如果你不關注新能源，你還是合格的投資者嗎。

幾個月來，新能源汽車概念屢屢席卷資本市場，不僅吸引了消費者的眼球，也讓資本躍躍欲試甚至特斯拉等一批造車新勢力也成為市場焦點，吸引各行業(yè)巨頭跨界

你以為新能源的加速器已經踩到底了不，它還沒滿

伴隨著二氧化碳排放峰值，碳中和的提出，新能源汽車不僅是一種新的交通概念，也是國家頂層設計的一部分。

根據(jù)2020年11月2日國務院辦公廳發(fā)布的新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，預計到2025年，中國新能源汽車銷量將達到總銷量的20%左右，而目前的數(shù)字約為4% ~ 5%—這意味著市場至少有3倍的增長空間。

所謂新能源汽車，其實包括混合動力汽車，燃料電池汽車等技術路線但在目前的語境下，提到這個詞，一般只是指純電動車路線，也就是我們熟悉的特斯拉，以及一批造車新勢力

純電動汽車的核心部件是:鋰電池。

純電動汽車大家都知道，鋰電池卻很少有人知道。

鋰電池是一個復雜的產品，上下游鏈條長，專業(yè)性強不可能在一篇文章中解釋所有的細節(jié)本文將圍繞幾個關鍵環(huán)節(jié)展開，旨在為讀者勾勒出鋰電池的基本技術圖譜，讓大家了解其核心原材料，關鍵技術和未來趨勢

電動汽車驅動的10億美元市場

鋰電池作為一種可充電電池，其工作原理是鋰離子在正負極之間定向移動，實現(xiàn)充放電功能它廣泛應用于電動汽車，消費電子和儲能領域其中，電動汽車用鋰電池，俗稱動力電池，是目前增長較快的應用領域，也是未來最樂觀的預期

根據(jù)沙利文的統(tǒng)計，中國鋰電池市場規(guī)模從2014年的645.3億元增長到2018年的1494.7億元，年復合增長率為23.4%如果以此為參考，動力鋰電池行業(yè)產值約為698億元

伴隨著電子產品的迭代，新能源汽車的強勁發(fā)展以及政府對節(jié)能環(huán)保要求的提高，鋰電池的市場規(guī)模有望進一步擴大預計2023年市場規(guī)模將達到3294.8億元，相應的動力電池將達到1600億元以上

產業(yè)鏈方面，鋰，石墨，稀有金屬礦等原材料處于鋰電池上游，中游是正負極，電解質，隔膜等關鍵材料的供應商，而中游是電池廠商，他們把上游原料做成不同規(guī)格的產品，作為下游產品應用終端，根據(jù)應用領域大致可以分為動力電池，消費電子，儲能三大類

鋰電池是如何發(fā)電的。

鋰電池工作時，鋰離子參與氧化還原反應，將化學能轉化為電能鋰電池產品的評價指標包括能量密度，循環(huán)壽命，倍率性能，安全性能和適用溫度

從鋰電池的成本構成來看，正極，負極，電解液，隔膜是四大關鍵原材料，占比遠超線束，連接器，導電劑等其他材料，這與鋰電池的基本工作原理是一致的。

目前，正極材料是鋰電池的核心材料，是決定電池性能的關鍵因素對產品的最終能量密度，電壓，使用壽命和安全性有直接影響，也是鋰電池最昂貴的部分所以鋰電池往往以正極材料命名，比如三元電池，就是以三元材料為正極的鋰電池

鋰電池的能量密度是指電池平均單位體積或質量所能釋放的電能能量密度越高，電池續(xù)航里程越高該指標是鋰電池能否享受政府補貼的重要依據(jù)之一

不同的陰極材料有明顯的差異，應用領域也不同常見的正極材料有鈷酸鋰，錳酸鋰，磷酸亞鐵鋰和三元材料

鈷酸鋰是最早商業(yè)化的正極材料，能量密度高于鎳氫，鉛酸等充電電池它最先顯示出鋰電池的發(fā)展?jié)摿Γ珒r格非常昂貴，循環(huán)壽命短，只適合3C電子產品錳酸鋰雖然成本低，但是能量密度不好早期慢電動汽車中使用，如電瓶車，現(xiàn)在主要用于電動工具和儲能領域，動力電池中很少見到

電池的標準循環(huán)壽命是指在特定的充放電過程下，電池在容量衰減到規(guī)定值之前所能承受的充放電循環(huán)次數(shù)根據(jù)GB/T 31484—2015《電動汽車用動力電池循環(huán)壽命要求和試驗方法》，要求汽車用動力電池經過500次充放電后，放電容量應不低于初始容量的90%，或經過1000次充放電后不低于80%

目前主要用于電動車領域，包括三元材料和磷酸亞鐵鋰在2020年鋰電池正極材料出貨量占比中，位列第一和第二

三元材料的核心優(yōu)勢在于能量密度高同樣的體積和質量，續(xù)航時間卻遙遙領先于其他技術路線但它的缺陷也非常明顯:安全性差，在受到沖擊和高溫環(huán)境下燃點低在近期針刺，高熱過充等安全測試中，大容量動力三元電池很難關機安全性能的缺陷一直限制著三元材料技術路線的大規(guī)模組裝和集成應用

磷酸亞鐵鋰正好與三元材料相反，能量密度和續(xù)航能力一般，但安全性極佳其晶體結構為獨特的橄欖石型，空間骨架結構不易變形，因此在高溫下仍能保持穩(wěn)定三元材料在150℃~250℃左右會開始分解釋放氧氣，導致電解質燃燒與磷酸亞鐵鋰相比，分解溫度在600℃左右，安全優(yōu)勢非常明顯

基于以上優(yōu)勢，磷酸亞鐵鋰可以通過很多三元電池不能通過的安全測試，另一方面，磷酸鐵鋰電池的使用壽命也有很大優(yōu)勢，循環(huán)次數(shù)遠超其他技術路線，這正回應了電動車消費者的兩個關鍵需求:安全性和耐久性。

目前三元電池裝機量在下降，磷酸鐵鋰電池市場份額在快速提升統(tǒng)計顯示，2020年國內動力電池累計銷量達65.9GWh，其中三元鋰電池裝機38.9GWh，占比61.1%，累計下降4.1%，磷酸鐵鋰電池加載容量為24.4GWh，占比38.3%，累計增長20.6%，成為唯一銷量同比增長的動力電池類型

除了安全優(yōu)勢，磷酸亞鐵鋰銷量快速增長的另一大因素是價格低廉長期以來，三元電池原材料成本高的主要原因是對鈷的需求高鈷是一種稀有礦產，價格非常昂貴，開采不穩(wěn)定，價格波動大，供應鏈脆弱，容易影響下游產業(yè)

早些年，由于政府補貼的存在，三元電池成本高的問題并不突出，但伴隨著最近幾年來補貼的不斷下降，其成本壓力越來越重，迫使電池制造尋找替代材料的機會越來越少。

磷酸亞鐵鋰的成本優(yōu)勢在于不含鈷從下圖可以看出，即使噸價處于高位，也遠低于三元材料

同時，伴隨著充電樁數(shù)量的快速增加，也可以彌補磷酸鐵鋰電池的續(xù)航磷酸亞鐵鋰中典型的電動車續(xù)航在300~400km左右，足以滿足城市的交通需求在這種應用場景下，三元電池無法展現(xiàn)其核心優(yōu)勢

在成本和基礎設施的雙重驅動下，越來越多的車企選擇磷酸亞鐵鋰技術路線也就不足為奇了就連以三元電池起家的動力電池巨頭當代安培科技有限公司，也在迅速提升磷酸鐵鋰電池的產能，為國產特斯拉Model 3標準續(xù)航版供應磷酸鐵鋰電池

但是三元電池的發(fā)展并沒有停滯這種技術路線的長期趨勢是通過高鎳低鈷的配比來降低成本，也就是所謂的高鎳三元材料

根據(jù)鎳，鈷，錳的比例，三元材料可分為111，523，622，811四種主要類型從市場份額來看，目前5系三元材料仍然是主流2020年，三元材料市場占有率將超過50%，8系電池以高鎳趨勢爆發(fā)，市場份額從2018年的6%增長到2020年的24%，潛力巨大

高鎳三元電池一方面減少了昂貴的金屬鈷的用量，成本更可控，另一方面，電池容量大幅提升，更符合消費者需求最近幾年來，國內電動車續(xù)航里程快速提升，高鎳電池功不可沒

但相應的，鎳含量的增加意味著加工難度的快速增加，隱患的安全性進一步降低2020年，811電池大規(guī)模組裝時，自燃事故頻發(fā)，導致這一技術路線受到質疑

只有廣汽Aion S，第一款大規(guī)模使用811電池的車型，也是目前811新能源車最老的車型2020年5—8月，連續(xù)發(fā)生三起自燃事故，而這只是811電池起火的冰山一角高鎳三元材料的安全缺陷是電池廠商必須解決的問題，否則很難說服乘用車消費者購買，更不可能用在安全性要求更高的商用車上

除了Ni—Co—Mn三元材料，還有一種使用Ni—Co—Al 合金作為陰極的三元材料與NCM相比，NCA的能源密度進一步提高，但安全性能仍然沒有太大提高目前，特斯拉是鎳鈷鋁電池最重要的用戶2020年4月，它還申請了一項可以延長電池壽命的新生產技術專利

可是，盡管受到領先公司的青睞，NCA技術路線在中國非常罕見2020年國內三元材料市場出貨量僅占4%目前，松下是世界上唯一的主要制造商

負極材料

鋰電池負極材料是將活性物質，粘結劑和添加劑制成糊狀粘合劑，涂在銅箔的兩面，干燥，卷繞而成其功能是儲存和釋放能量，主要影響鋰電池的循環(huán)性能

根據(jù)所使用的活性材料，陽極材料可分為兩類:碳材料和非碳材料:

碳系材料包括石墨材料和其他碳系。

非碳材料可以細分為鈦基材料，硅基材料，錫基材料，氮化物，金屬鋰等。

不同于正極材料，鋰電池正極有很多路線，但最終產品非常單一，人造石墨是絕對的主流數(shù)據(jù)顯示，2020年，我國人造石墨出貨量約30.7萬噸，占負極材料總出貨量的84%，較2019年提升5.5個百分點

與其他材料相比，人造石墨循環(huán)性能好，安全性優(yōu)越，技術成熟，原料易得，成本低廉，是一種理想的選擇。

石墨負極的核心問題在于，石墨負極材料的能量密度理論上限為372mAh/g，而行業(yè)頭部公司的產品可以達到365mAh/g的能量密度，逼近理論極限，未來的提升空間極其有限，急需尋找下一代替代品。

在新一代陽極材料中，硅基陽極是最受歡迎的候選材料具有極高的能量密度，理論容量比可達4200mAh/g，遠超石墨材料可是，作為負極材料，硅也有嚴重的缺陷鋰離子嵌入會導致嚴重的體積膨脹，破壞電池結構，導致電池容量迅速下降目前比較流行的一種解決方案是使用硅碳復合材料，其中以硅顆粒作為活性物質提供儲鋰能力，而碳顆粒用于緩沖充放電過程中負極的體積變化，提高材料的導電性，同時避免充放電循環(huán)過程中硅顆粒的團聚

基于此，硅碳負極材料被認為是最有前景的最佳技術路線，逐漸得到產業(yè)鏈中企業(yè)的重視特斯拉的Model 3已經使用了摻雜10%硅基材料的人造石墨負極電池，能量密度成功做到了300wh/kg，大幅領先于采用傳統(tǒng)工藝路線的電池

但與石墨陽極相比，硅碳陽極的加工技術還不成熟，成本較高也是一個障礙目前硅碳陽極材料的市場價格超過15萬元/噸，是高端人造石墨陽極材料的兩倍未來量產后，電池廠商也會面臨和正極材料類似的成本控制問題

浴液

在鋰電池中，電解液主要作為離子遷移的載體，保證離子在正負極之間的傳輸對電池安全性，循環(huán)壽命，充放電率，高低溫性能，能量密度等性能指標有一定影響

電解液一般由高純有機溶劑，電解質鋰鹽和添加劑按一定比例組成按質量分，溶劑占80%~90%，鋰鹽占10%~15%，添加劑占5%左右根據(jù)成本，鋰鹽約占40%~50%，溶劑約占30%，添加劑約占10%~30%

與其他三種材料相比，鋰電池對電解液的要求最為復雜，需要具備多種特性:

良好的離子導電性和低的離子遷移阻力，

化學穩(wěn)定性高，不與電極材料，電解液，隔膜等發(fā)生有害副反應。

熔點低，沸點高，保持液體在較寬的溫度范圍內，

安全性好，制備工藝簡單，成本低，無毒無污染。

目前，六氟磷酸鋰因其性能更好，成本更低而成為主流鋰鹽溶質在各種非水溶劑中具有良好的溶解性和高導電性，化學性質相對穩(wěn)定，安全性好，環(huán)境污染小但缺陷也很明顯:六氟磷酸鋰對水分敏感，熱穩(wěn)定性也差最低溫度60℃時可能開始分解，電池性能迅速下降低溫環(huán)境下循環(huán)效果比較一般，適應溫度范圍較窄

此外，六氟磷酸鋰對純度和穩(wěn)定性要求高，生產過程涉及低溫，強腐蝕，無水，無塵等惡劣工況，生產難度大。

在新一代鋰鹽中，二氟琥珀酰亞胺鋰被認為有望取代六氟磷酸鋰與傳統(tǒng)鋰鹽相比，LiFSI具有更高的熱穩(wěn)定性，并在導電性，循環(huán)壽命和低溫性能方面具有優(yōu)勢

但受限于生產工藝和產能，LiFSI的成本太高，遠超六氟磷酸鋰為了控制成本，LiFSI仍然更多地用作電解質添加劑，而不是鋰鹽溶質

鋰電池隔膜是介于正負極之間的一層薄膜，可以用來分隔正負極，防止鋰電池發(fā)生電解反應時發(fā)生短路膜浸泡在電解液中，表面有大量的微孔可以讓鋰離子通過微孔的材質，數(shù)量和厚度會影響鋰離子通過隔膜的速度，進而影響電池的放電速率，循環(huán)壽命等指標

聚烯烴是目前通用的鋰電池隔膜材料，可以為鋰電池隔膜提供良好的機械和化學穩(wěn)定性它可以進一步細分為聚乙烯，聚丙烯和復合材料

隔板材料的選擇與陰極材料有關目前聚乙烯主要用于三元鋰電池，聚丙烯主要用于磷酸鐵鋰電池

除了材料，制備工藝對振膜的性能也有一定的影響。

目前鋰電池隔膜的生產技術可分為干法和濕法兩大類。

干法又稱熔體拉伸法，可進一步細分為單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝這個技術路線發(fā)展了很久，比較成熟主要用于生產PP薄膜此外，由于成品性能不佳，雙軸拉伸工藝僅用于低端電池，不再是主流制備工藝

干法工藝簡單，成本低，環(huán)保，但產品性能較差，更適合低功率，低容量電池如前所述，磷酸鐵鋰電池恰恰存在能量密度低的缺陷，所以該技術路線多采用干法工藝的隔膜

濕法，也稱為熱致相分離，不同于僅拉伸基膜的干法濕法將涂在基膜的表面，以提高材料的熱穩(wěn)定性與干法制備的產品相比，濕法制備的隔膜在性能上具有明顯的優(yōu)勢，如厚度更薄，拉伸強度更好，孔隙率更高，孔徑更均勻，橫向收縮率更高此外，濕隔膜具有更高的擊穿強度，更有利于延長電池壽命，更適合高能量密度鋰電池的發(fā)展方向目前主要用于三元電池

可是，與干法工藝相比，濕法工藝相對復雜，成本高且易污染環(huán)境。

目前隔膜材料的主要市場趨勢是非常確定的因為它更符合動力電池高能量密度的要求，可以延長電池的循環(huán)壽命，增加電池的高倍率放電能力濕法正在迅速取代干法數(shù)據(jù)顯示，2017年，濕式鋰電池隔膜市場份額首次超過干式隔膜，僅一年后的2018年，市場份額進一步提升至65%

除了原材料，鋰電池的封裝技術也對電池的最終性能有著重大影響即使是相同的材料配方，不同的加工工藝生產出來的成品在安全性，能量密度，循環(huán)壽命等方面都是不一樣的

目前，包裝技術可分為三類:

方形細胞，即方形單細胞這類電池的電池間隙更小，內部材料更致密，在高硬度的限制下不易膨脹，安全性更高同時，外殼采用密度更低，重量更輕，強度更高的鋁鎂合金，進一步加強了內部防護，但相應的生產工藝并不復雜而方形電池一致性差，又因為可以根據(jù)需求定制，市場上型號多，工藝不統(tǒng)一

一致性是指在電池組中，單體電池的初始性能指標相似，如容量，溫度特性，循環(huán)性等如果單體電池性能差異過大，成組后會嚴重影響電池組的使用壽命

圓形電池雖然和方形電池屬于硬殼封裝路線，但體積更小，電芯一致性好，單個電芯能量密度更高，分組更靈活，生產技術成熟，成本低缺點是整體性能一般，電池組電池數(shù)量比較多，重量較重圓柱體的形狀也沒有充分利用空間，導致能量密度低

柔性電池的性能是三條路線中最好的，尺寸靈活，能量密度高，重量輕但是機械強度不高，生產工藝比較復雜，生產成本高，性價比一般

從市場份額來看，目前方形電池明顯領先于其他性價比更高的技術路線2019年，中國方形電池裝機容量為52.73GWh，同比增長24.8%，占總裝機容量的84.5%這是唯一一條保持同比正增長的技術路線

除了三種成熟的封裝技術，目前鋰電池還有新的CTP技術，并衍生出刀片電池和CTP電池兩種新產品，都是方形電池的升級形式。

CTP技術是指直接對電芯進行分組，跳過電池模塊這一中間環(huán)節(jié)該技術一方面提高了電池組內的空間利用率，增加了充電量，另一方面減輕了重量，大大提高了整個電池組的能量密度

目前以比亞迪為代表的刀片電池選擇完全取消模塊的方案，當代安培科技有限公司的CTP電池走的是小模塊集成大模塊的路線。

這兩條路線各有利弊，但都處于商業(yè)化初期制造工藝和規(guī)模化生產還有待提高，短時間內無法大規(guī)模替代傳統(tǒng)技術

如開頭所說，鋰電池的產業(yè)鏈長而復雜，涉及行業(yè)多，不是短短幾千字就能描述清楚的本文選取了四種核心材料和三種加工工藝，但不涉及整個電池封裝的相關技術和材料

整體來看，鋰電池未來的發(fā)展方向是明確的:要么提高能量密度，要么優(yōu)化現(xiàn)有產品的成本無論是正極材料磷酸亞鐵鋰和三元材料之爭，還是膜技術和電解質溶質的選擇，都是繼承于此

毫無疑問，這是一個動力電池的好時代:消費者購買電動車的需求快速增長，電動車成為上峰國家重點項目，得到了政策的大力支持在雙向政策和市場需求的驅動下，鋰電池產業(yè)鏈上的企業(yè)創(chuàng)新意愿強烈，他們不斷優(yōu)化現(xiàn)有的生產工藝，新的技術突破也時有發(fā)生

新技術，新材料帶來性能更好的產品，更成熟的生產技術帶來更大規(guī)模的生產，從而降低產品價格，這是新技術商業(yè)化的基本路徑能率先突破的企業(yè)，自然能比別人先一步占領市場，在新能源時代占據(jù)一席之地其他企業(yè)也有機會復制當代安培科技有限公司鑄造的萬億神話，三元電池

對于消費者來說，事情就簡單多了開一輛性能更強，安全性更高，價格更便宜的電動車，比什么都好

參考資料:

國務院辦公廳關于印發(fā)新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃的通知2020.11.02

時語婕:核磁共振:2025年新能源汽車普及率達到20%，基礎設施進一步完善——新能源汽車發(fā)展規(guī)劃回顧。我的鋼鐵網2020.11.03

黃秀玉:普泰來深度報道:人造石墨負極材料龍頭，新能源汽車機會促增長。東莞證券

鄭俊策:材料與化學工業(yè)2020藍皮書

李佩娟:深度解讀！2021年中國鋰電池行業(yè)產業(yè)鏈全景分析價格的持續(xù)下降有利于新能源汽車的發(fā)展

陳曉:新能源及汽車行業(yè)新能源鋰電池系列報告之四:鋰電池極高鎳三元和磷酸亞鐵鋰雙翼的齊飛華安證券。

姚美嬌:磷酸鐵鋰電池充電，三元鋰能保住寶座嗎中國能源報

王瑋琦:鋰電池行業(yè)深度系列之三:正極材料，高鎳和價格上漲，進入新的增長階段。國信證券

新一資訊:811電池秘密研制正極材料出貨量占比超過30%

行業(yè)信息網:2018—2019.2019.08.22上半年中國三元正極材料行業(yè)發(fā)展形勢及市場競爭格局分析

汽車新記錄:自燃之王今年夏天6萬Aion S車主最后變成811電瓶鼠。.網易

龔，:正極材料深度報告:三元路線領先，高鎳趨勢。財通證券

李，陳:新能源汽車系列行業(yè)綜述:2019年中國鋰電池隔膜行業(yè)綜述。投報研究所

趙小創(chuàng):鋰電池行業(yè)深度報告:行業(yè)迎來增長拐點，關注產業(yè)鏈龍頭。世紀證券

王瑋琦:鋰電池行業(yè)深度系列四:電解液，電解液上漲趨勢持續(xù)，龍頭盈利雙驅動。國信證券

馬軍，吳伯華:電力設備新能源行業(yè)LiFSI:電解液產業(yè)鏈的下一個制高點。長江證券

，陳:新系列行業(yè)綜述:2019年中國鋰電池正極材料行業(yè)綜述。投報研究所

王偉杰:新能源汽車產業(yè)系列之二:動力電池，未來幾何。國源證券

宋少玲:新能源汽車動力電池行業(yè)投資策略:全球電氣化浪潮，受益優(yōu)質供應鏈。中信證券