锂电池技术变革： 与“不确定”共舞

Photo by Kevin PeschkeKearney, Chicago锂电池技术变革：与“不确定”共舞近年来，全球电动汽车及新型储能市场突破式爆发，推动锂电池需求快速上升并带动锂电池产业链上下游企业实现飞跃式增长。但是，当前三元锂与磷酸铁锂技术并非终局解决方案，上游原材料供应不稳定导致剧烈的价格波动、中游新电池化学体系技术持续进步、下游应用场景精细分化等因素，将驱动未来锂电池技术的持续变革。2锂电池技术革命：与“不确定”共舞໓ᄽ：ᒝ઻્₞༹ৄᐕᓇओ1۰ஈዽḛ९ڟኳ᳟ጇ၍᷎ဿ+;L+VS[XL6EXI'%+6ʜʜ2016201718’19’20’21’22’23E’24E’25E’26E’27E’28E’მ᪤ጇ၍ާکֹٶᛣጇ၍ܳܫጇ၍30%43%9%981251691932763,9393,0262,3201,7731,3591,005770471+39%+31%66%30%4%68%27%5%71%24%5%71%22%7%71%22%8%71%20%10%74%16%12%17%9%74%27%67%60%前言：当前锂电池技术非终局解决方案，具有差异化特征的多技术路线同步演进储能电池：新能源的电网调峰、峰谷套利等因素驱动储能系统需求呈现爆发式增长，未来市场需求年增速将维持40% 以上，是锂电池发展最快的下游应用。储能电池对体积与重量敏感度低但经济性导向明确，追求低成本、高循环寿命的电池解决方案。自 20 世纪末锂电池商业化以来，技术与产业化不断发展，应用逐步从消费领域拓展至动力、储能等新领域。日益精细分化的下游应用场景，对电池有着不同的性能与成本需求。动力电池：全球汽车电动化趋势驱动下，动力电池已成为锂电池的关键应用领域，且未来市场需求仍呈现高增长态势。但同时，动力电池的应用需求在不断精细分化，主流中低端乘用车场景追求成本可控条件下更佳的续航里程与充电效率；高端豪华车、越野车、电动航空器等应用领域价格敏感度更低，追求极致的能量密度；低端 A00 电动车、两轮车等应用场景则追求更低成本的电池解决方案。3锂电池技术革命：与“不确定”共舞ჳఛₚ25~10wt%ₛᄍߐऑఛₚ10~1wt%ₛڟऑఛₚ0wt%ₛ7XEVWXST7LSVXHMWXERGI):)RIVK]WXSVEKI2E'Y*I1R3'SOI0*4'7M$0M0*4'2'1+42'1+42'17M3$'2'%7M3$'2'1'7M$0M0MVMGL'7M$0M2'%'7M$0M2'1'7M$0M21'7M$0M013'7M$0M013'7M$0MOQ):OQ):)PIGXVMGEMVGVEJX1SFMPIVSFSX0MVMGL0M໓ᄽ：ᒝ઻્₞༹ৄᐕᓇ015010025035045055060020352030202520202015502003004005000*4'013''020*01נᗖ᳟ጇ᫽ᖷլֆₚՀڏ᳟vsᑤ᰿Ქ᳟ₛ2E'Y*I*4'72E2E'Y*I'Y*I1*4'72ᲄጇ״ᓯວׁ$0M'OQ))PIGXVMG1S0M'7M$'0133$'1SFXVMQ )3ऑఛݕุॐ࿨᪋໡$0M'7M$0M0MVMGL0M$᪋໡0M'$࿨᪋໡᪋ओ2ᛣᱞટஓWh/kg0M71\7目前商业化的动力电池主要是三元锂及磷酸铁锂电池两大技术路线，并沿各自的技术路线升级迭代，持续进行成本与性能的综合竞争。按锂电池正极材料分类，目前商业化的动力电池主要是三元锂及磷酸铁锂电池两大技术路线，并沿各自的技术路线升级迭代（如超高镍三元与磷酸锰铁锂等），持续进行成本与性能的综合竞争。同时，在高性能路线方面，由固态电解质搭载能量密度更高的新型正负极形成的固态电池是当前认为最具潜力的发展方向；在高性价比路线方面，因锂资源成本高昂，能量密度较低但成本与高低温性能占优的钠离子电池有望在短期内作为低端替代切入储能应用领域。4锂电池技术革命：与“不确定”共舞成熟路线之争：三元锂更具性能提升空间，但磷酸铁锂成本相对稳定，仍具中期市场竞争力 2. 商业角度，下游客户短中期内仍将主动维持磷酸铁锂采购量以降低成本波动风险尽管高镍低钴三元锂电池具有单位里程成本优势，但其仍存较高的镍原材料成本与技术发展不确定性，故科尔尼认为，未来短中期内，下游汽车主机厂客户将主动维持磷酸铁锂采购量，以分散单一技术路线依赖导致的大幅成本波动风险。( 见图 5 图 6，第七页 )新能源汽车发展初期，磷酸铁锂电池因高安全性、低成本及长循环寿命的特征成为首选。2016 年新增电池能量密度作为新能源汽车补贴参考指标后，三元锂电池因高能量密度的优势迅速占据更高的市场份额。近年来，随新能源汽车补贴退坡、磷酸铁锂电池包性能突破及三元锂原材料价格上扬，磷酸铁锂市场占有率反超三元锂电池。未来，性能升级与原材料价格波动，将持续影响三元锂与磷酸铁锂的竞争与市场份额。1. 技术角度，下一代高镍低钴三元锂电池或将在单位续航里程成本上获得优势目前三元锂电池朝高镍化、低钴化甚至无钴化的技术方向发展，是能量密度与成本双重考量下的选择。高镍低钴可以提升电池的能量密度，降低原材料成本对钴价格的敏感度。电池企业在改善高镍三元体系稳定性的过程中，材料研发、制备工艺及生产设备的沉淀将形成比传统三元材料更高的技术壁垒。磷酸锰铁锂是磷酸铁锂路线的技术升级方向。磷酸铁锂电作为正极材料，比容量已接近理论上限，磷酸锰铁锂相比磷酸铁锂具有更高的电压平台，理论能量密度可提升20% 且低温性能更优，同时保持相较三元锂电池的安全性和成本优势，产业化布局加速。对比高镍低钴三元锂电池和磷酸锰铁锂电池的成本结构，原材料镍价格成为两者性价比对比的关键影响因素。我们认为短中期内，镍价格有望回落至 130 元 /kg 甚至更低水平，驱动高镍三元锂电池的瓦时价格趋近于磷酸锰铁锂电池。因能量密度高，搭载三元锂电池组电动汽车的电池模块更轻更小，可用更低的功耗驾驶相同的里程，在瓦时成本相同的情境下，三元锂电池的单位续航里程成本更低，将在单位里程成本上逐步形成反超磷酸铁锂电池的价格优势。( 见图 3 图 4，第六页 )未来，性能升级与原材料价格波动，将持续影响三元锂与磷酸铁锂的竞争与市场份额。5锂电池技术革命：与“不确定”共舞ओ3ጇ၍׍༯ຠᖷₚڏO;LₛNCM622NCM811NCALFPNCMx2LFPx2150012009006003000~1,250~1,050~1,000~800~750~7502023-2026ഃົ᫽ᖷޤᙪੵ௸๕ׁЫໟՂ֛࠺׍༯ՂԻׁՀڏ᳟Ыᑤ᰿Ქ᳟֛࠺໓ᄽ：ᒝ઻્ओ4ݱ׳ᗢᝌᱛᒲೋູₚڏOQₛ30040050060070080012,00090,00060,00030,0000NCMNCMxLFPLFPxNCM：~130ڏ/kmNCMx: ~70ڏ/kmLFP：~110ڏ/kmLFPx: ~80ڏ/kmՅᑤ᰿Ქ᳟Ꮅဏ₞Հڏ׸ᖋञື໓ສຢ়ᎎݱ׳ೋູՂᶐᓋᵒޤᙪੵ௸๕ׁЫໟՂ֛࠺׍