动力电池行业简况

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一、动力电池市场整体情况

动力电池即为工具提供动力来源的电源。随着新能源汽车渗透率逐渐提升，近年来动力电池产量及装机量均呈现快速上升的趋势。

图动力电池产量及装机量变动趋势

资料来源中国汽车动力电池产业创新联盟

动力电池主要由四大部分组成正极、负极、电解液和隔膜。

2022年，受全球动力及储能市场增长带动，正极材料出货189万吨，同比增长68%；负极、隔膜和电解液出货同比分别增长90%、68%、69%。

图动力电池四大主要材料出货对比

资料来源GGII

二、正极

正极占到动力电池总成本的50%左右。根据正极材料的不同，动力电池可分为磷酸铁锂电池和三元锂电池（镍、钴、锰或铝，NMC/NCA）。

磷酸铁锂电池能量密度可以达到180Wh/kg；其不含重金属，更加环保；总成本比三元锂电池低约20%；热失控温度在500度以上，耐热性好；但是耐寒性差，在低温环境下，磷酸铁锂车型实际续航低于三元锂车型，且温度越低差距越明显；循环寿命较长，大部分可以达到3500次，实验室测试最高可达5000次。

三元锂电池能量密度可以达到260Wh/kg，续航较磷酸铁锂电池更长，适用于长续航车型；三元锂电池中，金属镍的比例越高其能量密度越大，但是过高的镍会导致电池寿命降低和热稳定性变差；三元锂电池的循环寿命低于磷酸铁锂电池，约2500次。

根据高工产研锂电研究所（GGII）相关数据，2022年，磷酸铁锂材料出货111.3万吨，同比增长131.83%；相比之下，三元材料出货63.9万吨，同比增速远低于磷酸铁锂材料；磷酸铁锂电池逐渐成为主流。

钠离子电池

我国锂资源储量占全球7%，依赖进口，而钠在地壳中储量丰富，因此，钠离子电池的研究应用近年来一直在不断推进中。

钠离子电池成本低（碳酸钠价格约为碳酸锂的1/200，且钠电池的正负极均采用铝箔，可以进一步降低成本）；安全性好，短路时自发热热量少，无起火、爆炸等隐患；可以做到在-20℃的环境中保持88%的容量率水平，尤其在气候寒冷地区其优势更为明显；循环寿命介于磷酸铁锂电池和三元锂电池之间；但是钠离子电池的能量密度在90~160Wh/kg，相对较低。

钠离子电池的正极材料主要包括层状氧化物材料、聚阴离子材料和普鲁士蓝/白类材料，层状氧化物材料是目前钠离子电池的主流方向。

钠离子电池相关上市公司包括宁德时代（普鲁士白），多氟多、传艺科技、维科技术（层状氧化物）等。

2023年2月23日，在第二届全国钠电池研讨会上，思皓新能源与中科海钠联合打造的行业首台钠离子电池试验车公开亮相，此次装车试验的思皓花仙子首次应用蜂窝电池技术的钠离子电池包，该款车型续航里程为252km，电池容量为25kWh，快充时间为15-20分钟。

三、负极

负极约占动力电池总成本的10%-15%。负极主要影响动力电池的首次效率、循环性能等方面。

负极材料主要有人造石墨和天然石墨。与天然石墨相比，人造石墨占比呈现上升趋势，其具有高电导率和稳定性，在能量密度方面已接近其理论比容量。近年来，硅基材料的研究持续推进，硅基材料具有高能量密度、高功率、长循环寿命等特点；特斯拉4680电池就曾明确表示采用硅负极方案。

表负极材料对比

资料来源贝特瑞招股说明书。

根据GGII数据，2022年负极材料出货量137万吨，同比增长达90%。其中，人造石墨市场占比84%，天然石墨市场占比15%。

四、电解液

电解液约占动力电池总成本的10%-15%。电解液在动力电池正极和负极之间传导电子，是电池获得高电压、高比能的保证。电解液一般由电解质溶质、高纯度有机溶剂和必要的添加剂等在一定条件，按照特定比例配制而成。

表电解液组成成分

资料来源新宙邦可转债募集说明书

根据GGII数据2020年电解液生产前五名企业分别为天赐材料、新宙邦、瑞泰新材、杉杉股份和珠海赛纬，其共占据电解液行业70%以上的份额。

LiFSI

LiPF6（六氟磷酸锂）是商业应用中最为广泛的锂电池电解质，但其热稳定性较差、易水解、在低温使用受限等特点容易造成动力电池容量快速衰减并带来安全隐患。

双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）是一种新型电解质溶质锂盐，相较于六氟磷酸锂，其在热稳定性、循环寿命以及电导率等方面都有更优的性能。

固态电池

固态电池的电解质使用固态材料，与液态电解质相比，固态电池安全性高，能够降低电池热失控的风险，在部分技术路线下能够解决动力电池在低温环境续航下降的问题，对北方用车客户友好，有助于提高电动车渗透率。同时，固态电池的电化学窗口可达5V以上，通过匹配高能正极和采用金属锂负极，能够提升理论能量密度；目前，液态锂电池能量密度上限为300Wh/KG，而固态电池可以达到500Wh/KG。此外，固态电池通过简化封装和冷却系统、电芯内部串联等途径，缩减电池重量，体积能量密度较液态锂离子电池（石墨负极）可提升70%以上。 在充电时间方面，固态电池可以实现恒流快充，电池充满仅需十几分钟。

固态电池在技术和产业化两方面存在痛点，业界的普遍共识是全固态电池在2030年左右才有望迎来量产装车，因此，目前主流厂商大多按照液态—半固态—全固态的路径进行研发。 

按照电解质材料的不同，固态电池可以分为聚合物、氧化物和硫化物三类。日本丰田公司处于固态电池研究前沿，其技术路径为硫化物固态电解质；宁德时代、比亚迪等国内企业也在硫化物电解质领域展开积极研发。

在未来，固态电解质有望替代传统液态电解质，推动动力电池产业升级。

五、隔膜

隔膜约占动力电池总成本的20%-30%。隔膜的主要功能是隔离电池正负极，防止电池短路。

动力电池隔膜一般采用PE/PP双层膜、PP/PP双层膜或 PP/PE/PP三层膜。隔膜的生产工艺主要分为湿法和干法两类，干法隔膜安全性高，成本较低，大多应用于磷酸铁锂电池；湿法隔膜厚度更薄，孔隙率、孔径的均匀性和透气率较高，在三元电池中应用更广泛。

表隔膜生产工艺对比

资料来源GGII

根据GGII数据，2022年中国锂电隔膜出货量124亿平米，同比增长59%；其中湿法隔膜市场占比达75%，干法单拉占比保持24%。隔膜领域代表公司包括恩捷股份、星源材质等。

六、封装

电芯形态

电芯（Cell）可以分为圆柱电芯、方形电芯和软包电芯；圆柱电芯采用卷绕工艺，方形电芯采用卷绕工艺或叠片工艺（刀片电池），软包电芯采用叠片工艺。 

方形电芯结构简单，单体容量大，空间利用率高，通常只需一两百块电芯就能组成电池包。特斯拉Model 3 和 Model Y 的入门车型采用方形电芯（磷酸铁锂），供应商为宁德时代；国产车型大多采用方形电芯。

软包电芯采用铝塑膜作为外壳，重量轻、空间利用率高，能够提升电芯能量密度，三元软包平均能量密度260Wh/kg；软包电芯的安全性能好，发生热失控时，一般会先胀气冲破铝塑膜封装，带走大量的热量，使得电池不发生爆炸。软包电芯的缺点包括产品一致性要求高，生产工艺复杂；成组效率相对较低；自我保护性较差，在出现极端情况时容易被刺穿，因而在电池包环节需要加入金属防护层等给予更多的保护，提高成本。LG、孚能科技研发的是软包电芯，代表车型有日产leaf，但是该车型在国内不销售。

圆柱电芯被特斯拉广泛使用，经历了从18650到2170再到4680的尺寸演变。

18650电池指的是直径18mm，高度65mm的电池，该类电池生产工艺成熟，生产线完备，成品性能稳定，一致性高，制造成本低，早期主要供应数码产品，后来被特斯拉采用成为电动汽车的电池。

18650电池后续进一步发展为2170电池（马斯克曾在特斯拉电池日上谈到，既然没人能解释18650末尾0的含义，那我们就把它删掉，这便是之前称18650，后续就变成2170而不是21700的原因）。

北京时间2020年9月23日凌晨，特斯拉在电池日推出4680电池。4680 大圆柱路线与 2170 电池相比，单体带电量提升5 倍，减少结构件等非活性物质占用体积，整体续航里程提升16%；同时，无极耳的设计大幅提升了电池功率，提高快充速度。

亿纬锂能是国内大圆柱电池的代表厂商，其生产的46950大圆柱电池能够达到350Wh/kg能量密度，支持9分钟超快充。46950大圆柱电池的其他特点包括设计、制造、回收标准化；全生命周期零应力；制造效率提升30%，制造成本降低50%；90%镍含量+硅碳材料等。

目前亿纬锂能大圆柱电池累计产出超50万颗，总优率大于92%。其荆门大圆柱20GWh工厂即将建成；四川成都、辽宁沈阳和欧洲匈牙利工厂陆续建设中，2025年规划总产能在100GWh以上。 

封装方案演进

传统的CTM（Cell to Module）标准化模组封装方案中，电芯（Cell）通过串联并联后，加以外壳框架封装，形成模组（Module）；多个模组由BMS系统和热管理系统共同管理，再由一层外壳包裹，形成电池包（Pack）。标准化模组电池包开发简单，但零部件多，空间利用率较低，系统成本高。

宁德时代于2019年推出CTP（Cell To Pack）技术，即无模组技术，其省略模组环节，直接将电芯集成为电池包。模组取消后电池包有更多的空间排列电芯，有利于提高整体能量密度，提高续航能力；同时，CTP也简化了电池包结构，零部件数量大幅减少，降低制造成本，有助于车身轻量化。CTP目前有两种技术路线，一是特斯拉的大模组方案（例如，Model S有16个模组，Model 3降到了4个大模组）；二是宁德时代的麒麟电池和比亚迪的刀片电池的完全无模组方案。

宁德时代CTP 3.0麒麟电池取消了电池包中的隔热垫、底部水冷板、横纵梁，替换为水冷夹层，空间利用率得到提高，夹层的弹性设计可以应对电芯热胀冷缩和鼓包的问题，也能充当横梁参与碰撞受力，电池包的充放电效率成倍提升。麒麟电池整包能量密度达到255Wh/kg，能够实现1000km以上的续航能力。

2020年3月，比亚迪推出刀片电池，其空间利用率提升50%（空间利用率越高，体积比能量密度越大，续航越长），续航突破600km（磷酸铁锂）。

CTC（Cell To Chassis）技术为新一代封装技术，即电池底盘一体化技术。它采用无模组构造，将电芯直接嵌入底盘，让电池成为车身结构一部分，取消了模组、电池包及相关零部件；电池管理系统高度集成化和轻量化，能够提高企业生产效率，降低材料成本和人工成本；同时由于模组外壳取消，底盘空间利用率进一步提升，能容纳更多电芯，提高车辆续航。从安全性角度考虑，为了保护电池，底盘刚性以及抗击抗扭能力需要进一步提升。

特斯拉Model Y、比亚迪海豹、零跑汽车等采用CTC技术。零跑汽车的CTC中，电芯以模组形式嵌入底盘，这样使得后期维修只需更换部分故障的模组，能够降低维修费用。