【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 m與nca的普及應(yīng)用。未來(lái)動(dòng)力電池比能量將主要從電池的物理性能與化學(xué)性能兩方面著手提高，物理性能方面主要從材料輕量化、相互之間的搭配銜接突破，化學(xué)性能則主要通過(guò)新型材料的試用以實(shí)現(xiàn)電池電化學(xué)性能的最佳狀態(tài)。物理方法：工藝改進(jìn)仍有空間 電芯環(huán)節(jié)：圓柱路線目前成本最低，主要通過(guò)18650向20700與21700等大容量單體切換實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步降本；軟包路線成本最高，主要通過(guò)規(guī)?；a(chǎn)降成本以及改進(jìn)工藝提升能量密度； 方型路線主要通過(guò)大容量與鋁殼輕量化實(shí)現(xiàn)降成本，潛在降本空間在三類封裝路線中最大。pack環(huán)節(jié)：目前的重點(diǎn)突破環(huán)節(jié)，主要通過(guò)提升成組效率提升系統(tǒng)比能量，產(chǎn)業(yè)目標(biāo)為由目前65%水平提升至85%，對(duì)應(yīng)30%比能量提升空間?；瘜W(xué)方法：提升正極材料性能最為關(guān)鍵正極材料：高鎳ncm材料與nca材料，高比能量的正極材料能夠大大減少負(fù)極、隔膜與電解液等材料的用量； 負(fù)極材料：硅碳負(fù)極替代切換； 隔膜：薄型化隔膜； 電解液：新型電解液lifsi。、物理方法：工藝改進(jìn)仍有空間：輕量化+大容量電芯封裝方式按軟包、方形與圓柱分，成本也有所區(qū)別。其中，圓柱最低，軟包最高。主流大廠中catl與比亞迪走方形路線，力神、比克走圓柱路線，國(guó)軒高科同時(shí)走方形與圓柱路線，同時(shí)catl也在積極拓展軟包路線。圓柱路線：大容量電芯圓形鋰電池是指圓柱型鋰電池，最早的圓柱形鋰電池是由日本sony公司于1992年發(fā)明的18650鋰電池，因?yàn)?8650圓柱型鋰電池的歷史相當(dāng)悠久，所以市場(chǎng)的普及率非常高，圓柱型鋰電池采用相當(dāng)成熟的卷繞工藝，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品傳品質(zhì)穩(wěn)定，成本相對(duì)較低。圓柱的優(yōu)點(diǎn)包括1）結(jié)構(gòu)成熟，產(chǎn)業(yè)化程度高，且只有卷繞這一條技術(shù)路線，不用糾結(jié)其他方法；2）設(shè)備自動(dòng)化程度高，一致性高；3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以支持高能量密度材料使用；4）應(yīng)用范圍廣，產(chǎn)品消耗渠道豐富，整體成本有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，其缺點(diǎn)也包括：1）高溫升、充電倍率是普遍詬病；2）循環(huán)次數(shù)上限在1000多次，使用壽命較短，應(yīng)用場(chǎng)景局限在中低端。降成本方向：做大單體電芯。特斯拉已經(jīng)model3中用20700替代18650電芯，20700電池增加的尺寸大概為10%。根據(jù)特斯拉的估計(jì)，在達(dá)到與18650同樣的良率和產(chǎn)能后，20700能帶來(lái)能量密度增加34%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)成本下降510%。軟包路線：規(guī)模化生產(chǎn)軟包電池，又稱聚合物鋰電池，是使用高分子膠態(tài)或固態(tài)電解質(zhì)的類方型電池，它們的制作工藝相似度很高，多用于手機(jī)、平板等高端3c產(chǎn)品上，因?yàn)楦叻肿与娊赓|(zhì)全憑人工合成，所以成本較高，目前應(yīng)用到動(dòng)力電池上，還沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)。軟包鋰電池所用的關(guān)鍵材料—正極材料、負(fù)極材料及隔膜—與傳統(tǒng)的鋼殼、鋁殼鋰電池之間的區(qū)別不大，最大的不同之處在于軟包裝材料（鋁塑復(fù)合膜）。軟包電池的優(yōu)勢(shì)主要在于安全性能好。軟包電池的優(yōu)點(diǎn)：1）安全性：在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，發(fā)生安全問(wèn)題時(shí)，軟包電池一般會(huì)鼓氣裂開(kāi)，而不像鋼殼或鋁殼電芯那樣發(fā)生爆炸；2）重量輕，軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%，較鋁殼鋰電池輕20%；3）內(nèi)阻小，軟包電池的內(nèi)阻較鋰電池小，可以極大的降低電池的自耗電；4）循環(huán)性能好，軟包電池的循環(huán)壽命更長(zhǎng)，100次循環(huán)衰減比鋁殼少4%～7%；5）設(shè)計(jì)靈活，外形可變?nèi)我庑螤?，可以更薄，可根?jù)客戶的需求定制，開(kāi)發(fā)新的電芯型號(hào)。軟包電池的不足之處是一致性較差，成本較高，容易發(fā)生漏液。未來(lái)成本下降主要通過(guò)規(guī)?；a(chǎn)解決，漏液則可以通過(guò)提升鋁塑膜質(zhì)量來(lái)解決。方形路線：大尺寸與鋁殼輕量化方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，由于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、能量密度較高，在國(guó)內(nèi)普及率很高。方形硬殼電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料，內(nèi)部采用卷繞式或疊片式工藝，對(duì)電芯的保護(hù)作用優(yōu)于于鋁塑膜電池（即軟包），電芯安全性相對(duì)圓柱型電池也有了較大改善。鋁殼輕量化與統(tǒng)一規(guī)格是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)。鋰電池鋁殼在鋼殼基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，與鋼殼相比，輕重量和安全性以及由此而來(lái)的性能優(yōu)點(diǎn)，使鋁殼成為鋰電池外殼的主流。鋰電池鋁殼目前還在向高硬度和輕重量的技術(shù)方向發(fā)展，間接提升比能量。此外，由于方形鋰電池可以根據(jù)產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行定制化生產(chǎn)，所以市場(chǎng)上有成千上萬(wàn)種型號(hào)，而正因?yàn)樾吞?hào)太多，工藝很難統(tǒng)一，未來(lái)成本下降還需要方形路線實(shí)現(xiàn)型號(hào)上的統(tǒng)一。方形路線在通過(guò)增大尺寸降成本的空間大于圓柱路線。美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的一項(xiàng)研究分析了圓柱形電池和方形電池的成本情況，發(fā)現(xiàn)在目前的技術(shù)水平下，圓柱形進(jìn)一步降低成本的空間很小，通過(guò)提升圓柱形電池的尺寸和增加電極厚度的方式來(lái)降低成本已經(jīng)收效甚微，而方形電池則有很大的潛力去降低鋰離子電池的成本，因此未來(lái)電芯封裝環(huán)節(jié)成本快速下降的機(jī)會(huì)很可能會(huì)出現(xiàn)在方形領(lǐng)域。 pack環(huán)節(jié)：提升成組效率電池pack系統(tǒng)利用機(jī)械結(jié)構(gòu)將眾多單個(gè)電芯通過(guò)串并聯(lián)的連接起來(lái)，并考慮系統(tǒng)機(jī)械強(qiáng)度、熱管理、bms匹配等問(wèn)題。pack是銜接整車、電池、bms的紐帶，而bms則是動(dòng)力電池組的核心技術(shù)，是電池pack廠的核心競(jìng)爭(zhēng)力，也是整車企業(yè)最為關(guān)注的環(huán)節(jié)。pack環(huán)節(jié)的成組效率是提升系統(tǒng)比能量的關(guān)鍵。同樣150wh/kg級(jí)別的電芯，65%與85%，前者是目前國(guó)內(nèi)的平均水平，而后者是工信部擬定到2020年的目標(biāo)。成組效率從65%提至85%對(duì)應(yīng)30%以上的系統(tǒng)比能量提升與較大幅度的成本下降，在各條路徑中顯得尤為關(guān)鍵。pack環(huán)節(jié)成組效率提升主要有以下方法：1）提升集成效率。通過(guò)去除贅余組件以及關(guān)聯(lián)組件的集成來(lái)最大限度地減少組件數(shù)量來(lái)提高集成效率。2）減重，采用輕量化的材料和設(shè)計(jì)。3）電池包與底盤一體化。pack體系經(jīng)歷了第一代的t字或者工字型，再到第二代的土字型和田字形，目前已經(jīng)來(lái)到第三代的一體化平臺(tái)，國(guó)際一線的特斯拉與大眾已經(jīng)在這么做。一體化平臺(tái)的好處是把部分電池包的承重轉(zhuǎn)移到底盤上，從而實(shí)現(xiàn)輕量化。大眾的meb平臺(tái)是其電池組未來(lái)實(shí)現(xiàn)成本大幅下降的關(guān)鍵。以大眾為例，大眾的針對(duì)電動(dòng)車專屬研發(fā)的meb（mebelectrictoolkit）平臺(tái)是以大眾目前的mqb平臺(tái)為基礎(chǔ)，適用于電動(dòng)車的全新的模塊化平臺(tái)。meb平臺(tái)的構(gòu)架是由底部的電池組而展開(kāi)，打造更長(zhǎng)的軸距和更短的前后懸，營(yíng)造出更大的內(nèi)部空間，從a到c級(jí)全系列乘用車或輕型商用車都可基于該平臺(tái)打造。電池組pack與bms設(shè)計(jì)也根據(jù)平臺(tái)打造，根據(jù)不同車型僅需要做一定的修繕與升級(jí)，設(shè)計(jì)與研發(fā)成本被最大化的攤薄。未來(lái)國(guó)內(nèi)車企自主搭建pack產(chǎn)線或由電池企業(yè)深度集成是趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)的pack產(chǎn)業(yè)是整車廠、電池廠、獨(dú)立第三方三足鼎立，且pack企業(yè)之間水平差距很大，不少pack企業(yè)的技術(shù)水平都還僅僅停留在簡(jiǎn)單的電芯串并聯(lián)上，無(wú)法實(shí)現(xiàn)結(jié)合整車設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行pack設(shè)計(jì)和組裝，真正能達(dá)到下游整車廠商需求的優(yōu)質(zhì)pack廠商屈指可數(shù)。未來(lái)pack將以整車企業(yè)主導(dǎo)。我國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)未來(lái)一定是以乘用車為主要驅(qū)動(dòng)，而乘用車電池pack遠(yuǎn)比商用車復(fù)雜，需要大量研發(fā)投入。電池企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備主要集中于電池本身的研發(fā)，在pack體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如bms、熱管理等不具備較強(qiáng)實(shí)力。因此，未來(lái)的格局將是整車企業(yè)主導(dǎo)，第三方pack企業(yè)憑借專業(yè)能力也能得到一定空間，但仍然需要依附于整車企業(yè)或產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。、化學(xué)方法：提升正極材料性能最為關(guān)鍵興業(yè)證券認(rèn)為，相比物理改進(jìn)，動(dòng)力電池的關(guān)鍵性突破仍然大概率要從提升電池電熱化學(xué)性能著手，通過(guò)新型的電池材料以及相互間的搭配、工藝的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)能量密度的進(jìn)一步提升。而本土企業(yè)在未來(lái)幾年內(nèi)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的路徑也非常清晰，就是三元高鎳ncm電池與nca電池。本土三元龍頭企業(yè)正在加速實(shí)現(xiàn)高比能三元電池量產(chǎn)。以本土高比能電池的代表企業(yè)比克電池為例，在本土企業(yè)中位列第2，僅次于catl，其商業(yè)規(guī)劃具備一定代表性。根據(jù)其規(guī)劃，比克的ncm與nca電池量產(chǎn)計(jì)劃齊頭并進(jìn)，目前能量密度達(dá)248wh/kg的nca電池已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而下一代285wh/kg的nca電池將于年內(nèi)量產(chǎn)。就能量密度來(lái)看，已經(jīng)達(dá)到特斯拉與松下水準(zhǔn)。：高鎳ncm材料與nca材料正極材料是電池能量的短板，提高正極材料比容量是提高電池能量密度的最佳方式，未來(lái)高比容量的nca和高鎳ncm是大勢(shì)所趨。正極材料的比容量一般為100200mah/g，而石墨負(fù)極材料的比容量高達(dá)400mah/g，所以電池中負(fù)極和電解液等一般采用冗余配置，電池的最終能量密度由正極材料決定。采用高容量的正極材料，能夠帶來(lái)負(fù)極、隔膜、電解液用量的大幅減少，電池最終能量密度的提升幅度遠(yuǎn)大于正極材料比容量提高的幅度。所以采用高容量的正極材料對(duì)于減輕電池重量，提高電動(dòng)車的續(xù)航性能具有重要意義。本土正極材料龍頭企業(yè)正在加速實(shí)現(xiàn)高鎳三元正極材料量產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)ncm111和ncm523型三元正極材料產(chǎn)品相對(duì)成熟，而622ncm于2016年開(kāi)始逐步在部分動(dòng)力電池企業(yè)中推廣，未來(lái)將逐步拓展至811ncm以及nca材料。以材料龍頭杉杉股份為例，公司現(xiàn)有三元材料以ncm53ncm523和ncm622為主，目前正在積極推進(jìn)高鎳三元產(chǎn)線，在建產(chǎn)能包括寧鄉(xiāng)二期1萬(wàn)噸ncm622產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2017年年底投產(chǎn)，以及寧夏5000噸ncm811產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2018年投產(chǎn)。 負(fù)極材料：硅碳負(fù)極硅負(fù)極的理論能量密度超其10倍，高達(dá)4200mah/g，通過(guò)在石墨材料加入硅來(lái)提升電池能量密度已是業(yè)界公認(rèn)的方向之一，但其也有技術(shù)難點(diǎn)，主要在于在充放電過(guò)程中會(huì)引起硅體積膨脹100%~300%。據(jù)報(bào)道特斯拉將在model3中采用了電池新材料，“特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mah/g以上”。本土進(jìn)展方面，國(guó)內(nèi)前幾大負(fù)極材料生產(chǎn)廠商陸續(xù)對(duì)硅碳負(fù)極材料進(jìn)行布局，深圳貝特瑞和江西紫宸已率先推出多款硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品，上海杉杉正處于硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，星城石墨已將硅碳新型負(fù)極材料作為未來(lái)產(chǎn)品研發(fā)方向。貝特瑞研發(fā)的s1000型號(hào)硅碳負(fù)極材料的比容量更是高達(dá)1050mah/g，盡管離硅的理論比容量4200mah/g仍有較大差距，但已經(jīng)是人造石墨負(fù)極材料比容量的3倍，性能大幅度地提高。：薄型化隔膜隔膜工藝主要分干法與濕法兩類。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜技術(shù)路線主要分為干法與濕法兩種，干法成本較低但不適合大功率電池，濕法更薄能夠滿足大功率的要求，但是成本較貴。最早的主流是干法；2015年三元產(chǎn)量上升后濕法使用較多，預(yù)計(jì)2020年干濕法占比50%，分別應(yīng)用于中低端與高端領(lǐng)域。國(guó)產(chǎn)隔膜距離海外一線龍頭仍有距。日本的旭化成是隔膜行業(yè)的龍頭，市占率在50%以上。過(guò)去12年，中國(guó)還有不少企業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)，但無(wú)法對(duì)龍頭地位構(gòu)成撼動(dòng)。旭化成干法現(xiàn)在可量產(chǎn)出貨的是12微米，濕法還是67微米。由于原料、技術(shù)、工藝與制備設(shè)備的差距，目前國(guó)產(chǎn)隔膜一致性較差，且厚度無(wú)法達(dá)到要求，干法2040微米仍為主流。未來(lái)發(fā)展：薄型化隔膜。隨著動(dòng)力電池比能量快速提升，16微米、12微米甚至8微米的隔膜開(kāi)始應(yīng)用，而濕法工藝制成的隔膜能夠達(dá)到要求。而干法隔膜隨著工藝的逐步改進(jìn)近幾年也能夠應(yīng)用于低比能量的三元電池中。：新型電解液lifsi 電解質(zhì)中添加lifsi后，可提高離子導(dǎo)電率及電池充放電特性。比如，反復(fù)充放電300次后，％，保持率可超過(guò)80％。目前l(fā)ifsi已經(jīng)被行業(yè)中大部分企業(yè)進(jìn)行過(guò)性能測(cè)試，特別是行業(yè)排名靠前的企業(yè)，如松下、lg、三星、索尼，以及日本的主流電解液生產(chǎn)商，如宇部化學(xué)、中央硝子等，同時(shí)其年使用量也處于趨勢(shì)性上上升階段。他山之石可以攻玉 放眼海外上下求索興業(yè)證券認(rèn)為，動(dòng)力電池從電池材料、電芯的生產(chǎn)、電池模組化再到電池pack，整條產(chǎn)業(yè)化路徑并不是相互割裂的，而是有機(jī)的整體。未來(lái)要實(shí)現(xiàn)成本下降，不論是通過(guò)生產(chǎn)模式與商業(yè)模式上的改進(jìn)還是通過(guò)物理與化學(xué)手段提升電池能量密度，都并非由某幾個(gè)環(huán)節(jié)單向突破能夠達(dá)成，而是基于全局角度設(shè)計(jì)達(dá)到最終優(yōu)化。例如，高比能量正極材料的使用需要相應(yīng)負(fù)極、電解液與隔膜的升級(jí)配合，同時(shí)需要pack成組系統(tǒng)中的bms的升級(jí)，同時(shí)配合性能更好的溫控系統(tǒng)。比能量的提升是以成本上升為代價(jià)的，對(duì)應(yīng)到單位wh的成本是否下降則需要不斷地調(diào)試與優(yōu)化，這方面海外已經(jīng)走在前列。因此本章聚焦海外實(shí)現(xiàn)成熟商業(yè)化的車型與對(duì)應(yīng)的電池技改降本之路，以窺未來(lái)國(guó)產(chǎn)高比能時(shí)代的降成本前景。全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)集中在東亞目前，動(dòng)力電池產(chǎn)能90%以上集中在日本、韓國(guó)與中國(guó)等東亞國(guó)家，松下、lg、三星、比亞迪、catl等企業(yè)供應(yīng)了全球絕大部分的鋰電池。日本早在上世紀(jì)90年代就大力投入鋰電池研究，韓國(guó)與21世紀(jì)初跟進(jìn)，而中國(guó)雖然進(jìn)入時(shí)間較為滯后，但巨額補(bǔ)貼資金的投入也帶來(lái)了巨大的收效。日韓企業(yè)在技術(shù)上具備優(yōu)勢(shì)國(guó)際一線車企主要車型的電芯供應(yīng)幾乎由日韓電池企業(yè)包辦。2016年銷量排行前20車型中，對(duì)應(yīng)的電池供應(yīng)商有日本的松下和aesc，韓國(guó)的lg化學(xué)、三星sdi和ski，北美電動(dòng)汽車電池的供應(yīng)商基本被日本和韓國(guó)壟斷。本土?xí)簳r(shí)由于政策因素使得日韓巨頭未能大規(guī)模進(jìn)入，但是仍然不能掩飾本土企業(yè)在技術(shù)儲(chǔ)備上相較日韓巨頭的劣勢(shì)。本土企業(yè)在成本方面具備優(yōu)勢(shì)，未來(lái)中國(guó)將成世界電池工廠然而，單就成本而言，中國(guó)在主要的產(chǎn)地已經(jīng)展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，在包括四大材料在內(nèi)的主要電池材料供應(yīng)環(huán)節(jié)均涌現(xiàn)一批規(guī)?；钠髽I(yè)，具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)同時(shí)具備一定技術(shù)能力。根據(jù)cemac的測(cè)算，由于在勞動(dòng)力成本與材料成本上的優(yōu)勢(shì)，截止2015年底，中國(guó)動(dòng)力電池不論在成本還是在售價(jià)上均已處于全球最低水平?？紤]到今年以來(lái)本土電池掀起的新一輪降價(jià)潮(20%降幅)，成本已經(jīng)成為中國(guó)動(dòng)力電池的核心優(yōu)勢(shì)所在。未來(lái)動(dòng)力電池產(chǎn)能持續(xù)向中國(guó)轉(zhuǎn)移是大趨勢(shì)，而中國(guó)也將成為世界的動(dòng)力電池工廠，培育出一批具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的動(dòng)力電池龍頭企業(yè)。本土模仿吸收海外成熟技術(shù)是必由之路興業(yè)證券認(rèn)為國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)在成本上較日韓巨頭有優(yōu)勢(shì)，但在技術(shù)儲(chǔ)備上處于劣勢(shì)。國(guó)內(nèi)企業(yè)未來(lái)的降成本提技術(shù)之路必然是在對(duì)于國(guó)外的模仿基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超越，模仿的對(duì)象不應(yīng)局限在電芯級(jí)別，而是目前已在全球暢銷車型中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的主流電池包及其采取的技術(shù)路線。興業(yè)證券對(duì)三款最為主流的車型電池組進(jìn)行剖析，而這三款電池也正好對(duì)應(yīng)三家日韓巨頭電池企業(yè)，松下、lg與三星。以及三種主要的封裝形式，圓柱、軟包與方形路線。