新能源汽车动力电池未来发展方向-中国动力电池行业分析

新能源汽车动力电池未来发展方向-中国动力电池行业分析

神汇仪器凭借多年新能源汽车行业工作经验以及与多家国际顶级动力电池厂商的合作，向各位对这个行业感兴趣但又不够了解的朋友介绍《新能源汽车动力电池未来发展方向——中国动力电池行业分析》。（以下内容仅代表神汇观点）

在了解未来的发展方向和行业分析之前，我们首先需要明确新能源汽车与动力电池之间的关系和定义。

新能源汽车是指以非常规车用燃料为动力源（或使用常规车用燃料并采用新型车用动力装置），综合运用汽车动力控制和驱动等方面的先进技术，形成的具有先进技术原理、新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车和其他新能源汽车。为新能源汽车提供动力的电池称为动力电池（简称动力电池，但不包括启动电池，启动电池一般为富电型。动力电池一般为非耦合型。启动电池的工作性质是瞬间大电流放电，最大为400-500A，而动力电池是小电流放电，最大只有30A。）

（在停车场或者道路上充电的汽车都是新能源汽车，也叫动力电池汽车）

（给新能源汽车提供动力的电池叫动力电池，也叫新能源电池）

希望以上的内容能够帮助大家了解新能源汽车与动力电池之间的关系，接下来我再简单介绍一下国际上新能源汽车的发展情况，以及我国新能源汽车的发展情况。

为了实现巴黎协定的目标，欧洲多国均表示将在近期全面禁售燃油车，并制定了明确的淘汰燃油车时间表。目前，英国、法国、德国、荷兰、挪威、印度等国均已宣布或计划宣布禁售燃油车。汽车巨头们也早已闻讯行动，为了未来的生存和发展，全球几乎所有主流车企都纷纷行动起来，大众、奔驰、宝马、奥迪等传统车企都在布局电动汽车，动力电池的市场需求预计将快速增长。

开发阶段：

第一阶段为摇摆阶段（2006年以前）：此阶段各国对新能源汽车的动力来源尚未确定，重点是氢燃料电池，只有日本一直在大力投入（这也是日本的新能源汽车目前做得最好的主要原因）。美国：不积极发展纯电动汽车，重点是氢燃料电池；日本：一直在投入，氢动力投入较多；欧盟：重点是生物燃料和氢燃料电池；中国：处于探索和定义阶段。

第二阶段为大力扶持发展阶段（2007-2011年）：国家确定新能源汽车（主要是锂电池）战略，加大研发、基础设施投入，并提供消费者补贴。新能源汽车极为重要，市场规模不断扩大。在美国，购买电动汽车可享受所得税优惠，最高金额为7500美元，到2025年，各汽车制造商每年至少销售15.4%的零排放汽车。日本购车者可享受各种税负减免，到2020年，电动汽车占整体乘用车销量的50%。法国购买电动汽车可获得最高5000欧元的补贴，德国降低使用电动汽车的成本，英国购买电动汽车可获得2000-5000英镑的奖励。中国主要使用BEV，购买可获得最高6万元的补贴。

第三阶段为继续扶持，逐步进入收获期（2012年至今）。各国维持新能源汽车战略，仍以锂电池为主，维持消费补贴，加大汽车二氧化碳排放控制。美国等国家要求每家汽车厂商每年至少销售一定数量的零排放汽车，否则必须缴纳碳税。TESLA等公司开始盈利，中国加大投入。全球新能源汽车将逐步进入收获期。

从新能源汽车发展来看，各国的扶持补贴政策发挥了重大作用，与光伏产业的扶持补贴类似，但新能源汽车比光伏产业落后一个阶段，随着第二阶段扶持补贴政策作用的逐渐显现和各国的持续投入，新能源汽车正逐渐进入收获阶段。

从上面的过程我们可以看到，从2011年开始，我国的新能源汽车市场已经有了初步的发展，在补贴政策的大力支持下，新能源汽车也出现了爆发式的增长，2014-2015年新能源汽车销量增速都在300%以上，而之后几年的增速也不断提升，因此动力电池自然也迎来了一个新的发展阶段，从2014年开始，动力电池的装机量也相较于2013年出现了快速的增长，2014-2015年，动力电池年装机量增速也在300%以上，2016-2018年，我国动力电池的装机量也随着新能源汽车的销量不断增长，可以说，新能源汽车市场的蓬勃发展，造就了动力电池市场的繁荣。

随着新能源汽车产业的发展，动力电池行业也逐渐火爆起来，2013年至2016年，动力电池企业经历了井喷式发展，但自2016年补贴政策开始发生变化后，部分中小型动力电池企业无法维持正常经营，被市场淘汰出局。截止2018年6月，动力电池企业数量已降至105家，预计2018年底将进一步减少。与此同时，动力电池的市场份额也逐渐向头部企业聚集。2016年至2017年，动力电池行业集中度不断提升，头部企业开始凸显市场地位。动力电池是电动汽车的动力源，其技术水平直接关系到电动汽车的续航能力，因此市场需求日益向高端产品转向，低端产品竞争力相对较低。高端需求加速动力电池市场的淘汰，行业集中度进一步提高。

新能源汽车主要由电池驱动系统、电机系统、电控系统及总成组成，其中电机、电控及总成与传统汽车基本相同，造成价格差异的原因就是电池驱动系统。从新能源汽车成本构成来看，电池驱动系统占新能源汽车成本的30-45%，动力锂电池约占电池驱动系统成本的75-85%。

动力电池包括：传统的铅酸电池、镍氢电池、燃料电池、以及新兴的锂离子动力电池，又分为动力型动力电池（混合电动汽车）和能量型动力电池（纯电动汽车）。

铅酸电池应用历史最长，技术最成熟，是成本和销售价格最低的电池，并已实现量产。其中阀控密封铅酸电池（VRLA）曾一度成为重要的汽车动力电池，应用于众多欧美汽车公司开发的EV和HEV，如上世纪80、90年代开发的GM、EVI电动车等。但铅酸电池比能量低，电池寿命短，自放电率高，循环寿命低；主要原料铅较重，在生产和回收过程中可能产生重金属环境污染。因此，铅酸电池目前主要用于汽车启动时的点火装置，以及电动自行车等小型设备。

镍氢（Ni/MH）电池具有良好的抗过充过放性能，无重金属污染问题，使用过程中不会增加或减少电解液，可密封，免维护。与铅酸电池和镍镉电池相比，镍氢电池具有更高的比能量、比功率和循环寿命。它的缺点是电池记忆效应较差，随着充放电循环的进行，储氢合金逐渐失去催化能力，电池内压会逐渐升高，影响电池的使用。另外，镍金属价格昂贵也导致成本较高。在关键材料方面，镍氢电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。正极为镍极（Ni(OH)2）；负极一般采用金属氢化物（MH）；电解液以液体为主，主要成分为氢氧化钾（KOH）。目前镍氢电池的研究重点主要集中在正负极材料上，其技术研发相对成熟。车用镍氢电池已经量产使用，是混合动力汽车发展中应用最为广泛的一类车载电池。最典型的代表就是目前混合动力汽车生产规模最大的丰田普锐斯，丰田与松下合资成立了全球最大的镍氢电池生产企业。如今镍氢电池已经退出主流动力电池行列，为何丰田还顽固坚守镍氢电池阵营呢？这和镍氢电池最大的优势有关：超强耐用性！美国一家著名汽车媒体曾对一辆使用了十年的第一代普锐斯进行了对比测试，测试结果显示，在10年、33万公里后，使用镍氢电池的第一代普锐斯车型与新车的数据进行了对比。油耗表现和动力表现都维持在同一水平，说明混动系统和镍氢电池组依然运转正常。另外，即便经过十年、三十三万公里，这台第一代普锐斯的镍氢电池组也从未出现过任何问题，并没有出现十年前人们质疑的电池容量衰减会极大影响油耗和动力表现的情况。从这点来看，一向严谨保守的日本人对镍氢电池的钟爱，确实有其独特的理由。

燃料电池是一种将燃料和氧化剂中存在的化学能直接转化为电能的发电装置。当燃料和空气分别被送入燃料电池时，就会产生电能。它看上去像一个有正负极和电解质的电池，但实际上它不能“储存电能”，而是一个“发电厂”。与普通化学电池相比，燃料电池可以补充燃料，通常是氢气。有些燃料电池可以使用甲烷和汽油作为燃料，但通常仅限于发电厂、叉车等工业领域。氢燃料电池的基本原理是水电解的逆反应，分别向阳极和阴极供应氢气和氧气。氢气通过阳极向外扩散并与电解质发生反应后，释放出电子，通过外部负载到达阴极。氢燃料电池的工作原理是：氢气被送到燃料电池的阳极板（负极）。在催化剂（铂）作用后，氢原子中脱离出一个电子，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池的阴极板（正极）。电子无法穿过质子交换膜，这个电子只能通过外电路到达燃料电池的阴极板，从而在外电路产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子、氢离子复合生成水。由于供给阴极板的氧可以从空气中获取，所以只要不断向阳极板供给氢气，向阴极板供给空气，及时带走水蒸气，就能源源不断地提供电能。燃料电池发出的电能通过逆变器、控制器等装置供给电动机，再由传动系统、驱动桥等带动车轮，使车辆在道路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池汽车的能量转换效率高达60~80%，是内燃机的2~3倍。燃料电池的燃料是氢气和氧气，产物是洁净水，工作时不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和颗粒物排放。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染汽车，氢燃料才是最完美的汽车能源！

目前市场主要商业化的动力锂电池包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元材料电池。中国市场以磷酸铁锂为主，而韩系电池则多选择锰酸锂与三元材料的混合电池体系（恒温恒湿箱、高低温湿热试验箱、高低温交变试验箱、冷热冲击试验箱、海拔模拟试验箱、鼓风干燥箱、恒温恒湿箱、等各类定制化试验箱由深汇仪器提供，主要服务于国际动力电池企业，如：西安三星SDI、三星（天津）电池、南京LG新能源、现代汽车研发中心品质部、研发部也为国内的吉利汽车-浙江恒源新能源、威马汽车-凌派新能源、深圳比亚迪锂电池、恒大新能源-上海凯恩新能源、和迈新能源、江苏中兴派能电池、宁波容百新能源、赣州昌威新能源汽车、芜湖永旭新能源电控科技、陕西艾特锐电池、陕西铸信新能源电池、广州道东新能源、深圳金科能源、深圳新恒业电池、金驰能源材料）。

（以上为神汇仪器部分仪器设备在各动力电池厂品质部、研发部现场图片）

统计显示，目前国内磷酸铁锂电池价格约为3-4元/Wh，锰酸锂和三元材料电池约为4-5元/Wh。考虑到不同类型新能源汽车的电池容量，插电式混合动力汽车电池容量为10-16KWh，纯电动汽车电池容量为24-60KWh，纯电动客车电池容量一般为200-，对应电池价格分别为3-5万元、7-18万元和60-120万元。如此高的电池价格是新能源汽车价格高昂的主要原因。

三元锂电池全称是“三元材料电池”，一般是指采用镍钴锰氧化物（Li(OH)2，NCM）或镍钴铝氧化物（NCA）三元正极材料的锂电池。镍盐、钴盐、锰盐作为三种不同的成分，按不同的比例调整，所以叫“三元”，包括多种不同比例的电池类型。从外形上看，可以分为软包电池、圆柱电池、方形硬壳电池。它的标称电压可以达到3.6-3.8V，能量密度相对较高，电压平台高，振实密度高，续航里程长，输出功率大，高温稳定性较差，但低温性能优异，成本相对较高。

磷酸铁锂电池采用磷酸铁锂（）作为正极材料，用铁作为电池原料成本低，且不含重金属，对环境污染较小。工作电压为3.2V。磷酸铁锂晶体中的PO键稳定，零电压储存时不会发生漏液，在高温条件下或过充时非常安全。可快速充电，放电功率高，无记忆效应，循环寿命长。缺点是低温性能差，正极材料的振实密度低，能量密度低，产品良率和一致性也受到质疑。

这两类电池各有所长，在高温条件下，三元锂电池的三元材料在200℃时就会分解，发生剧烈的化学反应，释放出氧原子，在高温下极易燃烧或者爆炸。因此，基于安全考虑，我国工信部于2016年1月专门发文，暂时限制在纯电动客车上使用三元锂电池。而磷酸锂电池的分解温度为800℃，起火可能性较小，相对更安全。

在低温条件下（温度低于-10℃），磷酸锂电池衰减很快，经过不到100次充放电循环，电池容量就会下降到初始容量的20%，在寒冷地区基本无法使用；而三元锂电池低温性能优异，在-30℃下仍能维持正常的电池容量，更适合在北方低温地区使用。从制造成本来看，三元锂电池所需的钴元素在我国储量较少，大部分依靠海外进口，受市场波动影响较大，因此三元锂电池成本势必维持高位，而磷酸铁锂电池所需原材料不需要进口，供应充足，价格稳定，成本相对较低。

在实验条件下，磷酸铁锂电池循环5000次后剩余容量为84%，1C（1C指电池在一小时内完全放电时的电流强度）循环5000次后还能保持初始容量的80%以上；三元锂电池循环3900次后剩余容量仅为66%，1C循环2500次后就降至初始容量的80%。相比较而言，磷酸锂电池的循环寿命要远大于三元锂电池。另外，磷酸铁锂电池的能量密度为120Wh/kg，基本已经达到理论极限，而三元电池的能量密度为180Wh/kg，未来还有很大的提升空间。

日本松下、韩国LG化学、三星SDI等多采用三元锂电池技术路线，如新能源巨头特斯拉采用的是松下的镍钴铝氧化物三元锂电池，也就是所谓的NCA，Model S、Model X采用的是松下的18650电池组，而最新的MODEL 3则采用了容量更大的21700圆柱形电池组。

早期国内新能源车企因为成本问题，多采用磷酸铁锂电池作为能源，比亚迪等企业是磷酸铁锂电池的主要生产企业，推出了秦、唐、宋等多款明星产品，但如今由于国家在续航等方面补贴标准的提高，三元锂电池的市场份额正在逐渐提升。

在与磷酸铁锂电池的竞争中，三元锂电池的安全性有待提升，一直是汽车企业心中的阴影。即便是特斯拉Model X等技术先进的产品，国内外也都出现过电池组起火、燃烧事故。但从长远来看，三元锂电池拥有磷酸铁锂电池无法比拟的高能量密度和耐低温特性。在未来的新能源汽车发展中，在解决了安全性和成本问题后，三元锂电池将彻底取代磷酸铁锂目前的市场地位，成为新能源市场的大势所趋。

产业链通常分为上游、中游、下游，动力电池本身应该算是新能源汽车的中游环节，上游是锂、钴、锰、镍、石墨等原材料，下游需要组装成成品电池。在动力电池环节中又可分为正负极、电解液、隔膜、电芯、电池包、BMS等。动力锂电池电芯主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等组成。正极材料为电池提供锂离子，占整个电池成本的30%-40%，其性能直接决定了动力锂电池容量的上限，是产业链最核心的部分。

动力电池行业目前呈现中日韩三足鼎立的局面，各动力电池企业在大力布局国内市场的前提下，都开始布局全球市场。松下、三星、LG化学等老牌企业都在全球生产，我国也开始全球布局。因此，动力电池行业的全球布局显而易见，中国市场将成为重要的竞争区域，但中国电池厂商的国际化程度相对较低。随着产业规模的扩大，电池企业对上游资源需求激增，企业战从争夺配套客户延伸到上游材料资源。全球锂、镍、钴资源供不应求，率先布局的动力电池企业将享有主动权。

比亚迪成立于1995年2月，成立之初专注于电池领域的发展，1995年至2000年，比亚迪发展迅猛，低成本优势在金融危机中凸显，并逐步占领国内外各大市场的电池货源。2003年，比亚迪已是全球第二大充电电池生产商，同年比亚迪正式收购西安秦川汽车，正式进军整车制造领域。2009年，比亚迪收购湖南美的客车制造有限公司，具备了电动大巴制造能力。近年来，随着国家政策向新能源汽车和动力电池倾斜，比亚迪也加大了对电动汽车和动力电池市场的投入，一度占据动力电池行业的领先地位。比亚迪近年来在电动汽车市场大步迈进，占据了新能源汽车市场的很大份额。然而，由于电池研发方向和销售策略的原因，比亚迪的动力电池在能量密度和装机量上开始落后于 CATL，导致比亚迪的电池装机量在 2016 年达到顶峰，让出了动力电池行业第一的宝座。目前比亚迪也在不断扩大产能，自 2018 年 6 月起，相继在青海、重庆、西安扩产，并与长安汽车成立电池合资公司，经过此番布局，比亚迪总规划的动力电池产能已达 300 余万。

它于2011年12月16日在福建省宁德市工商行政管理局注册成立，虽然进入行业的时间不是很早，但发展十分迅速，用7年时间便成为行业第一、乃至全球第一，并于2018年6月11日在深交所创业板上市，还创造了24天的最快IPO纪录。CATL的成长史，就是一部站在前东家ATL肩膀上进攻的历史，ATL在电池领域十余年的技术积累，成为CATL快速成长的基石。2011年，黄世林总裁发现了新能源汽车的市场空间，立志做好动力电池的研发、设计和生产，CATL真正意义的创业就此拉开序幕，在和宝马合作之后，CATL开始崭露头角，并与国内外多家车企达成合作，稳坐动力电池供应体系第一的宝座。 CATL目前正在加大技术研发投入，在三元锂电方向持续优化，目前将重点布局超高能量密度、长寿命、多项安全可靠技术、超强环境适应性、快速充电等五大方向，力争将技术做到世界一流。产能方面，除了总部宁德生产基地继续扩建外，还在江苏溧阳、青海西宁等地新建生产基地。此外，在CATL接下宝马集团10亿欧元电池订单后，根据合同，CATL最终将在德国图林根州建立其在欧洲的首个海外工厂。该基地将分两期建设，主要从事锂离子电池研发和生产，计划于2021年投产，2022年达产后将拥有14Gwh产能。

深圳沃特玛成立于2002年，其创始人李耀曾就职于比亚迪，沃特玛也是国内首家成功研发磷酸铁锂动力电池并批量应用的企业。2012年，沃特玛入选国家“2012年新能源汽车产业技术创新项目”扶持企业，2015年11月入选工信部首批《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录，2015年12月位列国内新能源汽车电池配套排名第二。2017年国内动力电池装机量排名中，沃特玛位列第三，仅次于宁德时代和比亚迪。然而自2017年9月起，沃特玛订单逐渐减少，2018年上半年因内部管理、战略、现金流等问题爆发，电池厂险些停产。沃特玛危机给行业敲响警钟。

深圳巴克电池有限公司成立于2001年。这是一家高科技企业，整合了锂离子电池的研究和开发，生产和销售，在锂电池领域具有丰富的经验，其主要电池的主要电池量是逐渐限制的材料。钴材料，高含量的材料电池在能量密度方面具有很高的优势，并且已经成为许多电池公司的研究热点。新能源公司集成了三个锂离子电池，电动汽车和能源储能电池回收的核心业务。

成立于2009年。这是 City和 的全资能源公司的著名新能源开发公司之间的合作。 ED企业在2016年以来，这是自2016年以来的融资。疲惫不堪的情况，成为一匹工业的黑马。在整个2017年，2018年5月， 在该国排名前五名，这是该国的前五名，但与领先的公司相比， 的生产能力迫切需要持续改善。

行业发展趋势1：在国家政策的指导下，新能量电池的爆炸使电池的销量继续增加，而新的能源车辆的销量继续增加，电力电池的规模将继续扩大。此外，电池技术的开发也是一个重要的趋势，在当前的技术下，电池的能量密度不断提高。最后，目前的国内用途基本上是三元锂电池或磷酸锂电池，但是在这方面，日本无法忽略其他类型的电池（例如固态电池和燃料电池）的研究和开发。

行业发展趋势2：越来越多的公司选择了一个简单的供求关系。 Byd的自给自足的成本较低，但它的缺点也很明显。

行业发展趋势：退休电池的回收将是一个非常重要的领域。 Y级和回收电池的高昂成本是，从2018年8月1日开始，级联电池是最有希望的市场领域。公司以各种形式合作以建立和共享废物电池回收渠道，以提高电池资源的效率。

我的电力行业面临着迅速的发展，它需要通过研究和开发来获得其自身发展的核心技术，以便在我的国家中列出了替代品，以便在替代品上列出了替代品。大量电池的回收是我的国家在开发新的能量车辆方面需要克服的障碍，但是，在这个阶段，我国家的电池电池回收仍处于早期阶段。型号。

根据该行业积累的经验， 将统一在国内外合作的解决方案，并为中国电池的开发做出很小的贡献。