池的新一代正负极材料：富锂锰基正极材料和硅碳复合负极材料。 目前已建成富锂锰基正极材料中试生产线，是全球唯一能批量供应高容量富锂锰基正极材料的企业。 2021年由中国汽车工业协会牵头发布的项目成果中发现富锂锰基电池对比三元锂电池的成本可降低30%，展现其利用前景。 负极材料升级方向——硅基负极材料 人造石墨和天然石墨是当下最广泛应用的锂电池负极材料，为突破能量密度极限，具备更高理论容量的硅基负极材料成为主要研发方向之一 人造石墨在循环性能、安全性能、充放电倍率等性能表现上均优于天然石墨，且成本与克容量均与天然石墨接近，使其成为目前锂电负极材料的主流选择。 目前市场上的高端石墨材料已经可以达到360～365mAh/g的容量，相应地锂电池能量密度的提升也相当有限，而理论容量更高的硅基负极材料被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。 天然石墨主要供应松下、SDI等海外企业，国内企业逐步转向人造石墨。 硅基负极材料的技术路线及产业化进程 硅基负极材料研发和应用皆存在技术壁垒，国内尚未实现大规模量产，部分先行企业已有批量化应用 硅基负极材料技术路线 国内主要玩家及产业化进程 硅基负极材料虽在容量上与石墨材料相比具备绝对优势，但因硅材料本身膨胀大，导电性能差等特点，要实现大规模应用还有技术问题待解决，在技术路线选择上，主要分为两种： 于2013年实现硅基负极材料的产业化并批量销售，是国内最早量产硅基负极材料的企业之一。 贝特瑞 2022年，公司公告拟在深圳市光明区投资建设年产4万吨硅基负极材料项目。 氧化亚硅负极材料 硅碳复合负极材料 硅碳负极材料已建成一条中试产线，开始逐步放量，但目前出货占比不高。 杉杉股份 日韩企业在这一路线上起步较早，处于领先地位，已经推出了多种较为成熟的 SiOx 产品。 国外部分企业已经实现了硅碳负极材料的量产。日立化成是全球最大的硅碳负极供应商，特斯拉使用的硅碳就由其供应。 高容量硅合金负极材料已产业化并已对宁德时代供货。 国内厂家近年来也开始尝试将SiOx 负极材料推向市场，但是相比于日韩厂家仍然有一定的差距。 2016年投建5000吨硅基负极材料项目。 而大部分国内企业硅碳负极的产业化应用都在推进中，动作相对较慢。 2021年1月，210Wh/kg软包磷酸铁锂电芯正式发布，并宣布首次在磷酸铁锂化学体系中成功应用硅负极材料。 国轩高科 与中科院物理所合作建立中试车间，第二代硅基产品已具备产业化的基本条件；在溧阳还建立了氧化亚硅中试线。 硅基负极材料的生产集中度很高，国内大多企业处于研发及小试阶段。 璞泰来/紫宸科技 璞泰来全资子公司紫宸科技研发的硅碳负极材料系列可用于3C数码电池、储能电池、动力电池等。 材料性能的技术突破、材料成本有待降低以及整体生产工艺未够成熟是目前硅基负极材料产业化的制约因素。 结构改进——比亚迪刀片电池（1/2） 比亚迪刀片电池在现有材料体系上通过结构改进有效切中并解决电池起火、续航里程不足和低温性能不佳等动力电池行业的发展痛点 安全性 比亚迪研发的刀片电池属于新一代的磷酸铁锂电池，通过改变电芯现状设计和利用电池包内部的空间排布，在相同体积下有效提升电池包能量密度。 结构改进——比亚迪刀片电池（2/2） 比亚迪通过收购、新建、旧产线改造等方法积极提升刀片电池产能；除了自产自销以外，刀片电池也开启外供，产品性能得到行业认可 刀片电池商业化应用 除全系列新款纯电动车型外，DM-i混动车型也搭载刀片电池。 2021年比亚迪以超过 59万 的销量成 为中国新能源乘用车年度销量冠军。 自销 几乎每一个你能想到的汽车品牌，都在与弗迪电池洽谈合作。刀片电池将陆续搭载在国内外各主流品牌的新能源车型上。 结构精简——宁德时代从CTP到CTC 比电池更大的野心：为车企降本增效的同时提高了自身在车型开发过程中参与度，要实现CTC的构想未来或将把电池系统和电驱系统有机结合 继2019年提出CTP概念后，2020年宁德时代公布了关于电池结构的开发路线图，除了第二代、第三代CTP电池系统以外，还提出了从电芯直接跨越到底盘的集成化CTC电池系统。 动力电池封装路线市场份额 方形、圆柱和软包是动力电池的三个主要封装路线，2017年以前各路线份额国内外趋势较为一致，但近年来随着不同路线代表企业的崛起和实现放量，国内外呈现出不同的发展趋势 而海外市场近三年的趋势则与国内截然不同，圆柱电池在特斯拉和松下的带动下，份额在2018年快速提升；2020年，随着软包大本营欧洲新能源车型的快速渗透和LG化学放量，软包电池的份额翻番；而方形电池的份额则不断受到挤压。 三种封装路线对比及未来展望 三种封装路线的未来发展主要受到龙头企业和技术创新的影响，固态电池的发展趋势或将搅动封装路线的格局，拉动软包封装路线的份额提升 案例分析——特斯拉4680大圆柱电池 特斯拉4680电池计划掀起大圆柱电池研发热潮，带动上游电池厂商产能布局，国内厂商也加快步伐，有望加入特斯拉4680电池订单争夺 特斯拉圆柱电池发展历程 特斯拉4680大圆柱电池应用规划及对电池厂商的影响 圆柱电池的应用主要由特斯拉带动，电池厂商加快大圆柱研发，储备相关技术 固态锂电池发展展望 液态锂电池难以实现中长期动力电池能量密度发展要求，固态锂电池优势显著，但仍有极大的技术难题待突破 固态锂电池优势明显 能量密度高：与传统液态锂电池相比，得益于更高的电化学窗口，可以匹配高能正极材料和金属锂负极，固态电池的理论能量密度更高。 安全性能高：液态电池的安全隐患主要归因于液态电解质，固态电池以固态电解质替换，热稳定性更强，大大降低了自燃、爆炸的风险。 电池重量低：固态电池不需要电解液和隔膜，可简化封装、冷却系统等，整体电池包的重量和体积得以缩减，提升续航能力。 全固态电池商业应用的技术瓶颈仍面临较大挑战界面问题影响电池性能：固与固的界面阻抗大，影响电池功率，同时界面接触差在循环过程中界面将不断被破坏，影响电池寿命。 固态电解质影响快充性能：固态电解质中锂离子的迁移率较低，尤其是聚合物和氧化物固态电解质，电池的快充性能将有所受限。 固态电池发展对锂需求的影响 动力电池需求的大幅上升将成为全球锂行业上游需求的主要增长动力，固态电池的发展将丰富负极材料端的锂应用场景，预锂化和金属锂负极等应用将对锂需求有显著拉动作用 中期内全球锂需求将维持快速增长，主要由锂在电动汽车领域的应用拉动，电动汽车的普及率增加及随