一、車用動(dòng)力電池發(fā)展的主要問(wèn)題與總體認(rèn)識(shí)

1.動(dòng)力電池發(fā)展仍然存在不確定性

當(dāng)前，電動(dòng)化已成為汽車產(chǎn)業(yè)不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)。而車用電池作為影響電動(dòng)汽車可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，其發(fā)展仍存在一定的不確定性。這其中既有科學(xué)問(wèn)題，也有產(chǎn)業(yè)應(yīng)用問(wèn)題。

從科學(xué)的角度來(lái)看，車用電池技術(shù)目前尚未收斂：一方面，電池材料體系仍面臨多樣選擇，主要包括磷酸系電池、三元系電池、鈉電池、無(wú)鈷電池以及固態(tài)電池等，其下又可細(xì)分為磷酸鐵鋰電池、磷酸錳鐵鋰電池，三元5系電池、三元8系電池，半固態(tài)電池、全固態(tài)電池等。另一方面，電池技術(shù)及工藝的開發(fā)，包括電池性能潛力的可開發(fā)程度、關(guān)鍵的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、電池與整車集成趨勢(shì)下的創(chuàng)新方向等，也存在不確定性。

從應(yīng)用的角度來(lái)看，電池還涉及到多種不同應(yīng)用場(chǎng)景的選擇，以及對(duì)這些場(chǎng)景潛力的判斷：例如，不同材料體系的電池是適用于儲(chǔ)能，還是適用于車輛動(dòng)力系統(tǒng)？是適用于低端車型、中端車型，還是高端車型？又如，某種電池在各種特定場(chǎng)景下的應(yīng)用狀況，有無(wú)替代性的競(jìng)爭(zhēng)電池，市場(chǎng)空間的大小以及市場(chǎng)爆發(fā)和飽和的時(shí)間點(diǎn)，產(chǎn)能布局和建設(shè)的情況，等等。

顯然，上述問(wèn)題對(duì)于企業(yè)在電動(dòng)化方向上進(jìn)行戰(zhàn)略決策及保持戰(zhàn)略定力至關(guān)重要，并將直接影響汽車產(chǎn)品的研發(fā)周期、成本乃至綜合競(jìng)爭(zhēng)力。為此，蓋斯特基于長(zhǎng)期持續(xù)的深入研究，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新實(shí)踐，對(duì)主流動(dòng)力電池當(dāng)前的現(xiàn)狀及未來(lái)的趨勢(shì)進(jìn)行了研判。特將觀點(diǎn)分享如下，供行業(yè)同仁參考。

2.動(dòng)力電池的創(chuàng)新發(fā)展仍有很大空間

動(dòng)力電池的創(chuàng)新主要涉及材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和裝備創(chuàng)新等。其中，材料創(chuàng)新是根本因素，工藝結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、電池與整車集成創(chuàng)新是重要因素，裝備創(chuàng)新則是支撐因素。這些創(chuàng)新既有各自的獨(dú)立性，又彼此影響、密切相關(guān)。四個(gè)創(chuàng)新領(lǐng)域的不斷拓展，特別是“四合一”的協(xié)同創(chuàng)新，將是今后動(dòng)力電池優(yōu)化的主要方向。參見圖1。

圖1車用動(dòng)力電池的創(chuàng)新方向與相互關(guān)系

具體來(lái)說(shuō)，首先，材料創(chuàng)新深度影響結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。動(dòng)力電池需要基于材料的固有特性，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)適配的封裝、集成形式。同時(shí)，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新也會(huì)反向推動(dòng)材料創(chuàng)新。例如，高集成化、結(jié)構(gòu)極簡(jiǎn)化等結(jié)構(gòu)創(chuàng)新要求電池材料進(jìn)行摻雜、包覆等改良性創(chuàng)新，以更適配于結(jié)構(gòu)。其次，電池與整車的集成創(chuàng)新對(duì)電池材料和結(jié)構(gòu)提出更高、更多的創(chuàng)新要求。最后，電池材料、結(jié)構(gòu)和集成創(chuàng)新都會(huì)對(duì)裝備提出創(chuàng)新要求。如果沒有裝備的支撐，再先進(jìn)的電池設(shè)計(jì)方案也很難落地。

總體而言，動(dòng)力電池創(chuàng)新仍有很大的發(fā)展空間，而不同材料體系的電池創(chuàng)新各有不同的側(cè)重點(diǎn)，這將帶來(lái)磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、半固態(tài)電池、全固態(tài)電池以及鈉離子電池等不同的應(yīng)用前景。下面逐一進(jìn)行分析。

二、不同材料體系電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)判斷

1.磷酸鐵鋰電池

蓋斯特判斷：磷酸鐵鋰電池的近期發(fā)展及未來(lái)潛力均會(huì)超出預(yù)期。得益于其高安全、低成本及性能提升潛力，磷酸鐵鋰電池在今后10年仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。

一方面，磷酸鐵鋰電池具有低成本、長(zhǎng)壽命、產(chǎn)業(yè)鏈成熟等突出優(yōu)勢(shì)。低成本和長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，決定了磷酸鐵鋰電池更適用于儲(chǔ)能；同時(shí)產(chǎn)業(yè)鏈成熟，又進(jìn)一步增強(qiáng)了其相對(duì)于其他儲(chǔ)能技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力。不過(guò)磷酸鐵鋰電池的安全性與其儲(chǔ)存的總能量成反比，目前大容量磷酸鐵鋰電池的安全性還面臨一定挑戰(zhàn)，這是未來(lái)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。另一方面，磷酸鐵鋰電池也有能量密度較低、快充性能和低溫性能較差等劣勢(shì)，導(dǎo)致其在車端應(yīng)用存在局限，只能作為中低端車型的主流選項(xiàng)。

當(dāng)前磷酸鐵鋰電池以車端應(yīng)用為主，且呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，2020-2023年磷酸鐵鋰電池在汽車市場(chǎng)上的占有率分別為36%、51%、55.6%、67%；同時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用尚處于示范階段，多個(gè)省份陸續(xù)發(fā)布了示范項(xiàng)目，不過(guò)儲(chǔ)能應(yīng)用的長(zhǎng)期潛力是非常巨大的。需要注意的是，隨著產(chǎn)能的迅速攀升，近期磷酸鐵鋰電池或?qū)⒊霈F(xiàn)日益嚴(yán)重的產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)到2023年底，磷酸鐵鋰正極材料的產(chǎn)能達(dá)到349萬(wàn)噸，支撐著約1500GWh的電池產(chǎn)能，遠(yuǎn)超實(shí)際需求。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，必須從自身產(chǎn)品的市場(chǎng)定位和特性需求出發(fā)，進(jìn)行磷酸鐵鋰電池的技術(shù)開發(fā)。如果是用于商用車或者儲(chǔ)能，應(yīng)著力研發(fā)長(zhǎng)循環(huán)壽命的磷酸鐵鋰電池；而如果是用于乘用車，那循環(huán)壽命夠用即可，更多地應(yīng)考慮如何提升磷酸鐵鋰電池的能量密度。

展望未來(lái)，預(yù)計(jì)磷酸鐵鋰電池將基于場(chǎng)景需求驅(qū)動(dòng)，在以下幾個(gè)主要方向上進(jìn)一步優(yōu)化：一是提升能量密度。通過(guò)負(fù)極引入硅氧，其能量密度可提升10%左右；通過(guò)正極摻雜錳元素，其能量密度理論上可提升20%左右，實(shí)際上也可提升10%以上。由于能量密度的提升會(huì)帶來(lái)循環(huán)壽命的下降，因此這方面的優(yōu)化主要面向車用場(chǎng)景。二是提高循環(huán)壽命。如果不追求更高的能量密度，磷酸鐵鋰電池相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)1萬(wàn)次以上的循環(huán)壽命。這方面的優(yōu)化主要面向儲(chǔ)能場(chǎng)景。三是提升耐低溫性能，通過(guò)電解液改進(jìn)等類似的小優(yōu)化持續(xù)進(jìn)步，可實(shí)現(xiàn)在-20℃下放電容量保持率達(dá)到85%甚至更高。

綜上，磷酸鐵鋰電池的性能特點(diǎn)及成本優(yōu)勢(shì)決定了其在近中期的車用/儲(chǔ)能市場(chǎng)上均有較大的應(yīng)用空間。蓋斯特對(duì)磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)空間的預(yù)測(cè)見圖2。

圖2磷酸鐵鋰電池的市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)

如圖2所示，在可預(yù)期的未來(lái)，磷酸鐵鋰電池在車用和儲(chǔ)能雙輪驅(qū)動(dòng)下，市場(chǎng)空間將持續(xù)擴(kuò)大。車用方面，2030年前磷酸鐵鋰電池都將處于主流地位，不過(guò)市場(chǎng)占有率會(huì)先升后降，中期的替代可能來(lái)自于磷酸錳鐵鋰電池，而長(zhǎng)期的替代將來(lái)自于三元鋰電池。儲(chǔ)能方面，2030年前磷酸鐵鋰電池會(huì)有較大的發(fā)展機(jī)會(huì)，之后將面臨日益加劇的多元儲(chǔ)能方式競(jìng)爭(zhēng)。其中，退役電池的數(shù)量正快速激增，有望在儲(chǔ)能場(chǎng)景得到應(yīng)用；同時(shí)鈉電池約在2025年、V2G（車輛與電網(wǎng)互動(dòng)）約在2030年、氫能約在2035年開始，將對(duì)儲(chǔ)能市場(chǎng)格局產(chǎn)生較大影響。此外，海外市場(chǎng)也是磷酸鐵鋰電池的重要機(jī)遇，且目前正處于有利時(shí)期。因?yàn)橹袊?guó)企業(yè)已有成熟經(jīng)驗(yàn)（包括技術(shù)、工藝、裝備、設(shè)計(jì)等），再加上中國(guó)電動(dòng)車的加快出海，預(yù)計(jì)磷酸鐵鋰電池在海外市場(chǎng)將迅速進(jìn)入爆發(fā)期。

2.三元鋰電池

蓋斯特判斷：三元鋰電池雖然目前的發(fā)展速度低于預(yù)期，但是后續(xù)潛力很大。憑借其能量密度、快充性能等優(yōu)勢(shì)，三元鋰電池將是今后15年中高端車型上的主流選項(xiàng)。

一方面，三元鋰電池在能量密度、快充性能和低溫性能等方面具有優(yōu)勢(shì)。例如，其單體能量密度可達(dá)300Wh/kg以上，極限可做到500Wh/kg，遠(yuǎn)超磷酸鐵鋰電池；又如，三元鋰電池正在開發(fā)可支持6C甚至8C超快充（C為電池充放電倍率，等于充放電電流/額定容量）的高倍率充電，而磷酸鐵鋰電池通常只能做到1.5C左右，即使領(lǐng)先的產(chǎn)品，目前也僅做到4C，快充速度相差很大。另一方面，三元鋰電池在成本、安全性、循環(huán)壽命及資源依賴等方面仍有劣勢(shì)。例如，三元鋰電池能量密度的提升將帶來(lái)其安全性挑戰(zhàn)的升級(jí)；又如，鋰、鈷等主要材料的價(jià)格波動(dòng)會(huì)影響三元鋰電池的成本。針對(duì)這些問(wèn)題，三元鋰電池正向單晶化、高壓化、高鎳化的方向發(fā)展，同時(shí)回收技術(shù)也日益受到重視。

當(dāng)前，三元鋰電池在中高端車型上占據(jù)絕對(duì)核心地位，盡管裝車占比有所下降，不過(guò)得益于新能源汽車的高速增長(zhǎng)，絕對(duì)數(shù)量仍在提升。當(dāng)然，三元鋰電池的市場(chǎng)空間主要集中在車用，因?yàn)槠涫苎h(huán)壽命和成本的限制，不太適合儲(chǔ)能應(yīng)用；同時(shí)在消費(fèi)電子領(lǐng)域雖有一定優(yōu)勢(shì)，但總體上需求有限。此外，三元鋰電池的產(chǎn)能存在結(jié)構(gòu)性過(guò)剩，即總體產(chǎn)能過(guò)剩，而高端產(chǎn)能仍然不足。預(yù)計(jì)到2025年，三元正極材料的產(chǎn)能可達(dá)200萬(wàn)噸，足以支撐1150GWh的電池產(chǎn)能；但在高安全、高品質(zhì)管控、高能量密度的高端電池市場(chǎng)上，還會(huì)有較大的缺口。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，要充分認(rèn)識(shí)到三元鋰電池較大的開發(fā)潛力，尤其應(yīng)著力做好正負(fù)極的潛力挖掘與電池的安全管控，同時(shí)也應(yīng)加快推進(jìn)材料回收，以降低電池成本并減少對(duì)資源的依賴。

展望未來(lái)，預(yù)計(jì)三元鋰電池將向更高能量密度、更高安全性以及提高循環(huán)壽命、降低成本等方向發(fā)展。其中，在能量密度方面，5系電池中鎳高壓化后可達(dá)到8系電池水平，且有成本優(yōu)勢(shì)，短期內(nèi)有一定的競(jìng)爭(zhēng)力；長(zhǎng)期來(lái)看，則需在超高鎳正極（增鎳降鈷）和硅碳負(fù)極（增硅）等方面持續(xù)優(yōu)化。在此過(guò)程中，所需的主要技術(shù)支撐，一是降低電解液中液體含量，這就需要實(shí)現(xiàn)材料改進(jìn)、電極設(shè)計(jì)優(yōu)化以及制造升級(jí)；二是攻關(guān)復(fù)雜性越來(lái)越高的安全技術(shù)，特別是與電動(dòng)汽車的熱管理有效結(jié)合。在成本方面，需從產(chǎn)業(yè)鏈布局和模式創(chuàng)新等維度入手來(lái)降低成本，而做好回收與電池成本息息相關(guān)，直接關(guān)乎未來(lái)產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)成為企業(yè)關(guān)鍵性的長(zhǎng)期戰(zhàn)略。

綜上，由于三元鋰電池的開發(fā)潛力大，同時(shí)其他替代性電池的量產(chǎn)應(yīng)用尚待時(shí)日，所以，三元鋰電池雖然近期市場(chǎng)份額有所下降，但中長(zhǎng)期的發(fā)展前景仍然值得期待。蓋斯特對(duì)三元鋰電池市場(chǎng)空間的預(yù)測(cè)見圖3。

圖3三元鋰電池的市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)

如圖3所示，在可預(yù)期的未來(lái)，三元鋰電池將有很大的增長(zhǎng)空間，而當(dāng)前痛點(diǎn)的解決將推動(dòng)其得到更廣泛的應(yīng)用。從時(shí)間上看，未來(lái)15年三元鋰電池都將是主流的車用電池，且市場(chǎng)占有率會(huì)逐漸回升。其原因有二：一是全新材料體系的全固態(tài)電池具有充分替代三元鋰電池的可能性，但這種替代將是工業(yè)體系的替代，涉及到產(chǎn)業(yè)鏈配套、產(chǎn)能調(diào)整、政策支持（屆時(shí)很難再有針對(duì)動(dòng)力電池的補(bǔ)貼等激勵(lì)政策）以及成本控制等一系列關(guān)鍵問(wèn)題，因此這注定需要很長(zhǎng)的時(shí)間跨度，不可能一蹴而就；二是相對(duì)于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在快充、低溫和能耗等方面的性能優(yōu)勢(shì)是機(jī)理性的，不會(huì)改變，而其安全性可以持續(xù)提升，成本劣勢(shì)也有望不斷改善，這將使三元鋰電池的應(yīng)用車型逐步下沉，在更多的中端車型上得到使用。而從區(qū)域上看，通過(guò)技術(shù)合作、本地化生產(chǎn)、投資并購(gòu)等方式，三元鋰電池也有出海機(jī)遇，近期應(yīng)以歐洲為主，酌情探索亞洲、北美地區(qū)。

3.半固態(tài)電池

蓋斯特判斷：半固態(tài)電池的潛力有限，其發(fā)展恐將不及預(yù)期。這是因?yàn)榘牍虘B(tài)電池仍處在傳統(tǒng)鋰離子電池的范疇，屬于技術(shù)改進(jìn)性質(zhì)，并不具有顛覆性。

由于全固態(tài)電池面臨量產(chǎn)難題，未來(lái)發(fā)展存在不確定性，同時(shí)高能量密度的液態(tài)電池存在安全性問(wèn)題，所以才產(chǎn)生了半固態(tài)電池的發(fā)展需求。半固態(tài)電池并沒有改變現(xiàn)有電池的機(jī)理，只是致力于提供一種能量密度和安全性更高的改進(jìn)方案。為此，需要基于技術(shù)可行性和性能、安全訴求，選擇合適的電解質(zhì)?？蛇x的材料主要有氧化物和聚合物等，當(dāng)前氧化物電解質(zhì)是主流。

通過(guò)這樣的改進(jìn)，半固態(tài)電池的安全性和能量密度都會(huì)有所提升，當(dāng)然這并不會(huì)是顛覆性的突破。同時(shí)，其快充性能面臨挑戰(zhàn)，必須在技術(shù)和工藝方面進(jìn)一步創(chuàng)新。此外，還需克服相對(duì)于現(xiàn)有電池的成本劣勢(shì)，這種劣勢(shì)主要來(lái)自制造環(huán)節(jié)（工藝/裝備調(diào)整、涂布效率低、產(chǎn)線良品率低等）的成本增加。

在過(guò)去一段時(shí)間里，一些企業(yè)紛紛宣布開始量產(chǎn)半固態(tài)電池，因此可視為半固態(tài)電池投入應(yīng)用的開端。不過(guò)，后續(xù)系統(tǒng)及整車級(jí)的各種驗(yàn)證還有大量工作要做，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還只是剛剛開啟。據(jù)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，到2025年半固態(tài)電池的規(guī)劃產(chǎn)能有近100GWh，遠(yuǎn)期規(guī)劃產(chǎn)能大于200GWh。

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，可以把半固態(tài)電池作為改進(jìn)三元電池的重要方案之一，但必須清楚，這種改進(jìn)方案并非一定必要，只是選項(xiàng)之一。

展望未來(lái)，半固態(tài)電池可能的應(yīng)用將率先在中高端以及特定場(chǎng)景的車型上實(shí)現(xiàn)，不過(guò)其發(fā)展需要一定的時(shí)機(jī)，從根本上講取決于全固態(tài)電池的發(fā)展進(jìn)程。具體來(lái)說(shuō)，半固態(tài)電池的關(guān)鍵訴求是補(bǔ)齊短板，核心工作是做好各種性能的平衡和提升，主要發(fā)展方向包括：第一，采用相應(yīng)的正負(fù)極材料以提高能量密度，如正極使用超高鎳三元材料，負(fù)極使用高硅碳、含鋰復(fù)合材料。第二，挖掘快充性能潛力以及提高循環(huán)壽命與穩(wěn)定性，如設(shè)計(jì)新型電極材料、優(yōu)化電解質(zhì)材料和改進(jìn)界面工程等。第三，在規(guī)?；a(chǎn)中降低成本，包括提高制造效率、提升良品率和擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模等，這部分的成本增量遠(yuǎn)超材料成本。

總體而言，半固態(tài)電池的需求與全固態(tài)電池的發(fā)展速度息息相關(guān)，全固態(tài)電池應(yīng)用得越快，半固態(tài)電池的空間就越有限。半固態(tài)電池的市場(chǎng)應(yīng)用有兩個(gè)關(guān)鍵拐點(diǎn)：拐點(diǎn)1是半固態(tài)電池的成本與液態(tài)電池基本持平之時(shí)，蓋斯特估計(jì)大約在2027年前后可以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)半固態(tài)電池在兼顧主要性能方面也會(huì)持續(xù)進(jìn)步。由此，半固態(tài)電池將由小批量裝車進(jìn)入到規(guī)模化量產(chǎn)應(yīng)用的階段。拐點(diǎn)2是全固態(tài)電池開始規(guī)?；慨a(chǎn)，兩者的成本大約在2035年左右有望持平。在此之后，半固態(tài)電池的市場(chǎng)空間將逐步被全固態(tài)電池所取代。實(shí)際上，目前磷酸鐵鋰、三元鋰電池基本可以滿足車用需求，半固態(tài)電池在常規(guī)場(chǎng)景下并無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。后續(xù)隨著成本和性能的優(yōu)化，半固態(tài)電池或可在B級(jí)以上的中高端車型上得到一定的應(yīng)用。因?yàn)檫@類車型的成本敏感度相對(duì)較低，同時(shí)一些注重技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)也可以將其作為打造品牌的一項(xiàng)技術(shù)加以宣傳和推廣。

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