朗讀動力電池行業深度報告：材料及結構創新未來展望第動力電池行業深度報告：材料及結構創新未來展望

《動力電池行業深度報告：材料及結構創新未來展望》
酷扯兒《酷扯兒》官方帳號「來源:  ｜DT新材料 ID：DT-NewMater」1、 碳中和背景下的新能源汽車行業1.1、 現狀與未來：新能源汽車行業發展路線1.1.1、全球新能源汽車政策加碼，積極擁抱碳中和面對 2020 年全球新冠疫情的沖擊和影響，世界主要經濟體都把疫情後的經濟複蘇突破口選在了“綠色複蘇”上。截至 2021.6.30，已提出碳中和目標的國家有 34 個，正在醞釀提出碳中和目標的國家將近上百個，碳中和毋庸置疑已成為全 球大趨勢，作為能源需求端最重要的場景之一，新能源汽車也成為了世界各國發 展的重點。中國：供應鏈優勢明顯， 2025 年新能源汽車銷量預計占比保 25%爭 30%補貼政策從經濟性角度提振銷量，能量密度、安全性均在不同發展階段被政策所 側重，雖然購車成本仍是影響銷量第一要素，但我國在電動汽車供應鏈已經積累 了較強的優勢，成本快速下降，同時使用成本、體驗的提升，以及智能化的加持， 行業已經進入市場化驅動時代。此外，特斯拉中國市場強勁的銷量勢頭帶來的“鯰 魚效應”，也充分調動了國產電動汽車汽車和供應鏈的競爭意識，提高自身能力。我們預計，根據碳中和發展目標，中國燃油車的整體禁售有望在 2045 年前後， 不同省份時間和情況會有一定差異。目前，中國已經在新能源汽車供應鏈積累較 大優勢，但銷量滲透率僅 5.4%（2020 年），2019 年新能源乘用車典型企業平 均電耗為 15.95 kWh/100km，技術始終是發展的原動力，行業仍然需要不斷進 行技術創新。2020 年 11 月，國務院辦公廳發布了《新能源汽車產業發展規劃 （2021-2035 年）》，計劃到 2025 年純電動乘用車新車平均電耗降至 12.0kWh/100km，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的 20%左右， 高度自動駕駛汽車實現限定區域和特定場景商業化應用；計劃到 2035 年，純電 動汽車成為新銷售車輛的主流，公共領域用車實現全面電動化，燃料電池汽車實 現商業化應用。我們認為，2025 年 20%的滲透率為新能源車長期規劃的政策托 底，預計屆時新能源車滲透率保 25%爭 30%。《規劃》還特別提到了鼓勵車用操作系統、動力電池的開發創新，加強輕量化、 高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統核心技術攻關，加快固態動 力電池技術研發及產業化。國家支持全產業鏈生態布局，推動生產工藝、關鍵裝 備、智能制造的突破發展以及電池梯次利用。歐洲：碳排放約束+補貼，能源轉型的先行者2020 年 9 月，歐盟委員會推出了《2030 年氣候目標計劃》，明確了將《巴黎 協定》下的歐盟國家自主貢獻從先前的與 1990 年相比減排 40%的目標提高到 至少減排 55%，並制定了各經濟部門實現目標的政策行動，其中到 2030 年計 劃可再生能源發電占比從目前的 32%提高至 65%以上。在能源轉型和碳排放約 束方面，歐洲走在全球的前列，是有力的先行者、倡導者。在碳排放考核趨嚴的背景下，歐洲各政府（尤其是德國、法國）頻繁發布政策支 持新能源產業的發展，主要為消費補貼政策，還涉及到基礎設施建設、車企升級 扶持、產業鏈投資等各方面。2019 年 4 月出台的歐洲碳排新政於 2020 年 1 月開始執行，新政規定 2025、 2030 年歐盟新登記乘用車 CO2 排放量在 2021 年 95g/km 的基礎上減 15%和 37.5%，分別達到81g/km和 59g/km，若不達標將面臨巨額罰款：每超標1g/km， 罰款 95 歐元。假設年銷量 1500 萬輛燃油車，單車排放 115g/km，需要罰款 （115-95）×1500×95=285 億歐元。碳成本成為推動歐洲新能源汽車放量的重 要驅動力，低 CO2排放成為歐洲電動汽車技術的側重點。歐盟政策加碼，2035 年起提前結束內燃機時代。2021 年 7 月 9 日，根據 Bloomberg，歐盟的監管機構歐盟委員會計劃要求新車和貨車的排放量從 2030 年起下降 65%（相比於 1990 年水平），並從 2035 年起降至零，更嚴格的汙染 排放標准將輔以規定各國政府加強車輛充電基礎設施的規定；運輸的清潔大修降 至下周公布的一系列的措施一部分，以制定更嚴格的 2030 年氣候目標，將溫室 氣體排放從 1990 年水平減少 55%。同時，歐洲各國持續加大對新能源車購車補貼等政策扶持，單車補貼最高可達 9000 歐元。如此一來，盡管 2020 年疫情肆虐導致汽車整體銷量萎靡，新能源 汽車銷量卻在大力度優惠政策下迎來前所未有的增長。此外，碳成本在各能源要 素、汽車產業鏈、不同地區的轉移會成為全球碳市場完善後更重要的考量因素， 涉及碳交易、碳關稅等，也會充分改變全球新能源汽車產業及供應鏈的格局。
美國：拜登政府雄心勃勃，積極提振新能源發展與特朗普政府不同的是，拜登政府出於國際競爭、內部政治、提振經濟等因素大 力推動“綠色經濟”及新能源發展。美國總統拜登上任時宣布了 2 萬億美元的基 建計劃，其中有 1710 億美元專門用於一系列電動出行措施，比如：支持汽車制 造商建立國內原材料供應鏈，消費者將因購買美國制造的電動汽車而獲得補貼和 稅收優惠，還要求白宮近 65 萬台的聯邦車隊全部換成電動汽車。（1）拜登政府規劃至 2026 年美國的電動汽車份額將達到 25%，電動汽車年銷 量達到 400 萬輛；（2）到 2030 年，計劃建立 50 萬個電動車充電站組成全國性網絡；美國輕型汽 車銷量的 95%至 100%將達到零排放標准；（3）2035 年實現無碳發電；（4）2050 年實現淨零排放目標和 100%的清潔能源經濟。
美國的政策取決於如何平衡各利益勢力，與執政党和總統的政策密不可分，激進 的新能源發展策略一方面體現了拜登政府強化綠色發展執政思路，另一方面體現 了美國對中國新能源快速發展和其供應鏈安全的擔憂。因此，中國各新能源產業 鏈某些環節如果不受美國的制裁，將受益於美國新能源行業的發展；但部分核心 環節也將受制於美國的打壓；我們認為，資源品、電池關鍵技術和部件、芯片產 業鏈等將首當其沖受制衡。1.1.2、全球新能源汽車銷量大漲，動力電池出貨量攀升盡管 2020 年的新冠疫情導致全球汽車總銷量下滑了 14%，但全球電動汽車的銷 量卻在 2020 年逆勢大漲，達到 320 萬輛以上。根據 EV volumes 數據，2020 年全球新能源汽車的的銷量為 324 萬，而 2019 年同期為 226 萬，同比增長了 43.36％。2020 年新能源汽車銷售最多的國家分別是中國（137 萬輛）、德國（40 萬輛）、 美國（30 萬輛）、法國和英國均為 20 萬輛。在全球幾大主要電動車市場中，歐 洲電動車總銷量 139.5 萬輛，占全球電動汽車銷量的 43％，成為世界第一大增 長極。
新能源汽車良好的銷量走勢帶動了動力電池裝機量的連年攀升。根據 SNE Research 數據，2020 年全球汽車用動力電池裝機量同比增長 17%，達到 137GWh。中國市場增長放緩，2020 年我國電池裝車量累計 63.6GWh，同比增 長 2.3%。企業方面，寧德時代和 LG 新能源逐漸呈現雙寡頭格局，2020 年出貨 量分別為 50GWh 和 48GWh，占據了全球電池市場的半壁江山。
中國市場：2020 年電動車滲透率 5.4%，寧德時代裝機大幅領跑得益於我國強大的抗疫組織能力，2020 年我國新能源汽車銷量態勢良好，四月 起銷量便企穩並不斷回升。根據中汽協數據，2020 年我國新能源車銷量 136.7 萬輛，同比增長 10.9%。其中，純電動汽車銷量為 109.4 萬輛，同比增 11.6%；插電式混合動力汽車銷量為 24.9 萬輛，同比增長 8.4%，電動車滲透率從 2019 年的 4.7%提升至 2020 年的 5.4%。
裝機企業方面，寧德時代以總裝機量 31.79GWh 無懸念登頂，且大比分領先其 他對手，占國內市場總裝機量的一半；比亞迪排名第二，市場份額達到 14.9%；第三名 LG 化學裝機量與前兩名有不小的差距，為 4.13GWh，占市場總裝機量 的 6.5%。
1.1.3、未來新能源汽車及相關材料需求預測預計 2025 年我國新能源汽車銷量突破 800 萬輛，動力電池裝機量 406GWh《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035 年）》倡導的電動化、智能化、網聯化 將成為我國新能源汽車產業發展的新機遇。經過本輪升級，中國電動車產業未來 將更加具備國際競爭能力，並迎來更好的發展期。我們預計我國新能源汽車銷量 未來 5 年複合增長率在 40%左右，到 2025 年有望超過 800 萬輛，是 2020 年的 6.4 倍，是 2021E（260 萬輛）的 3.3 倍。按照 2025 年汽車總銷量 2500 萬輛預 計，新能源車銷量滲透率達 32%。在電動汽車市場快速增長帶動下，動力型鋰離子電池繼續保持快速增長勢頭。按 照正極材料分類動力電池可分為三元電池、磷酸鐵鋰電池及其他電池。根據目前 各細分車型的單車帶電量，我們預計 2025 年國內裝機量可達 406GWh， 2020-2025ECAGR 超過 40%，市場規模將達到 2640 億元；其中三元電池裝機 量達 247.5GWh，磷酸鐵鋰裝機量達 158.8GWh。
預計 2025 年海外新能源汽車銷量 1500 萬輛，動力電池裝機量 757GWh我們根據各國新能源銷量情況，預測 2025 年海外新能源汽車銷量 1500 萬輛， CAGR-5 達到 50%。根據單車帶電量假設，預計 2025 年海外動力電池裝機量 757GWh，CAGR-5 將達到 51%。據乘聯會數據，2020 年全球汽車銷量 7803 萬輛，海外 5303 萬輛，假設 2025 年汽車總銷量維持，則海外新能源車銷量滲 透率達 28%。
預計 2025 年全球三元正極材料需求量 34.6 萬噸，磷酸鐵鋰 34.9 萬噸原材料方面，根據單位耗用量假設 1kWh 所需三元材料 1.4kg，1kWh 所需磷酸 鐵鋰正極材料 2.2kg，考慮動力電池、3C 電池、儲能電池以及其他領域的需求 量，我們測算到 2025 年全球三元正極材料需求量 34.6 萬噸，市場規模 589 億 元；磷酸鐵鋰材料需求量為 34.9 萬噸，市場規模達到 140 億元。同樣地，負極 材料到 2025 年的市場規模達到 195 億元，總需求量 40.6 萬噸。假設 1GWh 所需電解液 950 噸，制備 1 噸電解液需要六氟磷酸鋰 0.1 噸，那麼 到 2025 年全球六氟磷酸鋰的需求量為 12.8 萬噸；1kWh 所需隔膜面積為 17 平 方米，2025 年全球隔膜需求量為 176.5 億平方米，市場規模為 60 億元。
1.2、 比較三種動力能效、排碳及經濟性，鋰電成長確定1.2.1、燃油、鋰、氫三種動力源排碳、能效及經濟性汽、柴油作為傳統車用燃料，統治汽車領域約百年的時間，在新能源革命的大潮 及全球碳中和的趨勢下，車用動力的變革已經開始。“買得起、用得起”已經成 為不同動力汽車能否商業化推廣放量的關鍵。（1）“用得起”：燃料要清潔、且成本要低。根據歐陽明高 2021 年中國電動 汽車百人會發言，從基於可再生能源的能源動力組合全鏈條能效分析，如果能源 供給側端的電價相同，總體能效差別等於成本差別，充電電池能做的事情就可以 不用氫燃料電池，因為制氫的電價不會比充電電價更便宜。有一些場景用氫燃料 依然是不錯的選擇：長距離客運、貨運（重卡、大巴、公交）、鋰電能量衰減比 較快的地區（北方）、物流叉車、輪船等；以及大規模儲能、工業原料等。效率：根據殼牌公司，充電電動車全鏈條效率 77%，其中燃料生產環節效率 95%；氫燃料電池車全鏈條 30%，其中燃料生產端 61%；電燃料內燃機汽車全鏈條 13%，其中燃料生產端 44%。針對於不同車用動力源的全生命周期排碳水平，全球氫燃料電池龍頭巴拉德公司 也進行了測算，其核心結論在於：能源供給側的清潔程度是決定因素，無論是鋰 電池汽車還是氫燃料電池車，如果電力或者氫氣來自於化石能源，那麼其排碳水 平依然較高。所以若要能源需求側的汽車使用端減碳，還是需要推動能源供給側 使用清潔能源。如果能源供給側均使用清潔能源，那麼鋰電池汽車和氫燃料電池 汽車全生命周期排碳水平分別為 65-75 g/km；60-70 g/km。我們進一步分析：2025、2030 年歐盟新登記乘用車 CO2排放量目標需要在 2021 年 95g/km 的基礎上分別減 15%和 37.5%，分別達到 81g/km 和 59g/km，若 要達到此目標，歐洲需要在 2030 年達到以清潔能源為主的能源體系，屆時可以 同時采用鋰電或者燃料電池車為主的汽車動力體系。
我們基於當前各類動力汽車能源成本的經濟性測算也可以得出類似結論：當前時 點在乘用車方面，電動（插電混動）汽車的使用經濟性遠好於汽油車和燃料電池 車（對於轎車類型，電動車的百公里成本約 10 元人民幣，而汽油和燃料電池車 的百公里成本分別達到 33 元人民幣和 63 元人民幣）。（2）“買得起”：通過技術研發、規模化降本，使汽車購買成本下降，達到可平價消費區間。目前看，鋰電池車購買成本已經可以與傳統燃油車相抗衡，進入 市場化快速放量階段；氫能燃料電池車目前因為還處於規模化初期，仍需要 5-10 年時間通過規模化降本，作為鋰電的互補，未來也值得期待。1.2.2、鋰電行業成長確定，龍頭公司大舉擴張為了滿足全球快速增長的動力電池需求，全球主要動力電池公司大舉擴張，進入 了產能擴張期。根據主要動力電池廠公司公告整理，2020 年國內、海外動力電 池產能為 181/279GWh，2021-2023E 產能規劃國內分別為 311/517/757GWh （YOY 71%/67%/46%)，海外分別為 429/604/754 GWh（YOY 54%/41%/25%）。1.2.3、產能周期、設備國產化、能耗約束將強化周期電解液：擴產周期較長，6F、VC 供應緊張電解液供應緊張，尤其受限於上遊的 6F、VC 供應。2021 年以來，電解液價格 持續上漲，上遊的 6F 價格漲幅大於電解液價格漲幅。根據 wind 數據，三元圓 柱 2.2Ah/磷酸鐵鋰/4.4V 高電壓電解液價格 2021 年 1 月出的價格為 3.4/4/7.15 萬元/噸，到 2021 年 6 月末，價格已上漲到 7.2/7.5/9.25 萬元/噸，漲幅為 112%/88%/29%；6F 價格 2021 年 1 月初的價格為 11.25 萬元/噸，到 2021 年 6 月末，價格已上漲到 31.5 萬元/噸，漲幅為 180%。
6F 較長的擴產周期使得今年供應持續緊張。6F 的擴產周期約 18 個月，目前全 球僅天賜、多氟多、新泰在今明年有新增產能，天賜材料的 6 萬噸液態六氟要四 季度上線。近期各大廠商陸續宣布擴產計劃：6 月 15 日，永太科技宣布投資年 產 2 萬噸六氟磷酸鋰項目，建設期預計為 3 年，可根據實際建設進度分次投產；6 月 17 日，天賜材料宣布投資建設年產 15 萬噸六氟磷酸鋰項目，建設周期為 18 個月。但需注意的是這些產能需到 2023 年才能逐步釋放。VC 在 Q3 會有新產能陸續投放，將有效緩解短缺情況。2021 年以來，VC 供應 一直是電解液生產的主要瓶頸，根據鑫欏鋰電數據，Q3 會有多家企業的 VC 產 能陸續釋放，屆時才會有效緩解 VC 供應的瓶頸問題。隔膜：設備面臨國產化瓶頸、海外設備廠商不擴產隔膜需求量大漲，供應情況緊張。2021 年以來，根據鑫欏鋰電數據，恩捷股份、 星源材質、中材科技三家頭部隔膜企業持續滿產運行，訂單供應緊張；河北金力、 中興新材、滄州明珠、惠強新能源等第二、三梯隊隔膜企業的產能利用率也有明 顯提升。隔膜生產對設備穩定性要求很高。隔膜設備停機時間越短越好，在不停止機器運 轉的情況下，產品的合格率會越來越高。如果設備穩定性較差，就會頻繁停機處 理，導致隔膜的質量和一致性得不到保證。國產隔膜設備最主要的問題就在於設 備的穩定性較差，這使得隔膜廠商的設備主要依賴於進口。海外設備廠商不擴產，上遊瓶頸明顯。隔膜設備市場相對小眾，主要的設備廠商 僅有日本制鋼所、日本東芝、韓國明勝、德國布魯克納、法國伊索普等幾家。這 幾大廠商基本沒有擴產計劃，且未來幾年的產能已經與各家隔膜企業綁定。在下 遊電池需求大幅增長的情況下，未來 2-3 年隔膜產能將會成為整個產業鏈中的一 大瓶頸。負極：能耗約束帶來石墨化瓶頸負極需求旺盛，主流廠商持續滿產。根據鑫欏鋰電數據，2021 年 1-4 月，主要 負極企業產能利用率分別為 99%/95%/106%/111%。行業產能已經超負荷生產， 部分廠家已經開始依賴於外協代工增加產量。當前企業面臨的不是訂單壓力，而 是生產能力瓶頸，特別是石墨化產能。石墨化瓶頸持續，預計 2022 年 H1 可以得到緩解。負極石墨化能耗較高，主要 產能（約 40%左右）分布在電價低廉的內蒙古地區。由於內蒙古能效雙控原因， 今年石墨化產能受到很大影響。石墨化產能的擴建需要一定周期，根據鑫欏鋰電 數據，新增石墨化產能今年 Q4 將陸續上線，預計 2022 年上半年石墨化產能得 到有效緩解。1.3、 資源約束、地緣政治，鋰或成為行業發展掣肘2021 年 4 月 IEA 出版的研究報告《關鍵礦物在清潔能源轉型中的作用》(The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions)顯示，隨著各國逐漸向清潔能 源邁進，電動汽車取代燃油車進程加速，2040 年鋰的需求可能會比現在高出 50 倍，這意味著世界將面臨鋰的嚴重短缺。鑒於鋰資源區域分布不均以及控制權高度集中，鋰電市場會不可避免地受到價格 波動、地緣政治的影響。
2021 年 2 月 25 日，美國白宮官網發公告稱，拜登政府簽署了第 14017 號行政 命令，將對四種產品的供應鏈展開為期一百天的審查，主要針對半導體芯片、電 動汽車大容量電池、稀土礦產品和藥品領域。6 月 8 日，拜登政府發布了一份逾 250 頁的審查報告：“大容量電池行業：美國 嚴重依賴從國外進口制造先進電池組的原料，這使美國面臨供應鏈漏洞，威脅到 依賴它們的關鍵技術和制造它們的勞動力的可用性和成本。到 2030 年，全球鋰 電池市場預計將增長 5 到 10 倍，美國必須立即投資，擴大國內高容量電池的安 全、多樣化供應鏈，支持高薪、高質量的工作，並自由公平地選擇加入工會和集 體談判。這意味著要抓住一個關鍵的機會，增加國內電池生產，同時投資擴大整 個鋰電池供應鏈，包括電池生產中使用的關鍵礦物的采購和加工，一直到報廢電 池的收集和回收。”6 月 9 日，美國參議院以 68 票贊成、32 票反對，通過一項總額 2,500 億美元的 《2021 年美國創新及競爭法》。這項法案就是旨在提高美國科技，去面對中國 的競爭力。美國強化與盟友之前的聯系，在鋰資源層面對中國進行限制恐成為現 實，另外禁止中國供應鏈公司在外進行投資、擴張也會是美國的重要制裁手段。
中國鋰資源雖豐富，但受生產工藝的制約，資源品位較高的電池級碳酸鋰、高純 碳酸鋰等還需從國外大量進口。中國優質的鋰資源與世界其他地區相比較少，考 慮我國是鋰電中遊產業鏈以及下遊應用市場核心，因此需要考慮資源掣肘。1.3.1、鹽湖提鋰：未來新增鋰礦產能的重要主體資源稟賦決定提鋰路線，我國鹽湖提鋰開發潛力巨大據中國有色金屬工業協會鋰業分會統計，鋰資源儲量約為 714 萬噸（金屬鋰噸）， 其中青海地區的儲量占全國的 43.4%，西藏地區的儲量占全國的 31.1%，是占 比最高的兩個地區。我國鋰資源主要以鹽湖鹵水形式存在，占比高達 81.6%。因此在全球鋰電市場大跨步邁向 TWh 時代之際，加大我國鹽湖鋰資源的開發力 度勢在必行，鹽湖提鋰也將構成未來我國甚至全球新增鋰礦產能的主體。國內外不同鹽湖鎂鋰比差異較大，各鹽湖往往是根據資源稟賦特征采取不同的技 術路線。海外由於鋰鹽湖資源鎂鋰比低，攤曬條件優越並且礦區周邊電力及運輸 等配套設備齊全，因此多以鹽田濃縮沉澱法為主，包括 SQM、南美 Salar de Atacama、Salar de Olaroz 等鹽湖均采用該技術。我國大部分鹽湖鹵水鎂鋰比高、鈉鋰比高、分離難度大，導致提鋰過程中開發成 本高、開采環境惡劣、利用程度低、國外鹽湖提鋰技術在國內也不適用，這些原 因導致我國目前鹽湖鋰產量小、提純技術不完善。
我國鹽湖提鋰產能概況：已建成 8 萬噸，規劃產能約 12 萬噸經過 20 年提鋰工藝的不斷探索，我國初步形成了三類可行的鹽湖提鋰路線，包括膜法（包括電滲析法和納濾膜分離法）、吸附法和溶劑萃取法。吸附法是在低濃度的鹵水中可以將鋰分離出來，缺點是雜質含量高，需要進一步 的除雜工藝。目前國內比較成熟的膜法提鋰工藝主要有電滲析法與納濾膜法，主要應用在具有 高鎂鋰比的鹽湖。電滲析膜法主要應用於高濃度鹵水，低濃度體系不適用。溶劑萃取法提鋰工藝的優點是該技術適用於較高鎂鋰比鹽湖，鋰回收率能達到 97%以上。萃取法應用的核心是萃取劑，但是由於萃取劑對管道腐蝕嚴重並且萃 取劑對環境破壞較為嚴重，因此環境友好型是萃取劑迭代更新以及目前行業研究 的主要方向，目前多數新型萃取劑仍處於研究階段 。4 月 9 日，青海省政府召開專題會議，審議通過《行動方案編制工作方案》，5 月 8 日編制《建設世界級鹽湖產業基地行動方案》，5 月 15 日順利通過省內專 家論證評審；5 月 20 日在北京召開專家論證會，獲評審通過。1.3.2、鋰電回收：產業閉環與擺脫鋰約束的必然之選動力電池回收的必要性在動力電池日益劇增的回收再生需求面前，我國政府自 2016 年以來已發布 10 餘條相關國家級政策，搭建 20 餘項重點國家標准體系框架，並在今年兩會首次 將“動力電池回收”話題寫入政府工作報告。構成鋰電池的成分和結構較為複雜，包括鋼/鋁殼、鋁集流體正極負載鈷酸鋰/ 磷酸鐵鋰/鎳鈷錳酸鋰等、銅/鎳/鋼集流體負載碳、聚烯烴多孔隔膜、六氟磷酸 鋰/高氯酸鋰的碳酸二甲酯/碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯溶液等，如果不對已廢棄的 鋰電池進行回收，會對自然環境造成嚴重影響，將回收後的鋰電池進行技術提取， 很多材料可以得到二次利用。未來，廢舊動力鋰電池回收將會形成一個十分龐大的市場。目前全球對於鋰和稀 土資源供給（電池和電機的核心礦物資源），還是圍繞一次資源提取供給為主。根據 IEA 的報告，當下中鎳、鈷的回收率還可以，但鋰幾乎沒有回收能力（回收 率＜1%）。我們可以預見進入 TGWh 時代後，鋰電池大規模退役，上遊礦物資 源缺口會引發龐大的回收浪潮。
鋰電回收工序複雜，濕法和火法是主要技術路線鋰離子電池的詳細回收過程非常複雜，電池必須先進行預處理，包括放電、拆解、 粉碎、分選，通常采用火法和濕法兩種技術路線：（1）火法冶金回收。火法冶金采用高溫爐將金屬氧化物成分還原為 Co、Cu、 Fe 和 Ni 等合金。該方法成功實現了從 LCO/石墨電池中優先回收 Co、Li2CO3 和石墨，從 LCO/LMO/NMC 廢電池中優先回收 Li2CO3，從 LMO/石墨電池中優 先回收 Li2CO3 和 Mn3O4。（2）濕法冶金回收。濕法冶金采用水溶液從正極中提取目標金屬，其中最常用 的水溶液電解質是 H2SO4/H2O2 體系。這種方法容易在室溫下進行，但可能產 生大量廢水，需要額外的廢水處理成本。但是該方法可實現 Mn 的單獨分離、高 純度 Co 的提取以及 Li 與 Co 的高效分離。目前火法冶金工藝主要應用在歐洲和北美，該工藝從正極機料中回收 Co 和 Ni， 從負極集電器中回收 Cu，這僅占 LIBs 的重量的約 30%，因此只能回收少數材 料。濕法冶金工藝是國內主流路線，回收重點在於價值最高的正極材料的回收。火法冶金和濕法冶金回收工藝都很大程度上取決於設備中鈷的濃度高低。但是由 於電動汽車電池中的越來越低的鈷含量，這些商業模式也可能越來越不適用。動力電池梯次利用與回收市場空間測算我們對未來三元電池的金屬回收市場空間及磷酸鐵鋰電池的梯次利用與回收市 場空間設計了測算模型。對於三元電池，我們預測：2019 年預計可回收三元正極 0.13 萬噸，隨後逐年遞 增至 2030 年的 29.25 萬噸。1）NCM333：隨著 2014 年安裝的 NCM333 三元電池於 2019 年開始退役，2019 到 2022 年 NCM333 回收量逐步增加，2022 年達峰值 1.28 萬噸，隨後由於 NCM333 的退出而逐步減少，至 2026 年回收量歸零；2）NCM523：2016 年開始進入市場的 NCM523 於 2021 年開始報廢回收，隨後 回收量於 23-28 年穩定在 4-6 萬噸之間，預計 2030 年上漲至 10.78 萬噸；3）NCM622：2017 年進入市場的 NCM622 於 2022 年開始報廢回收，回收量小 幅上漲，直到 28 年上漲幅度增加，預計 30 年可回收 6.03 萬噸；4）NCM811：2018 年進入市場的 NCM811 於 2023 年開始報廢回收，預計 30 年可增長至 12.44 萬噸。預計 30 年可回收鋰 2.09 萬噸，鎳 11.47 萬噸，鈷 2.80 萬噸，錳 3.23 萬噸。對於磷酸鐵鋰電池，我們預測：1）2030 年，報廢鐵鋰電池將達到 31.33 萬噸；2）隨著梯次利用逐年上升，預計 2030 年可梯次利用的鐵鋰電池達 109.93GWh， 共 25.06 萬噸；其餘 6.27 萬噸進行拆解回收，可回收鋰元素 0.28 萬噸；3）2027 年梯次利用的磷酸鐵鋰電池將在 2030 年達到報廢標准，此時拆解回收 8.604 萬噸，可回收鋰元素 0.379 萬噸。二者總計可以回收鋰元素 0.65 萬噸。1.3.3、鈉電產業化初期，未來或成為重要備選路線鈉資源豐度高，新生代鈉電池嶄露頭角鋰在地殼中的含量較少，約占 0.0065%且分布不均勻，70%的鋰資源集中分布 在南美洲地區，而我國是全球鋰資源第一進口國，80%的鋰資源供應依賴進口。如果不對鋰電池進行回收提取二次利用，以現今鋰電池行業的發展速度，幾十年 後鋰電池行業將因鋰資源的缺少受到嚴重限制。鈉與鋰處於主族，具有相似的物理化學屬性，但鈉在地殼中的含量非常豐富，而 且鈉分布於世界各地，相比於鋰完全不受資源和地域的限制，所以鈉離子電池比 起鋰離子電池有更多的優勢。2021 年 5 月 21 日，寧德時代董事長曾毓群在股東大會上透露，將於 2021 年 7 月份左右發布鈉離子電池，再次引發市場對新型電池體系——鈉電的關注。
鈉電優勢：成本低+儲量大+兼容鋰電設備鈉離子電池的工作原理：與鋰離子電池的工作原理類似，鈉離子電池同樣是一種 嵌脫式“搖椅”電池，充電時鈉離子從正極脫嵌進入負極，放電時鈉離子從負極 進入正極，外電路電子從負極進入正極鈉離子被還原成鈉。鈉離子電池的優勢：（1）安全性高：已經通過了一些國標的測算。（2）成本低儲量豐富：鈉的資源儲量豐富，鈉離子電池的配件比鋰離子電池便 宜，鈉的化合物可作為電極材料，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元 正極材料，原料成本降低一半。（3）兼容現有的鋰電設備：鈉離子電池的工作機制與鋰離子電池相同，電池公 司的現有生產設備可以直接用來生產鈉離子電池。（4）無過放電特性：鈉離子電池允許放電到 0V，能量密度大於 100Wh/kg，可 與磷酸鐵鋰離子電池相媲美，但是鈉電成本優勢明顯，有望在大規模儲能中取代 傳統鉛酸電池。鈉離子電池與鋰電池差異：（1）正極材料：這是鈉離子電池有別於鋰離子電池最大的地方。目前的正極材 料主要有：鈉過渡金屬氧化物、鈉過渡金屬磷酸鹽、鈉過渡金屬硫酸鹽、鈉過渡 金屬普魯士藍類化合物。（2）負極材料：鋰電池主要負極材料是石墨，只有高功率負極材料會用到軟硬 碳材料和鈦酸鋰等。鈉電負極是軟碳、硬碳、過渡金屬氧化物等，考慮負極材料 的成本、穩定性、循環性能等指標，最容易實現產業化仍然是碳材料，主要是軟 硬碳。（3）電解質：鈉鹽+溶劑，除鈉鹽之外，溶劑與鋰離子電池差別不大，一般為 碳酸酯。（4）隔膜：與鋰離子電池相同。（5）外形封裝：圓柱、軟包、方形，與鋰離子電池相同。（6）制備工藝：與鋰離子電池基本相同。鈉離子電池商業化比較快的原因主要 就是可以沿用鋰電池現成的設備、工藝。（7）應用場景：除了高能量密度要求的手機、無人機、乘用車以外，鈉電有著 非常廣泛的應用前景。如電動二輪車、電動三輪車、低速四輪車、家用儲能產品、 數據中心、通信基站、新能源發電配套儲能、電網級儲能產品等。鈉電產業化初期，中科海鈉領先全球20 世紀 70 年代，人們開始了對於鈉離子電池的研發。2011 年，全球首家專注 鈉離子電池產業化的英國 FARADION 公司成立後，鈉離子相關的研究迎來了全 面式增長。目前國內外有近三十家企業對鈉離子電池進行產業化相關布局，主要包括英國 FARADION 公司、美國 Natron Energy 公司、法國 Tiamat 公司、日本岸田化 學、松下、三菱化學以及中科海鈉（中科院物理所背景）、鈉創新能源（上海交 大背景）、星空鈉電（國內外合作）等，此外電池巨頭寧德時代也早早布局了鈉 電的研發。在鈉電體系的研發應用層面，國內代表企業中科海鈉處於國際領先地位。中科海 鈉成立於 2017 年，依托於中國科學院物理研究所的技術，目前在技術開發和產 品生產上都已初具規模。公司研發的鈉離子電池的能量密度已達到 120 Wh/kg， 是鉛酸電池的 3 倍左右，並於 2018 年發布了全球首輛使用鈉離子電池驅動的低 速電動汽車，於 2019 年建立了首座鈉離子電池儲能電站。中科海鈉曾於 2021 年 3 月宣布完成億元級 A 輪融資，投資方為梧桐樹資本，融 資將用於搭建年產能 2000 噸的鈉離子電池正、負極材料生產線。公司目前部分 鈉離子電池體的產品處於產業化前期，但產品性能、成本控制以及適配應用場景 有待進一步檢驗。鈉電補充了現有技術路線，未來鋰電/鈉電將是互補格局鈉離子電池的出現是現有鋰電池技術的補充，目前鈉離子電池的能量密度可以做 到 150Wh/kg 上下，與磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池接近，循環壽命可以做到 3000~6000 次，與磷酸鐵鋰相當，優於錳酸鋰和三元材料，熱穩定性和安全性 與磷酸鐵鋰基本相當。成本方面，以中科海鈉數據為例，按照等容量軟包電池成本分析，鈉離子電池 BOM 理論成本比鋰離子電池低 30%。但現階段，與鐵鋰等成熟鋰離子電池相比， 鈉離子電池體系由於工藝不成熟、研發設備攤銷大以及產品一致性等問題，造成 生產成本難以控制，BOM 成本優勢難以發揮，鈉電的性能和價格均處於劣勢。目前鈉離子電池也尚無統一的標准體系及第三方檢測認證機構，性能參數需要長 期且具體的測試數據來驗證甄別。鈉離子電池目前處於產業化初期，短期內難以與鋰離子電池直接抗衡，更可能承 擔補充/備選角色，其應用場景更可能是非鋰電池主流應用領域，如低速電動車、 部分儲能、工程機械、基站通信備用電源等領域。因此，在產業鏈的完善、產品 系列的豐富、性能的成熟、標准的制定、市場的認可等方面，鈉離子電池仍然有 很長的路要走。目前，CATL 的加入以及雙碳目標的制訂，可以大大加速這個過 程，我們預計在更遠的未來，鋰電/鈉電將可能成為互補格局。2、 動力電池材料及結構創新未來展望鋰離子電池主要由正極、負極、電解液和隔膜構成，目前廣泛應用的正極材料選 用 Fe、Ni、Co、Mn 等金屬氧化合物；負極選用石墨、矽碳等；電解液選用六 氟磷酸鋰的有機溶劑；隔膜是聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）高分子膜。動力電池技術的更迭在於原材料體系的性能優化以及封裝工藝的改良，因此，材 料和結構創新是動力電池行業的兩條優選賽道，也是降本的必由之路。（1）中國動力電池技術創新已從政策驅動向市場驅動型；（2）電池材料創新主要平衡能量密度、壽命、快充、安全、成本等指標；（3）電池系統結構創新已成為近年來技術創新的鮮明特征。2.1、 正極：高鎳三元、磷酸鐵鋰路線將長期並行動力電池中正極材料占整個電池成本的 40%以上，且在當前的技術條件下，整 體電池的能量密度提升主要取決於正極材料的優劣，因此，正極材料是鋰離子電 池研究和開發的重中之重。在設計和選取鋰離子電池正極材料時，要綜合考慮比 能量、循環性能、安全性以及成本等因素。根據不同的材料體系，常見的正極材料可分為鎳鈷錳酸鋰（NCM）、磷酸鐵鋰 （LFP）、鈷酸鋰（LCO）、鎳鈷鋁酸鋰（NCA），以及新型材料如無鈷正極、 四元正極材料等。各類正極材料的性能有差異，目前磷酸鐵鋰和三元是電動車行 業的兩大主流電池技術路線，也是裝車數量最多的兩類動力電池。2.1.1、安全+成本優勢明顯，結構創新推動磷酸鐵鋰應用擴大基於 LiFePO4正極的鋰離子電池充電時，鋰離子經由電解液進入負極，Fe 2+氧化 成 Fe 3+，放電時則相反。本質上就是 LiFePO4與 FePO4的相互轉化，轉化過程 中兩種物相晶胞參數的差距並不大，體積變化率也很低，這種微量的變化確保了 結構的穩定性，同時也保證了 LiFePO4電池的安全性。磷酸鐵鋰在安全性、循環壽命及成本優勢明顯。磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子 電池正極材料，不含任何對人體有害的重金屬元素。相較於鎳鈷錳化合物，磷酸鐵鋰的分子結構穩定性較好，具有更高的分解溫度， 循環性能優勢明顯，三元鋰電池循環壽命在 1500-2000 次左右，而磷酸鐵鋰在 100%DOD 條件下，可充放電 3000 次以上，倍率型電池的循環甚至可達上萬圈。成本方面，鐵和磷都是平價且資源豐度高的化學元素，其開采和提煉成本遠沒有 高鎳三元正極高，和三元電池相比，磷酸鐵鋰電池的正極成本和電芯成本分別約 低 55%和 22%。
磷酸鐵鋰和三元材料的元素屬性決定了他們有各自的領域。從結構本質上講，磷 酸鐵鋰的優勢在於：結構穩定、充放電循環壽命較長，但同時也存在能量密度低， 充放電效率低，低溫表現不佳的問題。相應的，三元的能量密度高、充放電效率 高，但同時也不耐高溫。因此，在新能源汽車動力電池領域，兩種電池都有各自 合適的定位和市場，不會出現一方替代另一方的現象。磷酸鐵鋰或將主導未來平價代步車、運營車、商用車市場。我們認為針對中高端 車型及主打差異化、品牌化的車型，優選具有大容量、高能量密度、快充效率更 高的三元鋰離子電池；而針對平價代步車、運營車、商用車等對電池能量密度要 求相對較低，對安全性要求較高的車型，市場會優選具有壽命、成本、安全性優 勢明顯的磷酸鐵鋰電池。在未來的商用電動車市場，鐵鋰有望維持主導地位。當 然，鋰電結構創新如 CTP 或刀片電池技術使磷酸鐵鋰電池提升了體積能量密度， 使其應用空間逐漸擴大，同時儲能的推廣也有效的增加了磷酸鐵鋰的應用場景。磷酸鐵鋰的技術與成本差異使得應用場景格局清晰。當前磷酸鐵鋰制備工藝主要 可分為液相法和固相法：液相法工藝（自熱蒸發液相合成法）：原材料主要有鐵源、鋰源、磷源等。其中 鋰源、磷源為外購；鐵源分為外購鐵源和自制鐵源取得。液相法主要為德方納米 所采用，具有循環性能好、成本低、安全性好的優點，適用於儲能等場景。固相法是當前技術最成熟、商業化運用最廣泛的一種方法。一般使用草酸亞鐵、 氧化鐵、硝酸鐵、磷酸鐵作為鐵源，使用碳酸鋰、氫氧化鋰等作為鋰源，使用磷 酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸等作為磷源。固相法不需要複雜的設備及工藝，且 方法運動條件容易控制，適合用於大規模的工業化生產。
鈦白粉及化工企業陸續加大磷酸鐵鋰新產能布局，磷酸鐵前驅體的新進入者有望通過化工一體化塑造成本壁壘。鈦白粉化工企業配套制造磷酸鐵鋰，可以消納鈦 白粉生產過程中產生的廢酸、硫酸亞鐵等副產品，此外硫酸亞鐵可以為磷酸鐵鋰 帶來鐵源，大大節省綜合成本。因此部分化工企業如中核鈦白、龍蟒佰利、安納 達等利用自身循環和一體化的優勢，近期也紛紛跨界入局磷酸鐵鋰的投建。不同的磷酸鐵企業技術路線和成本控制存在差異，從成本端而言，磷化工企業優 於鈦白粉企業優於純磷酸鐵鋰加工企業。2.1.2、高能量密度電池的實現最終取決於高鎳三元正極的發展NCM（Li(NixCoyMnz)O2）三元材料是由 LiNiO2改性而來，由於 Ni、Co 和 Mn 之間存在明顯的協同效應，因此 NCM 的性能好於單一組分的層狀正極材料，三 種元素對材料電化學性能的影響不同。當三元材料中添加的 Ni 含量大於 50%為高鎳三元材料，如 NCM622、NCM811 和 NCA（LiNixCoyAlzO2，x + y + z = 1，x ≥ 60%）具有較高的實際比容量 （≥180mAh/g）以及高的工作電位（~3.8V vs. Li+ /Li），是現今多款新能源車 型的所搭載的電池類型。為了提高與傳統內燃機汽車的競爭力，電動汽車電池的電池級能量密度需要達到 350 Wh/kg 以上，一次充電後的行駛里程超過 800 公里。這一目標的實現很大 程度上取決於未來 Ni 含量≥90%的高鎳三元材料的發展。2.1.3、高鎳三元正極材料改性技術總結目前高鎳三元正極材料仍然面臨著表面殘鋰、產氣、岩鹽相形成、微裂紋、金屬 離子溶解和熱失控等問題，並且隨鎳含量的增加逐漸惡化，這些問題同時也是降 低電池熱穩定性和電化學性能，導致電動車熱失控和容量衰減的主要元凶。比如 正極中的鋰化合物(主要是氫氧化物和碳酸鹽)殘餘，是由於合成過程中過量使用 LiOH，這會導致聚偏二氟乙烯粘結劑在電極制備過程中發生凝膠化而失效，碳 酸鹽的分解也會析出 O2和 CO2，導致電池膨脹過熱。為了解決這些問題，各大高校及研究所陸續推出了多種改性策略，主要包括表面 包覆、摻雜、濃度梯度設計和一次粒子工程。表面包覆：即為正極材料提供一個惰性保護塗層。常用的包覆塗層有 Al2O3、ZnO、 TiO2、ZrO2等金屬氧化物、金屬磷酸鹽和金屬氟化物、聚合物等，能夠隔絕主 體材料和電解液的接觸，減少正極和電解液之間副反應，抑制過渡金屬向電解液 溶解，從而改善循環穩定性。與非活性塗層材料相比，Li+ /電子導電塗層更有利於電荷轉移和獲得高速率性能。比如相較於 Al2O3，使用相同量的 Li+導電的 LiAlO2所塗敷的 NCM622 明顯提高 了倍率性能，降低了過電位。離子摻雜 ：用離子半徑相近的惰性陽離子替換材料中的電化學活性陽離子，通 過提高晶格能，來提升材料的結構穩定性。例如，摻雜鈷替換鎳，可減少鋰離子 混排，提高晶體結構的穩定性；摻雜錳或鋁可顯著提高結構的熱力學穩定性。其 改善機理為：（1）將電化學不活潑的元素引入主體結構；（2）防止由層狀結構向岩鹽狀結構的轉變；（3）摻雜劑擴大了層狀材料層間的晶面間距，促進鋰離子的輸運作用。由蜂巢能源開發的四元正極材料，就是在 NCM 體系的基礎上摻雜 Mx，使一次顆 粒之間的邊界強度增加，在有害相轉變過程中減少微隙的形成。使其循環性能優 於 NCM811 材料，同時也具備耐熱性能更好、產氣少、安全性能更高的特點。使得動力電池容量高、壽命長、安全性好。
濃度梯度設計：典型的濃度梯度材料是指 Ni 含量由內到外逐漸降低，Mn 含量 逐漸增加。依據加料方式的不同，可設計出具有不同比例的濃度梯度材料，這種 材料的二次顆粒在徑向上呈發射狀排列，有利於鋰離子的擴散，因此具有十分優 異的電化學性能。濃度梯度設計高鎳層狀氧化物顆粒材料雖然具有優異的循環性能和熱穩定性，但 至今仍未實現大規模商業化，這與以下難點有關：（1）由於各共沉澱參數難以精確控制，性能一致性不是很理想。（2）不同成分高鎳層狀氧化物需要不同的煆燒溫度才能獲得理想的電化學性能。（3）過量梯度夾雜不可避免會限制整個材料中的 Ni 含量，從而限制了能量密度。（4）表面 Mn 含量高的顆粒會受到 Mn 溶解問題的困擾。一次粒子工程：優化一次粒子(重塑/重排/單晶化)可以抵抗重複循環過程中的機 械應變，還能改善多晶粒子的電荷均勻性。在 NCM90505 的晶粒間引入 B 作為 膠納米填料，通過減小各向異性取向晶粒之間的間隙，來提高二次粒子的機械強 度和導電性，並通過抑制相變來實現結構和熱穩定性的改善。未來高性能的高鎳三元正極材料設計思路：多種改性策略相結合隨著對電池能量密度需求的日漸上升，NCM 三元材料向著高鎳化和高電壓方向 發展， 但高鎳三元材料容易產生陽離子混排的現象，且在充放電過程中易相變， 在高電壓的作用下會加劇材料結構的變化，對於電池的安全使用帶來很大的隱 患。未來需要篩選出最合適的塗層材料和摻雜劑，對高鎳三元材料進行摻雜和包覆， 以改善材料的內部結構和表面結構穩定性。基於兼顧能量密度及安全性能的考 量，對於三元材料常采用核殼結構設計或全梯度設計。因此，為了促進高鎳三元 正極材料的大規模安全和高效應用，需要將兩種或兩種以上具有協同效應的策略 相結合。2.2、 負極：解決矽碳負極體積膨脹問題是產業化關鍵負極材料主要分為碳材料和非碳材料兩類，常見碳類負極材料又可以分為石墨類 和非石墨類。目前已經規模化生產的負極材料主要有層狀結構的炭材料(包括人 造石墨、天然石墨、中間相碳微球、軟碳及硬碳等)、合金類材料(矽基和錫基類 材料等)和鈦酸鋰材料等。2.2.1、石墨負性能接近理論值，新型矽碳負極產業化蓄勢待發據正略咨詢，石墨負極作為當前主流負極材料，其理論比容量上限為 372mAh/g， 而部分頭部企業的產品比容量即有 365mAh/g，可見石墨性能已達理論上限。矽 基負極質量比容量高達 4200mAh/g，是石墨的近 12 倍，可大幅度增加電池容 量；矽負極的電化學嵌鋰電位才 0.4V，可抑制鋰枝晶析出。因此，矽碳負極將 矽與石墨複合制備，被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負極材 料。然而，矽碳材料在實際應用過程中也存在較多難點，阻礙著矽碳負極的大規模產 業化進程，問題根源在於矽的體積膨脹效應，矽在滿嵌鋰後體積膨脹率達 320%， 巨大的體積變化會導致三大問題：（1） 顆粒粉化失效：矽顆粒在反複脫嵌鋰過程中，會由於承受不了體積形變帶 來的巨大應力而導致自身顆粒的粉化而失效，導致熱穩定性和化學穩定性下降。（2）容量迅速衰減：巨大的體積形變使得矽顆粒之間或者顆粒與集流體之間失 去電接觸，導致活性物質直接從集流體上脫落，致使容量迅速衰減。（3）增加極化，惡化循環：體積形變造成矽表面的 SEI 膜處於破壞—重構的動 態過程中，會造成持續的電解液和活性鋰消耗，同時也會增加電池的極化，惡化 循環性能。2.2.2、矽碳負極體積膨脹的改良策略高校與企業近幾年也致力於矽碳負極的改良，目前主要的改進策略有三種，分別 為：制備不同維度的納米化矽再與碳材料複合、對負極進行預鋰化、改良導電添 加劑和粘結劑。納米化：研究表明，矽顆粒尺寸越小，電池循環性能越好。矽納米顆粒在鋰電池 應用中的臨界粒徑為 150nm，粒徑＞150nm 的矽顆粒在鋰電池循環中容易出現 斷裂，因此把矽制備成納米球/線，再與碳材料複合，可以在體積膨脹過程中更 好地釋放應力，避免自身結構坍塌，從而保持電極的殼容量，提升電池的循環性 能。預鋰化：預鋰化對於首次充放電效率提升明顯，通過溶液法或電化學的方法預先 對 SiO 負極材料嵌鋰，使金屬鋰預先進入 SiO 與 O 反應形成矽酸鋰，使得在首 次充放電時 O 不再消耗鋰離子。事實上“摻矽補鋰技術、預鋰化技術” 也正在被越來越多的企業引入。年初蔚 來發布的 150kWh 電池包，正極使用納米包覆超高鎳正極，負極使用“無機預 鋰化矽碳負極技術”，同時搭載半固態電解質，單體能量密度可達 350Wh/kg。
粘結劑改良：粘結劑在電極中的含量非常少(1.5%~3%) ，成本約占電池總成本 的 1%~3%，但其作用卻不可替代。粘結劑將活性物質、導電劑與集流體粘結在 一起，以縮短鋰離子傳輸途徑，穩定電極材料的結構。新型的矽負極粘結劑可從 化學鍵連層面改良矽碳結構的穩定性，通過化學鍵等強鍵合作用連接分子鏈段、 減少膨脹，在充放電過程中保證電極結構的完整性和良好的電接觸。2021 年 4 月 9 日，中科院寧波材料所突破了石墨烯複合矽碳負極材料規模化制 備技術，將 SiOx和石墨烯漿料在液相體系混合均勻，以瀝青作為添加劑，通過 噴霧乾燥、高溫熱處理和化學氣相沉積等工藝，制備了類球形碳封裝矽氧化物複 合負極材料 SGC，並基於該高性能的石墨烯複合矽碳負極材料，進一步研制出 能量密度達 350-400Wh/kg 的系列新型高能量密度鋰離子電池，並與寶能集團 旗下昆山聚創新能源科技有限公司共同研發並實現了 310Wh/kg 動力電池裝車 應用示範。在未來，如果單體電芯要突破 400Wh/kg，電池廠商還需著眼於鋰金屬負極型的 電池體系，鋰金屬負極具有 3860mAh/g 的比容量，以其所匹配的 Li-S 和 Li-空 氣電池比能量高達 650Wh/kg 和 950Wh/kg，這也意味著整個商用電池制作工藝 的更迭與精進。2.3、 電解液：鋰鹽待革新，固態電解質序幕拉開目前商業化鋰離子電池的電解液一般由碳酸酯類有機溶劑（EC）、鋰鹽六氟磷 酸鋰（LiPF6）以及少量多功能添加劑組成，通常也會加入低粘度的 DMC、DEC 等作為共溶劑，以提高鋰離子遷移速率。電解液是鋰離子遷移和電荷傳遞的介質， 其指標直接決定了鋰離子電池的能量密度、倍率性能、循環壽命、安全性等性能。2.3.1、雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LiFSI）：下一代溶質鋰鹽鋰鹽是電解液體系的主要成本來源， 目前 LiPF6是商業化應用最為廣泛的鋰電 池溶質鋰鹽，然而在使用過程中，LiPF6 也存在熱穩定性較差、易水解等問題。新型電解液溶質鋰鹽 LiFSI 具有遠好於 LiPF6 的物化性能：（1）更好的熱穩定性：LiFSI 熔點為 145℃，分解溫度高於 200℃。（2）與矽負極相容性更好：傳統的 LiPF6電解液會產生 HF 與 SEI 膜發生氟化反 應，導致表面膜成分之一的 LiO2消失，使電池長程循環性能較差。LiFSI 不僅不 會破壞負極 SEI 膜，相反還會促進膜成分之一的 Li4SiO4生成從而提升電池電化 學性能。（3）更優的熱力學穩定性：LiFSI 電解液與 SEI 膜的兩種主要成分有很好的相 容性， 只會在 160 ℃時與其部分成分發生置換反應。因此，雖然目前 LiFSI 由於制備困難、成本高昂（其目前價格近 50 萬元/噸，約 為 LiPF6價格的五倍）等原因只能作為副鹽添入 LiPF6中，但在未來 LiFSI 可能 成為改善 LiPF6 缺陷的最佳替代品，符合高性能電解液的發展趨勢。經過近十年快速發展，目前液態鋰離子電池已經成為全球車用動力電池首選，並 在成本和能量密度上實現了大幅度改善，十年來能量密度提升了近 3 倍，價格下 降了 85%，達到了目前能效和經濟性的最佳狀態。在市場應用方面，液態電池 是目前最具經濟性的選擇，市面上電解液產品規模化量產的程度之高可見一斑。2.3.2、固態電解質：實現超高能量密度鋰電池的必經之路依靠現有液態鋰電池體系，2025 年後電池能量密度難以達到國家要求的 400Wh/kg 以上，更不用說 2030 年達到 500Wh/kg 了。近年來電動汽車自燃事 故頻發，其主要原因也是液態電解質過熱被點燃，最終導致電池起火。因此，開 發高效的固態電解質是超安全、超高能量密度鋰電池的必經之路。
固態電解質的工作電壓能夠達到 5V，而電解液只能在 4V 上下徘徊，這之間就是 理論最大 20%的差異。電壓上限的突破是固態電池能量密度大幅提升的基礎， 固態電解質“濃縮”之後取代電解液和隔膜、可與金屬鋰負極結合提升鋰容量， 實現理論上重量能量密度的 500Wh/kg，體積能量密度最大 1000Wh/L，循環壽 命更長（＞5000 次），最終達到 1000km 起步續航水平。搶占下一代電池技術高地刻不容緩，車企電池廠加快固態電池布局早在 2018 年 6 月，大眾與 QS 就宣布成立合資公司 QSV Operations LLC，雙 方各持股 50%，期望實現 QS 固態電池的商業化生產，預計 2025 年量產。2019 年一眾電池廠如國軒高科、清陶新能源、贛鋒鋰業就建立了半固態電池小 規模的試生產線。2020 年 12 月蜂巢能源在電池日上對外發布了一款匹配無鈷正極的“自愈合阻 燃果凍電池”，電池內引入低比例的固態電解質，目前量產推進已取得一定成果。2021 年 1 月 9 日，蔚來在 Nio Day 上公布電池包載能量 150kWh 的固態電池， 能量密度可達 360kWh/kg，續航超過 1000km，並宣稱將於 2022 年量產。2021 年 3 月 15 日，大眾汽車在其首屆“Power Day”上表示，未來汽車動力 電池的終極形態將是固態電池。2021 年 4 月 9 日，贛鋒鋰業宣布擬投資 22 億元建設高比能固態電池超薄鋰負 極材料項目。2021 年 4 月 14 日，蜂巢能源與中科院共建固態電池技術研究中心，28 日公司 與安徽馬鞍山市簽訂戰略合作協議，將投資 110 億元建設動力電池電芯及 PACK 生產研發基地，規劃年產能 28GWh。車企、電池廠商以及原材料供應商、科研機構等，紛紛下場開始布局固態電池市 場和技術領域，固態電池的大幕已經開啟。2.3.3、技術+成本雙重制約，固態電解質量產仍需時間不管是高校科研院還是主流電池企業，對於固態電池的理論研究仍處於初級階 段，固態電解質距離大規模產業化還有三大技術難關需要攻克：（1）金屬枝晶問題。不均勻沉積的鋰枝晶會刺穿固體電解質層，進而造成電池 短路。（2）界面穩定性問題。電極/電解質界面處的組成和結構與材料體相有較大差別， 離子阻塞或電子導電的界面產物會對固態電池的性能產生不利影響。（3）物理接觸問題。固態電池體系最大的缺點就是離子的傳輸強烈依賴於固體 顆粒的致密接觸。而這些點接觸對電化學循環過程中產生的應力非常敏感，應力 會導致裂縫的產生，引起界面接觸不良。從工藝成本上看，固態電解質從合成到致密化再到集成各個環節仍處於研發初 期，規模化量產耗費巨大。（1）合成固相法是合成無機固體電解質最常用的方法，但其需要高溫，耗能較大，而且高 溫下鋰鹽揮發嚴重，且材料與坩堝之間可能會有副反應。機械化學法可用來合成無定形和玻璃陶瓷材料。盡管機械球磨法在工業上已經有 應用，但其規模化應用時的安全性和能量消耗還存在爭議，過程參數與產品性能 之間的關系仍然只是經驗性的。（2）致密化固態電解質粉末需要處理成高深寬比的膜或片，通過煆燒母胚、幹粉熱壓或冷壓， 完成電解質粉末的致密化，獲得特定的微結構。軟的材料如硫化物和硼氫化物在 這方面有優勢，其可以在低溫下完成致密化過程。放電等離子體燒結也是一種潛 在的方法，其可以對材料的微結構進行精確控制，但其成本仍過高。（3）集成薄膜法是目前唯一能夠實現工業化制備完整固態電池的方法。盡管其能夠實現高 致密度和良好的界面接觸，但是在規模化制備大容量固態電池時仍然面臨成本高 昂的問題。在技術和成本雙重制約下，我們預計固態電池從實驗室走向批量產業化還需 5-10 年時間，其發展路徑是：電解質從液態、半固態（凝膠）、固液混合到固 態，最後到全固態。2.4、 隔膜：濕法、幹法可擁有各自應用場景鋰電池中隔膜的作用是隔離正負極、防止短路、吸收電解液、導通鋰離子，並阻 隔電子，成本占動力電池組總成本的 7%，其性能直接影響電池的壽命、容量和 安全性。對於高性能的鋰電隔膜，一般有以下要求：孔徑分布均勻，能有效阻止活性物質 的穿梭流失；對電解液有一定的親和性且在電解液中保持界面穩定；有較好的機 械強度(抗拉強度和穿刺強度)；具有良好的熱穩定性。
2.4.1、技術難+成本高+性能優，濕法塗覆主導三元市場根據隔膜微孔的成孔機理不同，市場上主流的鋰電池隔膜生產工藝主要分為幹法 (熔融拉伸工藝)和濕法(熱致相分離工藝)兩大類。國內動力和儲能電池主要采用 PP 隔膜，3C 電池主要采用 PE 隔膜。濕法工藝技術壁壘高，流程複雜，生產周期長，投資大。幹法是將聚烯烴樹脂熔 融、擠壓、吹膜制成結晶性聚合物薄膜，經過結晶化處理、退火後，得到高度取 向的多層結構，在高溫下進一步拉伸定型，其工藝相對簡單、附加值高。而對於 濕法技術，其核心在於漿料配方，漿料在隔膜塗覆中成本占比也較大為 65%， 完成配比後還需要經過雙向拉伸以及二次收卷等複雜工藝，對於設備和精度要求 高，前期投資巨大。濕法塗覆隔膜綜合性能更優良。相較於采用幹法工藝的產品，濕法隔膜具有更好 的孔隙結構一致性、更強的拉伸強度和抗穿刺強度等優勢，並且厚度更薄、更均 勻。當鋰電池溫度逐漸升高，超過聚烯烴隔膜的使用溫度，隔膜會依次經過收縮、 閉孔、熔融 3 個階段。濕法隔膜采用表面塗覆無機材料、耐熱高分子材料或兩者 配合物的方法進行表面改性，使隔膜在達到聚烯烴軟化溫度後仍保持原有形狀， 防止短路現象發生，提升電池安全性。恩捷股份的濕法雙拉成型技術，就是對隔膜縱向預拉伸後再雙向拉伸擴孔，接著 采用納米氧化鋁與水合氧化鋁的漿料對 PE 微孔膜進行塗覆，從而提高了隔膜在 高溫下的尺寸穩定性。得到的隔膜厚度為 15pm，透氣率為 175s/100mL，在 120℃條件下可以保持 1h 的收縮率小於 1.5%。2.4.2、幹法具成本優勢，受益磷酸鐵鋰需求回暖濕法隔膜在重視能量密度的三元電池領域應用廣泛，而幹法隔膜主要應用於大型 磷酸鐵鋰動力鋰電池中，近兩年，國內電動兩輪車、商用車、儲能等下遊市場的 鋰電需求快速增長，磷酸鐵鋰電池複蘇，占比提升，帶動了幹法隔膜出貨量的顯 著增加。相較於濕法隔膜，幹法隔膜抗穿刺強度較高，工序簡單，汙染小，固定資產投入 比濕法小，綜合成本較低。因此，在對成本要求低、能量密度要求低（如儲能領 域）、對倍率性能要求高（例如混動車型）的電池中應用更為廣泛，隨著磷酸鐵 鋰電池需求回暖和儲能市場的強勁增長，幹法隔膜的需求有望持續增長。
2.4.3、固態電池技術成熟後會不可避免地沖擊隔膜產業在全固態電池中，正極材料、負極材料、隔膜、電解液這四大原材料，將變成正 極材料、負極材料、固態電解質三大原材料。固態電解質將全面替代電解液與隔 膜，有望縮短正負極之間的距離，大大降低電池厚度。而全固態電解質也將避免 高電壓充能時發生的電解液氧化現象，更易提升電池的能量密度， 簡化封裝， 最終全面改變動力電池行業的格局。固態電池技術的開發目前仍處於早期階段：成本高、產量小、關節節點突破較慢， 距離真正的全面商業化還相去甚遠。目前固態電池行業國際公認技術領先的豐田 集團正大力投入的固態電池技術，預計最早也需等到 2024 年才能實裝到量產汽 車上。隔膜行業本身還有工藝突破帶來改變的可能性，因此，我們認為現有的液態鋰離 子電池及其升級改進仍是未來 5-10 年的主要技術路線，但是更遠的 10-20 年後， 固態電池技術慢慢成熟，會不可避免地對隔膜及電解液行業造成沖擊。2.5、 前驅體：決定正極材料性能的關鍵材料2.5.1、三元正極 60%的技術含量在於前驅體工藝前驅體對三元材料的生產至關重要，三元正極 60%的技術含量在於前驅體工藝， 前驅體的品質(形貌、粒徑、粒徑分布、比表面積、雜質含量、振實密度等)直接 決定了最後燒結的正極產物的理化指標。NCM 和 NCA 前驅體的制備以硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳、氫氧化鈉（鋁）為原料， 在氮氣保護下，在氨水和堿溶液中發生鹽堿中和反應，得到鎳鈷錳（鋁）氫氧化 物沉澱。前驅體制備工藝流程複雜，技術壁壘高，需要控制的工藝參數有：溫度、氣氛、 PH、鹽和堿的濃度、氨水濃度、鹽溶液和堿溶液加入反應缸的速率等。整個制 備過程可分為攪
《動力電池行業深度報告：材料及結構創新未來展望》完，請繼續朗讀精采文章。
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