新能源汽车动力电池产业发展特点与趋势分析

2022-01-07左培文朱培培邵丽青

汽车文摘 2022年1期

左培文朱培培邵丽青

（中汽信息科技有限公司，天津300000）

主题词：新能源汽车动力电池发展趋势

1 前言

双碳目标下，新能源汽车的发展进一步加速，成为汽车产业新的增长点。新能源汽车改变了传统汽车的供应体系，其核心技术包括3种：电机、电池和电控系统，而电池性能和成本直接决定新能源车的使用经济性。作为新能源汽车核心部件之一的动力电池，随新能源汽车行业的崛起迅速发展起来。近年来，在政策、市场等的多项驱动下，新能源汽车动力电池产业发展提速，特别是2020年疫情过后，动力电池产业呈现出诸多全新特点。

2 宏观政策

近年以来，国家多方面出台政策支持新能源汽车发展，重点涉及动力电池、燃料电池等技术，主要分为3大部分：

（1）重点规范锂离子电池行业，转型升级是关键；

（2）安全保障，突出技术细节重要性；

（3）进一步加强退役动力电池管理。

重点规范锂离子电池行业，转型升级是关键。2019年1月16日，对《锂离子电池行业规范条件》和《锂离子电池行业规范公告管理暂行办法》（简称《暂行办法》）进行了修订，形成《锂离子电池行业规范条件（2018年本）》和《锂离子电池行业规范公告管理暂行办法（2018年本）》。《暂行办法》重点指向：

（1）技术优先：生产的产品拥有技术专利；

（2）支持研发：研发经费不低于当年企业主营业务收入的3%，鼓励企业取得高新技术企业资质或省级以上研发机构、技术中心；

（3）规范上游：对锂离子电池制造企业、正负极材料、隔膜、电解液生产企业等提出了明确产品质量检测能力的要求；

（4）鼓励智能制造、绿色制造：鼓励企业加强顶层设计，促进自动化装备升级，推动自动化水平提高；鼓励企业将自动化、信息化及智能化等贯穿于设计、生产、管理和服务的各个环节；鼓励企业打造绿色供应链。

安全保障，突出技术细节重要性。新能源汽车安全问题频发，近来关于新能源汽车的事故依然多发，相关政策和标准的监管力度正在持续加强，表1为近年来相关安全监管政策和标准的汇总。

表1 新能源汽车安全监管相关政策/标准汇总

进一步加强退役动力电池管理。新能源汽车市场快速扩大，动力电池出货量逐年攀升，即将进入退役电池的市场爆发期：据中国汽车技术研究中心的预测，到2025年全国累计报废动力电池将超过75×10t，市场规模超过百亿元。动力电池回收利用管理政策日趋完善，从2018年开始政策发布密集程度、规范内容深入程度均有所提升，政策体系已初步建立（表2）。未来还需要加快落实财税优惠政策，修订《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》，加快梯次利用要求、电池拆卸、包装运输、材料回收等国标发布进程及放电规范、产品标识和单体拆解规范的制定工作。

表2 国家出台的动力电池回收利用管理政策一览

3 市场表现

3.1 动力电池装机量持续提升

2021年上半年，汽车累计销售1 289.1万辆，同比增长25.6%，其中新能源汽车累计销售120.6万辆，同比大增201.5%。新能源汽车市场渗透率稳步提升，特别是2021年6月，新能源汽车渗透率高达12.7%（图1）。

图1 2021年上半年汽车及新能源汽车销售情况

新能源汽车的快速发展带动动力电池需求量的同步增长。2021年1—6月，我国动力电池装车量累计52.5 GW·h，同比累计上升200.3%（图2）。其中三元电池装车量累计30.2 GW·h，占总装车量57.5%，同比累计增长139.0%；磷酸铁锂电池装车量累计22.2 GW·h，占总装车量42.3%，同比累计增长368.5%。

图2 2020—2021年月度动力电池装车量

3.2 三元锂与磷酸铁锂电池将长期共存并适合不同的应用场景

随着电池、储能技术的发展，电池的种类也越来越多，由各种不同材料制作的电池凭借各自的优势，不断延伸自己的市场触角。其中，磷酸铁锂电池因其长寿命、高安全性、高温性能好、大容量、环保的优点受到广泛关注，近年来发展迅速，特别是2021年上半年磷酸铁锂市占率不断攀升，6月磷酸铁锂装车量占比高达45.95%(图3)。但是在乘用车方面仍以三元锂离子电池为主，只有主打性价比的车辆（如五菱Mini EV、标准续航升级版的Model 3等）以及刀片电池的比亚迪系列车型搭载磷酸铁锂电池。未来磷酸铁锂电池在储能、低端乘用车、商用车领域将继续有较大发展空间。而能量密度更好的三元锂离子电池（尤其是高镍电池）将在中高端车型上继续占据较大市场份额。

图3 2021年1—6月磷酸铁锂电池装车量及市占率变化情况

4 上游产业链

4.1 上游锂、钴、镍为代表的资源将成为稀缺资源

动力电池企业正在承受上游企业的双重挤压。资源（锂、钴、镍）、原材料（正极材料、负极材料、电解液）近期都存在着涨价的态势，可能除了隔膜价格增长不大以外，其它均有非常明显的增幅。锂、钴、镍为代表的资源将成为稀缺资源，企业实施纵向一体化成为趋势

2021年以来，锂价便开始持续上涨，正极材料中的碳酸锂价格相比去年同期几乎翻了一倍，电池级碳酸锂在1年的时间里由3.8万元/t已经增长到9万元/t。三元前驱体、磷酸铁锂、氢氧化锂原材料价格涨幅接近50%。另外，电解液中的六氟磷酸锂成为今年动力电池成本增长的“罪魁祸首”，去年9月价格只有7万元/t，而今年7月价格已经涨到了39万元/t，增长了4倍。从4月份开始，龙头企业多氟多、九九九科技、天际股份等企业均大幅上调了六氟磷酸锂的售价，预计2021年的全年均价将超过20万元/t。六氟磷酸锂在电解液中的成本占比约为40%，成本的攀升，对于生产制造端的成本压力较大。

比较昂贵的钴的价格对动力电池成本有较大影响，前几年增长较多的钴2021年仅有小幅增长，增幅比锂要弱很多。2021年1月，电解钴、硫酸钴价格攀升，上涨幅度大大增加。经过了春节的钴市暴涨又回落，4—5月钴市趋于平稳，电解钴略有起伏。6月初开始，钴价增长趋势明显。

虽然今年钴价增长不多，但是钴仍是贵金属材料，动力电池企业都在不断降低钴在正极电池配方中的比例，比如提升无钴的磷酸铁锂电池技术性能，刀片电池、CTP均属于此类；再比如三元锂离子由NCM531到NCM622再到NCM811，811的三元高镍电池将是未来中高端新能源汽车车型搭载的首选。从上海车展发布的动辄续驶里程600 km以上新车型也能看出，高镍三元锂离子电池短期内仍是重要技术路线，这可能导致成本增加的压力由原来的钴转向镍，镍的价格已经出现了涨价的苗头。

4.2 企业实施纵向一体化成为趋势

锂电原材料价格不断攀升，表面上是动力电池的需求增加了，像六氟磷酸锂这些生产进入壁垒较高的材料又不能快速扩大产能，因此导致供不应求的局面。但是其本质原因在于原始资源矿的缺乏，尤其是国内可控资源较少。中国70%的锂资源需要进口，锂矿资源的开采主要被美国雅宝、美国FMC、智利SQM和澳大利亚泰利森四家公司掌握，海外疫情形势不断加剧，这些锂矿的生产计划明显放缓。

想要彻底改变锂原材料短缺、价格上涨的局面，还需要加快开发中国自己的锂矿资源。目前产业链相关企业也在探索掌控上游锂矿资源。特斯拉和智利最大的锂矿生产商进行谈判，未来可能在当地建立一座工厂，同时取得了在内华达州的锂矿开采权；长城汽车间接全资子公司亿新发展收购获得Pilgangoora锂矿项目部分产品的包销权；宁德时代已经认购了北美锂业和澳大利亚锂矿企业的股权；赣锋锂业全资控股位于墨西哥的Sonora锂黏土项目。一些电池企业也以投资入股方式加快对于上游材料的布局，纵向一体化趋势越来越明显。

5 企业竞争格局

5.1 动力电池企业竞争已经白热化

从市占率角度分析，宁德时代的龙头地位相对稳固，市占率基本维持在50%左右，但是其它电池企业都在积极抢占市场份额（图4）。通过数据分析发现，2021年上半年宁德时代份额稳中有降，其它企业市场份额起伏变化较大，企业之间的竞争日趋激烈。

图4 主要电池企业上半年市场份额变化情况（由内到外依次为1—6月）

近期，宁德时代就专利侵权问题起诉了中航锂电，这从表面看是专利侵权的司法官司问题，但其本质是争夺客户资源的问题。第二梯队已经出现了几个风头较旺的企业：中航锂电成为广汽埃安的主供应商，并且获得了广汽的资本注入且正在着手准备IPO；蜂巢能源刚刚完成了100亿元人民币的B轮融资。使得市占率居高不下的宁德时代开始关注第二梯队企业，这也表明动力电池企业之间的竞争已经白热化。

5.2 安全性依然是动力电池领域布局重点

电池安全问题一直备受关注，2020年国内就有多企业布局“永不起火”的电池，如比亚迪刀片电池、宁德时代811、孚能科技“永不起火”电池、欣旺达“只冒烟、不起火”动力电池解决方案、蜂巢能源果冻电池等，2021年上半年广汽、东风等企业同样加速布局。

广汽埃安“弹匣电池”：弹匣电池技术是一个从电芯本征安全提升、整包被动安全强化、再到主动安全防控的一整套安全技术。搭载“弹匣电池”技术的三元锂电池系统，针刺后只有被刺电芯模块热失控而不会蔓延至其它电芯模块，从而实现三元锂电池系统针刺不起火的高安全水平。

东风岚图“琥珀电池”：电芯三维隔热墙设计、电池安全监测和预警模型、电池PACK设计，在电池包热失控触发并发出热事件报警信号后，做到了“三不”现象（不起火、不冒烟、不爆炸）。“琥珀电池”已经进入了量产阶段，并且将于今年第3季度上市交付。

5.3 新型动力电池技术路线多有布局，但短期内很难取代锂离子电池

除了锂离子以外，目前还有其它技术路线可以在未来用于应对锂资源稀缺以及锂材料价格高昂，但是这些技术路线短期内不可能快速替代锂离子电池。

5.3.1 全气候电池

为了解决电动汽车冬季续驶里程的问题，全气候电池进入大众视野。全气候电池采用电池自加热技术，能快速提升电池温度。基于自加热技术的电池系统可在30 s内使电池温度从-20℃上升到0℃以上。而传统的外部加热技术可能需要长达30 min，并且能耗高、效率低。然而，当前全气候电池仍处于试验阶段，对于未来是否能在乘用车领域大规模普及仍未可知。

5.3.2 钠离子电池

钠元素储量丰富，察尔汗盐湖是我国最大的盐湖。钠电池与锂电池在原理、结构上几乎完全一致，其正极材料为铁锰铜/镍三元体系以及磷酸体系，负极材料则是采用硬炭，电解液溶质用六氟磷酸钠来替代六氟磷酸锂，钠离子电池路线总体而言是一种有效补充，其主要优点是资源极其丰富，而缺点是能量密度比三元锂离子差。7月29日，宁德时代发布第一代钠离子电池，宁德时代表示，下一代钠离子电池电芯能量密度将突破200 W·h/kg，预计2023年基本形成产业链。虽然宁德时代的发布会让汽车行业看到了钠离子电池的希望，但是目前来看钠离子电池的产业链建设可能比宁德时代预判的要更晚一些，且优势场景仍以储能市场和两轮车市场为主。尤其是国家发展改革委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中提出，坚持储能技术多元化，推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用。这也暗示着，未来钠离子电池将被主要应用于储能领域。

5.3.3 固态电池

具有高安全性能、高能量密度优势，然而其发展同样面临挑战：成本竞争力不强、电解质材料密度影响能量密度，预计2025年才有可能实现小规模量产，其产业化进程仍需进一步研讨。

5.3.4 氢燃料电池

虽然氢燃料电池装机情况比钠离子和固态电池要好一些，但是受加氢站建设、氢能储运的影响，氢燃料电池汽车的商业化前景仍不明朗，氢燃料电池短期内仍很难有较大突破。

5.3.5 金属空气电池

以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。负极为金属，主要以电极电位较负的金属如镁、铝、锌、汞、铁等作负极材料；电解液有固定使用与循环使用两种方式，主要优势是可以将高能量密度的金属负极与具备开放结构的活性空气正极材料相结合，节约成本，提高比能量密度。产业化的难点在于结构设计，催化剂筛选和电解液筛选，同时在面对实际应用中依然有较多问题，如对铝金属空气电池来说，由于功率密度低对驱动大型装置使用受限，铁-空气电池太过笨重，在很多情况下并不合适等。