新能源汽車電池未來發展方向_中國動力電池行業現狀與分析

沉匯儀器憑借在新能源汽車行業多年的工作經驗，和與多家國際頂級動力電池廠家合作的基礎上，為各位對該行業感興趣，但又不足夠了解的仁人志士朋友介紹一下“新能源汽車動力電池未來發展方向　-　中國動力電池行業分析”。（以下內容僅代表沉匯觀點）

在了解未來發展方向和行業分析之前，首先需要明確新能源汽車與動力電池之間的關系及定義。

新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源（或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車、氫發動機汽車、其他新能源汽車等。其中為新能源汽車提供動力的電池稱為動力蓄電池（簡稱動力電池，但不包括啟動蓄電池，啟動蓄電池一般是富式的。動力蓄電池一般是免藕式的。啟動蓄電池的工作性質是霎間大電流放電，大的要400--500A，而動力蓄電池是小電流放電，大的才30A。）

（停車庫或者馬路上等看見正在充電的汽車即為新能源汽車，也叫動力電池汽車）

（為新能源汽車提供提供動力的電池即為動力電池，也叫新能源電池）

希望以上信息能夠為你了解新能源汽車與動力電池的關系。然后再來簡單介紹一下新能源汽車的在國際上的發展情況，和中國新能源汽車的發展。

為實現《巴黎協定》目標，歐洲多國先后表態將在不久的將來全面禁售燃油車，并為淘汰燃油車訂下明確時間表，目前已有英國、法國、德國、荷蘭、挪威、印度等國已經公布或計劃公布燃油車禁售時間。汽車巨頭們早已聞風而動，為求未來生存發展，目前幾乎所有主流車企在全球都已有所行動，大眾、奔馳、寶馬、奧迪等傳統車企都在進行電動汽車的布局，動力電池的市場需求量有望急速增長。

　　第三階段是繼續扶持、逐漸進入收獲階段（2012至今）。各國維持新能源汽車戰略，仍然以鋰電池為主，維持消費補貼，加大對汽車二氧化碳排放控制力度。美國等國家規定每個汽車制造商至少每年出售一定零排放車輛，否則要繳納碳稅。TESLA等企業開始實現盈利。中國加大投入。全球新能源汽車將逐步進入收獲期。

從上訴歷程可以看出，從2011年開始，中國新能源汽車市場有了一個初步的發展，隨著補貼政策的大力支持，新能源汽車也出現了爆發式的增長，2014至2015年新能源汽車銷量的增速都在300%以上，后續幾年的增長率也在不斷提高。因此，動力電池也理所當然的迎來了一個新的發展階段，自2014年開始，動力電池的裝機量相比于2013年也出現了一個急速的上升，2014至2015年每年的動力電池裝機增長率也都在300%以上，之后從2016年到2018年，中國的動力電池的裝機量也都在隨著新能源汽車的銷量不斷增長?？梢哉f，新能源汽車市場的蓬勃發展造就了動力電池市場的繁榮。

隨著新能源汽車行業的發展，動力電池行業也在逐漸走向風口，2013-2016年動力電池企業出現了井噴式的發展，但自從2016年補貼政策開始變化，隨之而來導致一些中小型的動力電池企業無法維持正常經營，從而被市場所淘汰，截止2018年6月動力電池企業已經下降到105家，預計2018年底還會進一步減少。與此同時動力電池市場份額也逐漸在向頭部企業聚集，2016年-2017年動力電池行業集中度不斷提升，龍頭企業開始凸顯自身的市場地位，動力電池是電動汽車的動力來源，其技術水平直接關系到電動汽車的續航能力，因此市場上的需求越來越轉向為高端產品，低端產品的競爭力較低，需求的高端化加劇了動力電池市場的淘汰速度，使得行業集中度進一步提高。

　　新能源汽車主要由電池驅動系統、電機系統和電控系統及組裝等部分組成。其中電機、電控及組裝和傳統汽車基本相同，差價的原因在于電池驅動系統。從新能源汽車的成本構成看，電池驅動系統占據了新能源汽車成本的30-45%，而動力鋰電池又占據電池驅動系統約75-85%的成本構成。

　　動力電池包括：傳統的鉛酸電池、鎳氫電池、燃料電池、和新興的鋰離子動力電鋰電池，分為功率型動力電池(混合動力汽車)以及能量型動力電池(純電動汽車) 。

　　鉛酸蓄電池的應用歷史最長，技術最為成熟，是成本、售價最低廉的蓄電池，已實現大批量生產。其中閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)一度成為重要的車用動力電池，應用在眾多歐美汽車公司開發的EV和HEV上，例如通用在20世紀80年代和90年代分別開發出的Saturn和EVI電動汽車等。但是，鉛酸電池的比能量較低，續航時間短，自放電率高，循環壽命低;其主要原料鉛的重量大，而且在生產和回收過程中可能產生重金屬的環境污染。所以，目前鉛酸電池主要用于汽車啟動時的點火裝置，以及電動自行車等小型設備。

　　鎳氫(Ni/MH)電池具有良好的耐過充、過放能力，不存在重金屬污染問題，而且在工作過程中不會出現電解液增減現象，可以實現密封設計、免維護。與鉛酸電池和鎳鎘電池相比，鎳氫電池具有較高的比能量、比功率及循環壽命。其缺點是電池具有的記憶效應較差，而且隨著充放電循環的進行，貯氫合金逐漸失去催化能力，電池內壓會逐漸升高，影響到電池的使用。此外，鎳金屬昂貴的價格，也導致成本較高。在關鍵材料上，鎳氫電池主要由正極、負極、隔膜和電解質構成，正極為鎳電極(Ni(OH)2);負極一般采用金屬氫化物(MH);電解質主要為液體，主要成份是氫氧化鉀(KOH)。目前鎳氫電池的研究重點主要在正、負極材料上，其技術研發相比較成熟。車用鎳氫電池已實現了批量生產和使用，是混合動力汽車研制中應用最多的車載電池類型。最典型的代表即目前混合動力汽車量產規模最大的豐田Prius。豐田與松下合資成立的PEVE公司是目前世界最大的鎳氫動力電池制造商。如今鎳氫電池現階段已經退出主流動力電池行列，那么為何豐田還會固執己見的堅守鎳氫電池的陣營呢？這就不得不說到鎳氫電池最大的優勢：超強的耐用性!曾經美國著名的汽車媒體對一臺使用了十年后的第一代普銳斯進行了對比測試。測試結果顯示，采用鎳氫電池的第一代普銳斯車型在經過了10年行駛33萬公里之后，將其與新車時的數據對比，無論是在油耗性能還是在動力性能都保持在同一水平，說明混動系統和鎳氫電池組仍然工作正常。此外，即便在使用十年跑了33萬公里之后，這輛第一代普銳斯其鎳氫電池組從未發生過問題，人們十年前所質疑因電池容量衰減將大幅影響油耗和動力性能的情況也沒有出現。由此看來，一向嚴謹保守的日本人對于鎳氫電池的鐘愛確實有其獨到的原因。

　　燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等，像一個蓄電池，但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。和普通化學電池相比，燃料電池可以補充燃料，通常是補充氫氣。一些燃料電池能使用甲烷和汽油作為燃料，但通常是限制在電廠和叉車等工業領域使用。氫燃料電池基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陽極和陰極，氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應后，放出電子通過外部的負載到達陰極。氫燃料電池的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板(負極)，經過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質子)穿過質子交換膜，到達燃料電池陰極板(正極)，而電子是不能通過質子交換膜的，這個電子，只能經外部電路，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產生電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結合為水。由于供應給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應氫，給陰極板供應空氣，并及時把水蒸氣帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發出的電，經逆變器、控制器等裝置，給電動機供電，再經傳動系統、驅動橋等帶動車輪轉動，就可使車輛在路上行駛。與傳統汽車相比，燃料電池車能量轉化效率高達60~80%，為內燃機的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染的車，氫燃料是完美的汽車能源!

動力鋰電池市場上目前已經商業化的主要包括磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池和三元材料電池等，中國市場以磷酸鐵鋰為主，韓系大多選擇錳酸鋰和三元材料的混合電池體系（沉匯儀器提供的恒溫恒濕箱、高低溫濕熱試驗箱、高低溫交變試驗箱、冷熱沖擊試驗箱、海拔模擬試驗箱、鼓風干燥箱、真空干燥箱、恒溫箱、和其它各類定制試驗箱，主要服務國際名稱動力電池企業，例如：西安三星SDI、三星(天津)電池、南京LG新能源、現代汽車研發中心的品質部門和研發部門，另外與國內吉利汽車-浙江衡遠新能源、威馬汽車-凌帕新能源、深圳市比亞迪鋰電池、恒大新能源-上?？托履茉?、賀邁新能源、江蘇中興派能電池、寧波容百新能源、贛州昶洧新能源汽車、蕪湖永序新能源電控技術、陜西象牙電池、陜西株新興動力電池、廣州道動新能源、深圳市金科能源、深圳新恒業電池、金池能源材料有提供大量的品質檢測設備與各類科學儀器設備）。

（以上為沉匯儀器部分儀器設備在不同動力電池工廠的品質部門和研發部門的現場圖）

統計數據顯示目前國內的磷酸鐵鋰電池售價約在3-4元/Wh，錳酸鋰和三元材料電池約在4-5元/Wh?？紤]不同類型新能源汽車的電池容量，插電式混合動力汽車的電池容量是10-16KWh，純電動汽車的電池容量24-60KWh，純電動大巴的電池容量一般是200-400Kwh，對應電池售價在3-5萬元、7-18萬元和60-120萬元水平，如此高昂的電池價格是新能源汽車價格居高不下的主要原因。

三元鋰電池全稱是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元正極材料的鋰電池，把鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進行不同的調整，所以稱之為“三元”，包含了許多不同比例類型的電池。從形狀上來區分，可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標稱電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實密度高，續航里程長，輸出功率較大，高溫穩定性差，但低溫性能優異，造價也比較高。

磷酸鐵鋰電池則是采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料，用鐵來做電池原料一來成本低廉，二不含重金屬，對環境污染較小，工作電壓為3.2V。磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，因此在零電壓存放時并不會有泄漏，高溫條件下或過充時安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無記憶效應，循環壽命高，缺點為低溫性能差，正極材料振實密度小，能量密度較低，產品的成品率和一致性也飽受質疑。

這兩類電池各有所長高溫條件下，三元鋰電池的三元材料會在200℃時發生分解，產生劇烈的化學反應，釋放出氧原子，并在高溫作用下極易發生燃燒或爆炸的現象，因此基于安全的考慮，我國工信部在2016年1月，通過特殊發文規定將三元鋰電池的使用暫時限制在純電動客車之外。而磷酸鋰電池的分解溫度在800℃，更不容易著火，安全性相對較高。

　　低溫條件下（氣溫低于-10℃以下），磷酸鋰電池衰減得非?？?，經過不到100次充放電循環，電池容量將下降到初始容量的20%，基本與寒冷地區的使用絕緣了；而三元鋰電池的低溫性能優異，在-30℃條件下可保持正常電池容量，更適應北方低溫地區的使用條件。從制造成本上來看，三元鋰電池所必需的鈷元素在我國儲量較少，大部分靠海外進口，受到市場波動影響非常大，所以三元鋰電池的成本必然居高不下，而磷酸鐵鋰電池所需原材料無需進口，供應充足，價格穩定，成本相對較低。

　　在實驗條件下，磷酸鐵鋰電池循環5000次后，剩余容量為84%，1C（1C表示電池一小時完全放電時電流強度） 循環5 000 次后仍能保持80%以上的初始容量；三元鋰電池循環3900次后，剩余容量只剩下66%，1C循環2500次后就下降到80%初始容量。相比起來磷酸鋰電池的循環壽命要遠遠大于三元鋰電池。此外，磷酸鐵鋰電池能量密度為120Wh/kg，已經基本達到理論極致，而三元電池的能量密度180Wh/kg，今后還有很大的提升空間。

　　日本松下、韓國LG化學、三星SDI等多采用三元鋰電池的技術路線，比如新能源巨頭特斯拉就采用了松下的鎳鈷鋁酸鋰三元鋰電池，就是所謂的NCA，在Model S和Model X上采用的是松下18650電池組，而最新的MODEL 3采用了更大容量的21700圓柱體電池組。

　　國內的新能源汽車企業在早期源于成本問題，大多采用磷酸鐵鋰電池作為能量來源，如比亞迪等企業則為磷酸鐵鋰電池的主力廠商，推出了秦、唐、宋等眾多明星產品，而現如今由于國家對于續航里程等補貼標準的提升，三元鋰電池市場份額在逐漸提升。

　　在與磷酸鐵鋰電池的競爭中，三元鋰電池的安全問題有待提升，這始終是盤桓在汽車企業腦海中的陰影，連特斯拉Model X這樣的技術領先產品，也曾在國內外多次發生電池組起火燃燒的事故。但從長遠來看，三元鋰電池有著磷酸鐵鋰電池不可比擬的高能量密度、耐低溫等特性，在新能源汽車發展的未來，三元鋰電池解決掉安全和成本問題之后，將徹底取代目前磷酸鐵鋰的市場地位，將成為新能源市場上的大勢所趨。

　　產業鏈通常分為上中下游，本身動力電池應當算新能源車的中游環節，上游是鋰、鈷錳鎳、石墨等原材料，下游就需要組裝電池成品了，在動力電池這個環節又可以分為正負極、電解液、隔膜、電芯、電池Pack以及BMS，動力鋰電池電芯主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液構成。正極材料為電池提供鋰離子，占電池總成本的30%-40%，其性能直接決定了動力鋰電池容量上限，是產業鏈的核心部分。

動力電池行業目前處于中日韓三足鼎立的一個局面，各家動力電池企業都在大力布局本國市場的前提下開始對全球市場進行布局，老牌企業松下、三星、LG化學都在全球各地進行生產，目前我國也開始在全球布局。所以說動力電池產業全球化布局明顯，且中國市場將成為競爭的重要區域，但中國電池生產企業國際化水平相對較低。隨著產業規模的擴大，電池企業對上游資源需求激增，企業戰火已從配套客戶的爭奪延伸至上游材料和資源，世界各地的鋰礦、鎳礦、鈷礦資源炙手可熱，搶先布局的動力電池企業將享有主動權。

比亞迪成立于1995年2月，成立之初主要專注于電池領域的發展， 1995年-2000年比亞迪都在進行高速的發展，低成本的優勢在金融風暴期間顯露無疑，并逐漸占據了國內外主要市場的電池供應。2003年，比亞迪已是全球第二大充電電池生產商，而在這一年，比亞迪正式收購西安秦川汽車，正式進軍整車制造領域。2009年，比亞迪又收購了湖南美的客車制造有限公司，具備了制造電動大巴車的能力。近些年來隨著國家政策對新能源汽車和動力電池的傾斜，比亞迪對電動車和動力電池市場也加大了投入，并一度占據了動力電池的行業龍頭地位。比亞迪近年來在電動汽車市場大展拳腳，占據了新能源汽車市場很大的份額，然而由于電池研發方向和銷售策略的原因，比亞迪動力電池在能量密度上和裝機量上都開始落后于寧德時代，導致比亞迪電池的裝機量在2016年達到頂峰之后，讓出了動力電池行業第一的寶座。目前比亞迪也在不斷擴大產能，從2018年6月開始分別在青海、重慶和西安等地進行擴產，又與長安汽車合作成立電池合資公司，經過此番布局，比亞迪動力電池規劃總產能已達100GWh以上。

寧德時代新能源科技股份有限公司于2011年12月16日在福建省寧德市工商行政管理局登記成立，雖然進入行業不是很早，但發展速度異常迅猛，七年時間成就行業第一乃至世界第一，2018年6月11日深交所創業板上市，也以24天創造了IPO的最快過會記錄。CATL的成長史，是站在前東家ATL肩膀上的進擊史，ATL在電池領域十幾年的技術積累，成為CATL迅速成長的基石，2011年總裁黃世霖發現新能源汽車的市場空間，決心做動力電池的研發、設計和生產，真正意義上的寧德時代拉開帷幕。經過與寶馬的合作后，寧德時代開始嶄露頭角，陸續和眾多國內外車企達成合作，穩坐動力電池供應體系第一寶座。寧德時代目前在技術研發上不斷加大投入，在三元鋰的方向繼續進行優化，目前會專注于超高能量密度、長壽命、多重安全可靠技術、超強環境適應性、快充等五個方向，力爭將技術做到世界第一。產能方面目前除了總部寧德的生產基地繼續擴大之外，在江蘇溧陽、青海西寧也都有新的生產基地建成，另外寧德時代在接下寶馬集團10億歐元的電池大單后，根據合約，寧德時代最終將在歐洲建立的第一家海外工廠地址選在了德國圖林根州，該基地將分兩期建設，主要從事鋰離子電池的研發與生產,計劃于2021年投產，2022年達產后將形成14Gwh的產能。

深圳市沃特瑪電池有限公司成立于2002年，創始人李瑤曾就職于比亞迪，沃特瑪也是國內最早成功研發磷酸鐵鋰動力電池并進行批量應用的企業。2012年，沃特瑪入選國家“2012年新能源汽車產業技術創新工程項目”支持企業，2015年11月，入選工信部首批《汽車動力蓄電池行業規范條件》企業目錄，2015年12月，在國內新能源汽車電池配套排名中位列第二，就在2017年國內動力電池裝機量排行榜中，沃特瑪排名位列第三，僅次于寧德時代、比亞迪兩大企業。然而自從2017年9月開始，沃特瑪訂單逐漸減少，2018年上半年，由于公司內部的管理、戰略以及現金流等問題的爆發，電池工廠幾乎接近于停產，沃特瑪危機敲響行業警鐘。

深圳比克電池有限公司成立于2001年，是一家集鋰離子電芯研發、生產、銷售為一體的高新技術企業。比克電池在鋰電池領域經驗豐富，動力電池主要方向是18650的圓柱形電池。隨著三元材料在動力領域安全性逐步成熟，以及消費市場對于續航里程的需求提升和鈷材料的高成本問題，在能量密度上具有顯著優勢的高鎳三元材料電池被市場普遍看好，成為眾多動力電池企業的研究熱點，比克電池也是目前國內唯一實現批量供貨高鎳811材料體系的電池企業，能量密度方面可以做到近260Wh/kg。目前比克電池擁有深圳、鄭州兩大生產基地，現已發展成為集鋰離子電池、電動汽車、儲能電池回收三大核心業務為一體的國際領先的新能源企業。

孚能科技成立于2009年，是由贛州市與美國著名新能源材料開發公司——法拉塞斯能源公司合作項目，作為Farasis的全資子公司，孚能科技的技術完全脫胎于Farasis能源公司,僅僅一年時間到2010年便實現了新能源汽車鋰離子動力電池大規模產業化。當年產能為150 MWh。2016年由外資獨資轉變為中外合資后，受到各路資本青睞，從2016年開始融資，目前C輪融資超過50億人民幣，業務覆蓋海內外，孚能科技作為國內軟包動力電池企業的代表，電池能量密度與高倍率循環方面有很大優勢，2017年上半年孚能科技一反行業低迷局面，成為行業黑馬，在整個2017年出貨量進入全國前十，2018年5月孚能科技已進入全國前五，成績斐然。但相比于頭部企業，孚能科技的產能急需不斷提高。

行業發展趨勢一：新能源汽車市場的爆發帶動動力電池行業成為又一個風口，在國家政策的引導下，新能源汽車的產銷量不斷提高，動力電池的規模也會持續擴大，一方面是產能總量的擴大，另一方面是行業集中度地不斷提升，某一個或幾個行業頭部企業的規模擴大，成為像三星、松下一樣的在國際上知名的企業。另外電池技術的發展也是一個重要趨勢，首先是現階段技術下電池能量密度的不斷提升，政策層面對動力電池單體比能量和系統能量密度要求2020年不低于300wh/kg和220wh/kg的指標；其次是材料，鈷價不斷提升使得高鎳電池成為趨勢，例如高鎳622、811等；最后一點，目前國內采用的基本都是三元鋰電池或者磷酸鐵鋰電池，但不可忽視其他電池類型的研發，例如固態電池和燃料電池，日本在這方面已經走在了前面，現階段的優勢需要繼續保持，然而也需要緊跟新技術的潮流。

　　行業發展趨勢二：整車企業和動力電池企業已經不再是簡簡單單的供求關系，越來越多的企業選擇深度合作，進行戰略或者合資建廠等合作模式。一方面通過技術交流和研發合作，建立新的生態，另一方面是建立在資本基礎上的合作，雙方共同出資設立合資公司以尋求技術提升、降低成本及鎖定市場份額的突破口。比亞迪自給自足的模式成本低、利潤高，但劣勢也很明顯，面臨了整車廠和電池企業雙重競爭；而寧德時代只做動力電池，選擇與其他整車企業合作，達到雙贏。市場打破了比亞迪封閉的循環，使得比亞迪電池也開始對外銷售，并且要分拆上市，專業化分工是提高效率的關鍵。

　　行業發展趨勢三：退役動力電池的回收利用將是一個非常重要的領域，回收利用對于環境保護、電池全生命周期經濟效益、資源再利用具有重要意義。目前，越來越多企業已經開始研究和布局動力電池回收和梯次利用。拆解回收和梯次利用是目前兩種最主流的回收處理方式，由于動力電池拆解回收難度較大且成本較高，梯級利用是動力電池回收利用最具前景的細分市場。2018年8月1日起，《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》將會正式實施，政府鼓勵汽車生產企業、電池生產企業、報廢汽車回收拆解企業與綜合利用企業等通過多種形式，合作共建、共用廢舊動力蓄電池回收渠道，提升動力電池資源的使用效率。

我國的動力電池行業正在面臨飛速的發展，要超越日韓等企業，通過研發獲取自身發展的核心技術，以此繼續進行全球化的拓展。另外目前我國新能源汽車保有量已經超過200萬臺，最先上市的一些電動汽車已經開始進入置換期，且前期的鋰電池質量上和容量上都在一個初級階段，大規模報廢無法避免，動力電池大批量的回收利用是我國發展新能源汽車需要邁過去的一道坎。但現階段我國動力電池回收仍處于初級階段，國家政策在不斷地引導新能源汽車市場和動力電池市場健康平穩的發展，作為企業方面來說，需要認清楚自身的責任，并通過合作來建立良好的回收渠道，用新的模式促進動力電池行業的良好發展。

沉匯儀器會根據在行業內積累的經驗，把國內外合作過的方案統一整理，為中國的動力電池發展做出微薄的貢獻。