一、政策背景
電動化大趨勢愈演愈烈，我國通過系列化政策的引導和扶持，已經(jīng)成為全球最大的新能源汽車市場。眾所周知，新能源汽車的重要瓶頸在于電池的續(xù)航里程。在此背景下，國家《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》等紛紛鼓勵高能量密度電池的使用，近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導目錄（2017年修行）》政策提出解除純電動汽車合資企業(yè)限制以及取消汽車電子和動力電池股比限制，這也是促進國內(nèi)新能源汽車市場推廣應(yīng)用高能量密度電池的重要舉措。基于政策倒逼和動力電池技術(shù)的進步，智電汽車通過三元鋰和固態(tài)鋰電池的產(chǎn)品技術(shù)對標模型分析，來推演未來動力電池發(fā)展格局。
二、動力電池發(fā)展現(xiàn)狀分析
目前，國內(nèi)新能源汽車仍然在采用磷酸鐵鋰（BYD為主）和三元鋰電池，車型續(xù)航里程基本上都能夠達到300公里，但是電池系統(tǒng)平均能量密度水平為115 Wh/Kg。而2017年3月份，國家工信部等四部委聯(lián)合頒布《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動力申池單體比能量超過300 Wh/Kg；系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/Kg。
數(shù)據(jù)顯示，我國動力電池現(xiàn)狀與目標值差距達126%。這對這對磷酸鐵鋰電池來說太難了，但是對于以特斯拉為代表的三元鋰電池是完全可能的，其采用的動力電池性能好，BMS管理系統(tǒng)效率也高；此外，固態(tài)鋰電池也是可以將電池系統(tǒng)能量密度提升至 260Wh/Kg水平。
1、 三元鋰和磷酸鐵鋰電池?中流砥柱
當前，全球新能源車市場迎來蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵時期，主流汽車企業(yè)紛紛布局新能源汽車戰(zhàn)略，鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈快速成熟將進一步推動新能源汽車的規(guī)模化應(yīng)用。從全球的角度看，典型車企配套車型主要采用日韓動力電池，以三元鋰為主體，續(xù)航里程基本上都達到或超過350公里的水平。
國內(nèi)，從2017年新能源汽車前6批推廣目錄來看，新車型搭載電池的能量密度不同程度地提升。第一批目錄中能量密度超過115Wh/Kg 的車型僅占13.11%到第五批目錄中的73%，應(yīng)該說能量密度的提升已是大勢所趨。主流電動車企業(yè)配套的動力電池也逐步向三元鋰轉(zhuǎn)型，續(xù)航里程基本上都能夠達到300公里的水平。
綜合國內(nèi)外動力電池企業(yè)搭載新能源汽車情況看，三元鋰電池成為主流技術(shù)路線已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，但整車續(xù)航里程仍有提升的空間。這很可能在于動力電池能量密度、BMS效率提升等多方面原因所致。
2、全固鋰態(tài)動力電池發(fā)展?共識
世界各國先后制訂了高能量密度鋰電池的研發(fā)目標，均在積極地進行鋰硫電池、鋰空氣電池或鋰金屬電池等電池的前瞻性研究。固態(tài)鋰電池在繼承傳統(tǒng)鋰電池的優(yōu)點基礎(chǔ)上，安全性、能量密度等方面有了大幅進步。目前，目前全固態(tài)鋰電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達 300~400Wh/kg，其有望成為作為下一代高能量密度動力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，為學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。
圖1 世界各國對動力電池能量密度的階段目標
圖2 世界鋰電池技術(shù)路線走向
聚合物固態(tài)電池?商業(yè)化
全球動力電池關(guān)聯(lián)企業(yè)加速布局全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域以搶占先機，目前各個技術(shù)路徑呈現(xiàn)出不同產(chǎn)業(yè)化特點。目前，固態(tài)鋰電池以聚合物固態(tài)電池發(fā)展較快，由于其高溫工作性能較好，已經(jīng)完成實驗室驗證并有小部分企業(yè)實現(xiàn)小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
硫化物固態(tài)電池?能量密度高+成本低
由于鋰硫電池具有較高的能量密度和低廉的成本， 有著巨大的開發(fā)潛力，豐田、三星、CATL、豐田等國內(nèi)外企業(yè)紛紛加速布局。以豐田技術(shù)最為領(lǐng)先，其2010年就推出硫化物固態(tài)電池，2014年其實驗原型能量密度達到 400Wh/kg。截止到2017年初，豐田固態(tài)電池專利數(shù)量達到30件，遠高于其它企業(yè)。據(jù)豐田高管透露，豐田或?qū)⒃?020年實現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)企業(yè)CATL在硫化物固態(tài)電池方面相對領(lǐng)先，正加速開發(fā)純電動汽車用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池。
三、兩種技術(shù)路線的對比及影響分析
1、三元鋰電池?成熟
從產(chǎn)品成熟度角度來看，美國特斯拉Model系列車型已經(jīng)實現(xiàn)突破，其Model 3即將規(guī)模化銷量，進一步論證三元鋰動力電池的可行性。Model 3采用全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長變粗，能量密度也提高了20%，單體電池容量可達3~4.8Ah，大幅提升35%。毫無疑問，當前三元鋰動力電池已然為主流產(chǎn)品。
2、固態(tài)鋰電池?潛力
從技術(shù)潛力角度來看，三元鋰動力電池能量密度提升相對困難，全固態(tài)鋰電池能量密度提升，從理論上講更具可行性。一是全固態(tài)鋰電池電壓平臺提升，固態(tài)電解質(zhì)比有機電解液普遍具有更寬的電化學窗口，有利于進一步提升電池的能量密度；二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三是全固態(tài)鋰電池當前能量密度約400 Wh/Kg，預估最大潛力值達900 Wh/Kg，有超過100%的提升空間。固態(tài)鋰電池必將是未來的主流產(chǎn)品。
3、固態(tài)鋰電池?安全
近年來國內(nèi)外多次出現(xiàn)新能源汽車自燃事故，新能源汽車的使用越來越關(guān)注。其主要原因在于動力電池（三元鋰為主）的問題，動力電池電氣安全、功能安全、化學安全、機械安全方面控制仍不給力。一般而言，三元鋰電池液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，在長期使用過程中容易觸發(fā)“熱失控”，在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。
但全固態(tài)鋰電池具有極高的安全性，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現(xiàn)象。
4、固態(tài)鋰電池?明日之星
綜合上述產(chǎn)品、技術(shù)、安全等方面的比較，全固態(tài)鋰電池在使用安全和技術(shù)潛力方面具有絕對的優(yōu)勢，但是三元鋰電在產(chǎn)品成熟度、市場滲透方面具有相當?shù)膬?yōu)勢。綜合來看，當前三元鋰電為純電動汽車最為明智的選擇。
但是，一旦全固態(tài)鋰電池解決金屬鋰穩(wěn)定性差等問題后，將爆發(fā)強大的產(chǎn)品替代力，或?qū)㈩嵏矂恿﹄姵禺a(chǎn)業(yè)格局。
5、高能量動力電池?發(fā)展動力
前面提到了，國家政策導向已經(jīng)非常明確，大力支持高能量密度的新型鋰離子動力電池
的發(fā)展，并已經(jīng)有相應(yīng)的政策細則體現(xiàn)。主要表現(xiàn)在三個方面：一是2017年6月份國家工信部發(fā)布的雙積分政策，通過高能量密度降低電池質(zhì)量而獲得低的百公里電能消耗量 Y 時，可以獲得1.2 倍積分；二是去年年底補貼政策，強調(diào)了高能量密度（乘用車電池能量密度>120 Wh/Kg）時，可獲得1.1~1.2倍補貼；三是從獲取補貼必須進入的新能源汽車推廣目錄來看，乘用車三元鋰電車型占比持續(xù)提升，今年第6批車型份額占比超過70%，已然促進了高能量密度電池的發(fā)展。
6、高能量動力電池?新格局
雖然國內(nèi)新能源汽車推廣應(yīng)用方面取得了良好成績，但是主要面向私人消費者的純電動乘用車產(chǎn)品受制于“里程焦慮”影響尚未實現(xiàn)大規(guī)模使用。這要求動力電池有著更高的能量密度，就目前情況而言，僅三元鋰動力電池和固態(tài)鋰動力電池可能達成2020年目標。這將引發(fā)國內(nèi)動力電池技術(shù)新格局。
第一類，技術(shù)領(lǐng)先型。CATL企業(yè)本身已經(jīng)具備了三元鋰電技術(shù)沉淀，其產(chǎn)品將采用硅碳材料作為負極，“十三五”期間有望實現(xiàn)350Wh/kg目標；同時CATL在固態(tài)鋰電池（鋰硫電池、聚合物電芯）均取得了突破，如CATL設(shè)計制造的容量為325 mAh的聚合物電芯高溫循環(huán)性能表現(xiàn)良好。技術(shù)的領(lǐng)先和提前布局，能夠保證企業(yè)在新技術(shù)的應(yīng)用推廣時占據(jù)制高點。
第二類，技術(shù)跟隨型。國軒高科、力神等企業(yè)具備較強的市場基礎(chǔ)，都在加速研發(fā)具有高電池能量密度的三元鋰電技術(shù)。如科技部官網(wǎng)關(guān)于國軒高科三元鋰電技術(shù)的突破情況，其以“高鎳正極+硅基負極”為電池材料，實驗室電池能量密度水平達281 Wh/kg。但是這類企業(yè)很少或者基本上沒有涉及到固態(tài)鋰電池技術(shù)儲備。該類企業(yè)或?qū)⒓涌焱侨毡狙芯克akti3（美國）、清陶能源等具有全固態(tài)鋰電池技術(shù)的企業(yè)合資合作。
第三類，技術(shù)轉(zhuǎn)型類。比亞迪、萬向等企業(yè)，其核心產(chǎn)品磷酸鐵鋰電池能量密度上升空間有限，逐步降低磷酸鐵鋰電池的影響，加速轉(zhuǎn)型三元鋰電池技術(shù)路線。其中，萬向旗下A123
Systems磷酸鐵鋰產(chǎn)品能量密度止步于140Wh/kg左右；比亞迪計劃在2018年三元鋰電池能量密度達到240Wh/kg左右，2020年達到300Wh/kg左右。該類企業(yè)具有較強的技術(shù)積累和研發(fā)支撐，且有較強的技術(shù)嗅覺感，或?qū)⒓訌娡锌圃呵鄭u能源所、國能電池研究院等科研院所的合作，加快全固態(tài)動力電池的研發(fā)。
總而言之，磷酸鐵鋰技術(shù)路線正在被替代，三元鋰電池技術(shù)路線已經(jīng)成為主流，未來全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)路線將逐步替代三元鋰。
四、發(fā)展建議
未來，新能源汽車的健康與規(guī)模化推廣應(yīng)用很大程度上取決于高安全、高續(xù)航里程的動力電池的支撐力度。當前，新能源汽車動力電池技術(shù)進步將受國家政策、外部競爭的雙重壓力驅(qū)動，這就要求現(xiàn)有三元鋰動力電池技術(shù)的持續(xù)提升，同時也需要新的鋰離子電池的技術(shù)攻關(guān)和突破，以實現(xiàn)顛覆性的革新。對動力電池企業(yè)說，現(xiàn)在是最好的時期，也是最壞的時期。智電汽車認為，電池能量密度的“攻堅戰(zhàn)”已經(jīng)打響，動力電池行業(yè)格局將洗牌。未來企業(yè)要進入競爭力梯隊，需要重點做好兩點：一是要轉(zhuǎn)變思維方式和“居安思危”，由粗放規(guī)模化發(fā)展向“技術(shù)和規(guī)模化”并重的發(fā)展模式轉(zhuǎn)型，加速全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)儲備；二是要注重產(chǎn)品的安全性，既要加強與整車企業(yè)的合作，同時要規(guī)避“高田氣囊”事件在動力電池行業(yè)上演。
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