Photo by Kevin Peschke Kearney, 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。 锂电池技术革命：与“不确定”共舞 2 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 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。 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。 ओ1 ۰ஈዽḛ९‫ڟ‬ኳ᳟ጇ၍᷎ဿ+;L 3,939 4% +31% 3,026 5% 2,320 5% +39% 98 125 169 2016 2017 18’ მ᪤ጇ၍ާ‫ֹک‬ 60% 276 27% 67% 19’ 20’ 193 ‫ٶ‬ᛣጇ၍ 471 17% 74% 21’ 770 12% 16% 9% 74% 22’ 1,005 10% 1,359 8% 22% 1,773 7% 22% +VS[XL6EXI '%+6ʜʜ 9% 30% 43% 66% 30% 27% 24% 68% 71% 20% 71% 71% 23E’ 24E’ 71% 25E’ 26E’ 27E’ 28E’ ܳ‫ܫ‬ጇ၍ ໓ᄽ：ᒝ઻્₞༹ৄᐕᓇ 锂电池技术革命：与“不确定”共舞 3 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。 ओ2 ᛣᱞટஓWh/kg 600 400 350 250 2'1+4 1 150 100 50 1 ఛ ॐ  OQ) Q) OQ): )PIGXVMG XVM )PIGXVMGEMVGVEJX 1S 1SF 1SFMPIVSFSX 013 3' '7M$0M  013'7M$0M 2'1+4 300 ऑ 3 ุ ‫ݕ‬ ໡ ᪋ 7 2'17M3$' 2'%7M3$' 2'1'7M$0M 0MVMGL'7M$0M 2'%'7M$0M 0M 450 ࿨ \7 21'7M$0M 500 200 0M 0MVMGL0M 2'1'7M$0M 550 լֆ ᫽ᖷ Ქ ᳟ ₛ ጇ ᳟ ‫נ‬ᗖ ᳟vsᑤ᰿ ‫ڏ‬ ₚՀ ວׁ ‫״‬ᓯ ጇ ᲄ 013' '7M$ ' $ $0M  013'7M$0M OQ): 0* 0 *4'7 $ $0M 0*4'7M$0M 2 7XEVWXST 7LSVXHMWXERGI): )RIVK]WXSVEKI 2E 2E'Y*I 'Y*I1 1 2E'Y*I1R3'SOI 0 0*4' ჳఛₚ25~10wt%ₛ 2 ᄍߐऑఛₚ10~1wt%ₛ ‫ڟ‬ऑఛₚ0wt%ₛ 0 2015 2020 2025 2030 2035 ໓ᄽ：ᒝ઻્₞༹ৄᐕᓇ 锂电池技术革命：与“不确定”共舞 4 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 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 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 ) 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。 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。 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 ) 锂电池技术革命：与“不确定”共舞 5 ओ3 ጇ၍‫׍‬༯ຠᖷₚ‫ڏ‬O;Lₛ 1500 ~1,250 1200 ~1,050 ~1,000 2023-2026ഃົ᫽ᖷ 900 ~800 ~750 ~750 600 300 ‫ޤ‬ᙪੵ௸๕ׁЫໟՂ֛࠺‫׍‬༯ 0 NCM622 ՂԻׁՀ‫ڏ‬᳟Ыᑤ᰿Ქ᳟֛࠺ NCM811 NCA LFP NCMx2 LFPx2 ໓ᄽ：ᒝ઻્ ओ4 ‫׳ݱ‬ᗢᝌᱛᒲೋູₚ‫ڏ‬OQₛ NCM：~130‫ڏ‬/km NCMx: ~70‫ڏ‬/km LFP：~110‫ڏ‬/km LFPx: ~80‫ڏ‬/km 12,000 Յᑤ᰿Ქ᳟Ꮅဏ₞Հ‫׸ڏ‬ᖋञື ໓ສຢ়ᎎ‫׳ݱ‬ೋູՂᶐᓋᵒ 90,000 60,000 NCM NCMx LFP LFPx 30,000 ‫ޤ‬ᙪੵ௸๕ׁЫໟՂ֛࠺‫׍‬༯ ՂԻׁՀ‫ڏ‬᳟Ыᑤ᰿Ქ᳟֛࠺ 0 300 400 500 600 700 800 ໓ᄽ：ᒝ઻્ 锂电池技术革命：与“不确定”共舞 6 ओ5 ՛ऒ᳟ጇഃົ᫽ᖷᓨֆ༯૑ₚՄߩุ‫ݕ‬੪‫׸‬ᖋₛ 100% ୶₞2'1\՛ऒ୎न ‫׏‬ḭ Հ‫ڏ‬໊᳟ฬ‫׍‬༯ຖჭ₞ᑤ᰿Ქ᳟ ᱜৈ୎न‫׏‬ḭ₞୷ḙ᧤શञᵆິ ࠛՀ‫ڏ‬᳟୷ẆᾓṺ 80% 40% 20% 0% 2018 2019 Հ‫ڏ‬᳟ጇ၍ 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 ᑤ᰿Ქ᳟ጇ၍ ໓ᄽ：ᒝ઻્₞༹ৄᐕᓇ ओ6 ‫ڟ‬ኳ‫ֹک‬थ‫ݡ‬᳟ጇഃົ᫽ᖷᓨֆ༯૑ₚՄߩุ‫ݕ‬੪‫׸‬ᖋₛ 100% ୶₞2'1\՛ऒ‫׃‬ ঵ऒખᎎ୎न‫׏‬ḭ 80% 40% ზ঵3)1բ۰ฝՀ‫ڏ‬໊᳟ฬ‫׍‬༯ ႍܳḷᶛ₞᱘ޭষ‫ڏ‬ᎎጇ‫ݕ‬੪ഃ ົ᫽ᖷ₞୷஬ਁՅ՛ऒ‫ב‬Վᔨ᧥ ᑤ᰿Ქ᳟ጇ၍‫؝‬ஈߐᖢₚ৤ऒᭃ ়‫י‬Ыᒍሶੵ௸๕ׁᔒₛ 20% 0% 2018 2019 Հ‫ڏ‬᳟ጇ၍ 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 ᑤ᰿Ქ᳟ጇ၍ ໓ᄽ：ᒝ઻્₞༹ৄᐕᓇ 锂电池技术革命：与“不确定”共舞 7 钠离子电池：商业化在即，作为高性价比解决方案适 配低端应用 锂电池的爆发式市场需求增长对其供应造成压力，锂资源 成本激增。而钠资源储备丰富、成本极具吸引力，将在储 能等对电池体积与重量敏感度低的应用场景成为低成本 替代方案。 1. 相比锂离子电池，钠离子电池能量 密度较低，但原材料成本与高低温性 能更具优势 锂、 钠同属碱金属元素， 物化性质类似。 得益于钠资源丰富、 正极原材料价格友好、正负极集流体均可使用更为便宜的 铝箔等特点，钠离子电池相较锂离子电池均有显著的降本 空间（相比磷酸 铁锂电池，钠离子电池成本将 继续下探 20~30%，趋近铅酸电池 0.3-0.5 元 /Wh）。 从 能 量 密 度 看，钠 离 子 电 池 能 量 密 度 集 中 分 布 在 80-140Wh/kg，宁德时代公布第一代钠离子电池单体能量 密度为 160Wh/kg，二代产品将提升至 200Wh/kg，远高 于传统低端铅酸电池，趋近低性