锂离子动力电池产业化发展路径研究Word文档下载推荐.docx

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三元电池正极材料主要由镍、锰（或铝）、钴与锂元素组成。

目前市场份额最高的系镍钴锰酸锂电池。

三元材料电池能量密度更高、充放电倍率性能和低温性能好，但安全性、循环寿命不如磷酸铁锂电池[3]。

锰酸锂电池顾名思义其正极材料为锰酸锂。

该类型电池的成本较低、倍率性能优异、安全性好，劣势在于存储和循环寿命较差、比能量偏低[4]。

②在研新型动力电池

在全球汽车产业电动化趋势下，高续驶里程的车辆要求更高能量密度、更佳倍率充放电性能的动力电池。

因此下一代新体系电池应具备高比能量、高比功率、高安全性、更长循环寿命以及更低的成本指标。

目前在研锂电池以固态电池为主要方向。

2动力电池产业化发展现状

（1）国际方面

①市场分析

从全球动力电池产业发展格局来看，目前的动力电池材料研发与科技创新、生产制造与产业化形成3个主要集聚区域，即：

美国、日本在研发上领先，中、韩、日产业化规模最大；

从市场份额来看，中、韩、日三国企业生产的电池为全球近95%的汽车配套，其中中国品牌电池配套占比超过60%；

从综合技术与产业发展角度来看，美国、日本在技术研发领先，韩国在工程化应用方面领先，中国在产业规模方面领先（见表1）。

②主流技术路线应用分析

根据国际、国内市场应用需求不同，不同技术路线类型的锂电池在国际、国内市场均有广泛应用。

从全球整车企业的电池匹配来看，日系和韩系电池主要配套全球知名车企集团，应用车型包含混合动力车型、插电式混合动力车型和纯电动车型。

在技术路线方面，国际车用动力电池单体以锰酸锂、三元材料体系为主（高镍体系的镍钻锰和镍钴铝）。

除宁德时代广泛配套国际品牌车型之外，我国动力电池缺乏实力较强的龙头企业参与国际竞争（见图1）。

从国内车用动力电池供应来看，商用车（客车、专用车）市场在政策多年培育之下已经趋于稳步发展，各家动力电池应用技术路线差异很小，主要发展趋向是提升能量密度，主要技术路线仍以磷酸铁锂为主。

国内乘用车企业主要使用国内品牌动力电池，产品应用以高能量密度的三元电池为主。

综上所述，在技术路线的先进性和多元化、匹配车型多样化以及产品国际化发展程度方面，我国动力电池企业的综合实力相比日韩系企业仍有较大发展空间。

③全球主要区域发展策略

美国、欧洲、日本的动力电池发展路线有所差异。

欧盟逐渐意识到动力电池在产业化发展方面落后，为避免产品供应依赖性，开始推进实施“电池同盟”的计划，倡导欧盟各成员国加大投入，促进动力电池生产和回收在欧洲产业化发展。

美国动力电池产业具备下一代电池研发优势：

一是在材料原始创新、工程技术创新方面的优势，美国的电池基础材料研发技术和产品集成应用技术全球领先。

二是在动力电池关键主材方面的优势，美国在固态电池、正极锂电池材料、硅基负极、隔膜等方面领先，其中陶氏化学在正极材料、Celgard公司在隔膜技术方面世界领先。

日本电池产业规模小于中国，但是在布局下一代电池方面领先于我国。

日本电池企业主要包括两类，一是与日系整车企业合资开展动力电池研发生产，二是独立面向全球车企供应电池，以松下为代表企业，为大众、特斯拉、福特等多家知名企业配套。

在下一代电池研发领域，日本经济省与丰田、日产、本田、松下等23家汽车、动力电池及其材料类企业联合研发固态电池，计划于2022年全面掌握固态电池的相关技术[5]。

（2）国内方面

①产业政策环境

为促进动力电池产业发展，我国出台了相应的政策体系，体系内容包括产业支持政策、发展指导意见、管理规范等内容。

相关政策又分为宏观管理政策、行业发展政策、行政管理法规体系和可研专项支持等。

在宏观层面，发展指导意见明确了动力电池产业发展的主要任务，包括基础和前瞻科研部署、技术创新目标、关键共性技术突破、动力电池梯级利用回收等。

在产业管理方面，为维护市场秩序、合理配置资源、促进产业发展，国家发改委、工信部出台了对相关企业经营活动实施规范化管理的政策。

动力电池在政策体系的支持下，技术水平快速进步，产业规模不断扩大，市场集中度持续提升。

在此产业发展趋势下，动力电池产业也出现了阶段性、结构性的产能过剩现象，政策环境也相应由扶优扶强转向优胜劣汰。

②行业特点

我国动力电池行业特点包括单位投资投入高（1GWh产能建设一般需要5亿人民币）、技术门槛高、研发创新快、人才要求高、升级换代快、生产自动化要求高等。

动力电池产业属于典型资本密集型高科技产业，具体体现在资金投入规模大、人员从业素质高、技术体系门槛高、产品研发迭代快、生产设备自动化、质量管理精益化等特点。

目前动力电池企业建设规模都在10GWh左右，仅项目建设投入至少5亿元人民币。

动力电池技术研发与工艺工程包括纳米级基础材料性质研发、四大主材工艺（正极、负极、隔膜、电解液）、电芯制造、电池系统集成等，生产过程复杂、环境要求苛刻、设备精度要求极高，因此行业门槛非常高。

③主流技术类型分析

我国动力电池技术路线与全球主流应用基本一致。

全球车用动力电池产品应用技术路线以镍钴锰三元材料电池为主，锰酸锂、磷酸铁锂技术路线发展逐渐放缓，固态电池等先进产品技术路线尚未形成规模化工程应用。

从产品规格与标准来看，动力电池系统已经逐渐由燃油车基础开发逐渐转向为新能源汽车平台正向开发、动力电池系统与汽车底盘一体化设计，从而逐渐形成电芯、模组和系统规格尺寸标准统一的趋势。

在全球竞争中，我国动力电池单体产品的核心技术指标、规格标准方面已经与全球先进产品差距不大。

④地区性产业集群分析

我国动力电池产业主要分布在京津地区、华东地区、中原地区和华南地区。

京津地区产业发展较早，以中信国安盟固利、天津力神、北京国能、天津捷威、天津比克等企业为主；

中原地区具备传统的电化学产业基础，形成了以上游材料和动力电池整个产业链为主的企业集群，主要企业包括中航锂电、多氟多、郑州比克、河南锂动、新太行、环宇等。

华东地区是我国动力电池研发实力、产业规模、上下游产业基础最发达的地区，以大规模市场需求拉动了动力电池产业投资和发展，包括宁德时代、国轩高科、万向、天能、超威、双登等知名企业，该地区知名车企集团车用动力电池需求带动了市场和产业的发展。

华南地区具有一批数码产品电池企业，在此产业基础上形成了以比亚迪、沃特玛、雄韬电源、天劲、深圳比克、亿纬锂能、欣旺达、振华新能源、卓能新能源等一批动力电池企业。

⑤市场分析

我国动力电池市场发展呈现出乘用车电池配套量增长、高能量密度电池配套增加，行业聚集度进一步提升的特点。

根据中国化学与物理电源行业协会动力电池分会、中国汽车技术研究中心有限公司政策研究中心的数据统计显示，2017年度我国新能源汽车动力电池配套量超过36GWh。

我国动力电池产业企业优胜劣汰快速，一超多强的市场格局初步形成。

2017年前十家单体企业累计配套量约268.7亿瓦时，市场占比约74.0%。

其中宁德时代和比亚迪配套量大幅领先，分别达105.3亿瓦时和56.5亿瓦时，宁德时代市场占比由2016年的20.0%提升至2017年的29.0%，比亚迪市场占比则由2016年的26.4%降低到2017年的15.5%。

配套量超过1亿瓦时以上的单体企业约40家，配套总量约350.0亿瓦时，市占比超过96.5%，而其余70多家单体企业总的市场占比仅3.5%（见表2）。

2018年财政部等四部委发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，进一步提高了动力电池的技术要求，我国动力电池产业集中度有望进一步提升。

根据材料体系可划分为三元电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池、多元复合锂电池；

其中，三元电池装机量为16GWh，占比39%；

磷酸铁锂电池装机量为20GWh，占比56%；

锰酸锂电池装机量为1.5GWh，占比4%；

其他类型电池合计不到1GWh，占比约1%，不是市场主流产品。

根据产品形状可划分为方形、圆柱和软包电池。

其中方形电池生产超过21GWh，占比58%；

软包接近5GWh，占比14%；

圆柱形有10GWh，占比28%。

根据应用市场领域可划分为乘用车和客车，二者均为14GWh，占比均为39%，专用车配套8GWh电池占比22%。

⑥重点企业分析

从动力电池配套特征来看，动力电池行业传统领先企业如宁德时代、比亚迪、力神、国轩、孚能等产品类型基本可以代表国内产品主流类型，一是材料体系主要为三元和磷酸铁锂；

二是高能量密度的三元电池主要配装乘用车，高安全性低成本的磷酸铁锂电池主要应用于客车和专用车；

三是除宁德时代外，国内动力电池企业配套仍以国内整车企业为主，与日韩电池配装国际知名品牌汽车的规模和影响力相比仍有差距（见下页表3）。

3动力电池产业化发展路径

随着不同技术路线动力电池产品工程化、商业化发展，锂离子动力电池技术正朝着更高的能量密度、循环寿命等指标逐渐进步。

其中，正极材料采用高镍三元材料，负极加入纳米硅形成硅碳负极材料，电解质逐渐由液态发展为固态，以实现更高的锂电池能量密度产品与相关市场领域产业化。

（1）高镍三元正极材料

①技术原理及优缺点

三元材料目前是高能量密度动力电池最优选择。

高镍三元短期内会成为动力电池应用主流。

三元材料结合了镍（提升电池容量）、钴（提高离子导电性）、锰（稳定结构）的性能优势，是近阶段高能量密度、高性能和低成本的主流产品。

到2020年，我国高镍三元锂电池产业化能量密度指标是300Wh/kg，力争实现350Wh/kg。

高镍三元材料在技术方面仍存在一定的缺点。

一是高镍三元材料的镍比例提升，加剧镍锂离子混排，降低了放电比容量；

二是镍在脱嵌锂过程中相变导致体积变化，降低了材料结构稳定性，进而导致循环寿命下降；

三是碳酸锂等杂质在高镍正极材料上更易形成，高温环境会导致胀气，杂质与电解液发生副反应，最终导致循环寿命下降；

四是镍含量的增加产生热量，使得正极材料热稳定性下降；

五是高镍三元材料表面杂质增加，电解液配方优化方案目前仍属难题。

②研发、产业化及主要研发企业

国际方面，松下、三星SDI、LG化学等企业的高镍三元电池已经实现量产（松下镍钴铝三元材料电池配套特斯拉车型，镍、钴、铝比例为8：

1.5：

0.5，单体电芯能量密度为300Wh/kg）。

国内方面，目前企业普遍在研发三元材料622体系、811体系技术，但尚未大规模量产。

宁德时代、比亚迪、力神、国轩高科等领先企业在高镍三元锂电池研发方面已取得进展。

比亚迪、中航锂电、比克电池的正极材料采用高镍三元材料，负极材料选用纳米硅材料体系，2020年能量密度拟提升到300Wh/kg。

宁德时代高能量密度电芯采用高镍三元/硅碳材料体系，计划2020年达300Wh/kg。

国轩高科、中电力神、亿纬锂能的高能量密度电芯采用高镍三元正极和硅基负极材料体系，计划2020年达到300Wh/kg。

（2）硅碳负极材料

纳米硅与石墨形成的硅碳负极材料，能够有效提升锂电池的克容量，进一步实现更高的能量密度。

从目前已产品化的硅碳负极材料性能来看，相比于石墨负极材料而言，硅碳负极材料的最大优势在于比容量的提升。

硅碳负极材料的最低比容量均都超过石墨负极材料的理论比容量。

石墨的理论能量密度是372mAh/g，硅负极的理论能量密度高达4200mAh/g[6]。

尽管如此