深評：看未來五年 誰是下一代電池王者

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新能源汽車的發展是一個系統工程，包括整車的正向研發、“三電”核心技術、輕量化、智能化等諸多方面，但最基礎、最重要的是電池技術的突破，這是解決電動車里程焦慮、高成本、性能提升等諸多問題的關鍵因素。因此，電池行業應該是整個新能源汽車行業創新的前沿。未來五年，也就是2023年左右，動力電池產品的研發和落地，以及工藝研究能走多遠，值得我們認真研究。

●什么是深度評論和提問？

《深度評論與問題》是為行業用戶打造的第一個專欄，專門由汽車行業資深從業者撰寫，專門分析/揭示行業重大事件。除了活潑的外表，我們想向你展示對事物的本質、因果和未來可能性的探索和思考。

本期行業評論員朱玉龍，在汽車電子和新能源汽車領域擔任技術工程師多年。曾在上汽通用、LEAR、捷信動力等知名整車/零部件公司工作，對汽車技術的創新發展有著深刻的理解，充滿探索熱情。

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●中國動力電池市場長期堅持磷酸亞鐵鋰路線，現在普遍轉向三元鋰的研發和生產。●展望未來五年，高鎳三元正極加硅碳負極是提高比能量最可行的方案。●固態電池短期內無法派上用場，預計2025年將迎來量產應用的節點。●電池技術每年都在逐步提升，但創新速度可能不及預期。

一、動力電池單體技術的創新

從我國新能源汽車的推廣和示范來看，磷酸亞鐵鋰的主導地位已經逐漸形成。從2010年到2021年，三元鋰將是最后一個。2021年新能源汽車市場，三元鋰和磷酸鐵鋰電池的匹配比例依然是“37-30”，2021年是“46-30”，2021年幾乎持平。2021年上半年，三元鋰開始趕超。

動力電池從磷酸亞鐵鋰向三元鋰的轉移不是一蹴而就的。如下圖所示，在國內快速轉產之前，國外電池公司已經對電池單體化學體系進行了一些改變。之所以給我們“如春大風，夜起”的感覺，是因為我們長期走磷酸亞鐵鋰的路線。2021年之后，三元鋰電池的發展普遍轉向，突然趕上了日韓的技術路徑。

“國外典型企業電池化學體系的演進路徑”

目前，我國三元材料動力電池系統均為鎳鈷錳酸鋰。鎳可以提高材料的能量密度。根據三種過渡金屬離子的不同比例，可分為低鎳NCM424、NCM333、NCM523和高鎳NCM622、NCM811等材料。其產業化進程主要是從低鎳的NCM333，523到高鎳的622，811。

對于整車來說，動力電池有四個關鍵問題需要突破:

●電池價格:隨著新能源汽車補貼持續下降，未來電池價格需要持續下降。分階段來看，2021年初，電芯價格需要下探至0.7元/Wh，約100美元/kWh；到2023年，將進一步降至6毛/瓦時，約80美元/千瓦時。

●電池壽命:現有NCM523系統的壽命約為8至10年。如果大量使用，磨損會更快。預計壽命將延長至10年。

●電池安全:要提高電池的安全性，改進的方法是逐步優化電解液配方、隔膜等關鍵因素，這就需要更加基于來源的安全機制。

●電芯能量密度:補貼政策每年都會描繪出電池能量密度的新基線，國家也制定了《汽車行業中長期發展規劃》，力爭到2021年實現電芯能量密度300Wh/kg。

我們關注的是電池比能量對電動汽車發展的影響。目前主要的純電動汽車平臺規劃可分為以下幾個檔次。一般來說，電池負載將從40kWh開始。僅僅增加電池以獲得更長的續航里程是不夠的。電池本身體積大，重量大，堆疊越多，能耗增加越多，電池壽命降低。

目前主流電池系統的能量密度在140千瓦時/千克至160千瓦時/千克之間，續航里程設計已普遍達到350-400公里。國內高端電動車的計劃是2021年左右。通過優化電芯設計，續航里程將提升至500公里。目前國外的大眾MEB平臺、寶馬的iNext系列、奔馳的EQ系列都規劃了不同的能量密度，通過控制電池總負載來選擇。

從主流電池廠商的進度來看，產品迭代速度也可以分為激進路線和平和路線，在滿足安全、壽命等指標的同時，需要綜合考慮能量密度的提升。對于制造相同尺寸的電池，如果電池瓦時高，每瓦時的制造成本就會降低。根據制造層面的環境控制要求，短期內還有一個生產線改造的過程。

《國內外主流電池能量密度提升路線》

目前，圓柱形動力電池已率先量產高鎳產品，方形和軟包電池的突破迫在眉睫。預計2021年行業將迎來高鎳產品量產的普遍突破。在其他類型動力技術取得突破之前，高鎳三元正極產品的生命周期預計至少為5年。

二、固態電池的應用還有多遠？

根據主流電池供應商的反饋，未來五年電池單體技術的研發可能會更快，但為了滿足車輛的要求，實際應用的迭代速度并沒有我們想象的那么快。因此，一些汽車公司已經在嘗試固態電池來跨越式地解決這個問題。

前段時間，大眾汽車宣布將向QuantumScape投資約1億美元，目標是在2025年開發并量產固態電池。大眾在很多年前就開始關注QuantumScape。2021年12月已經持有后者5%的股權，現在1億美元是新增投資，也說明公眾對后者技術變現的可能性更有把握。在日本，日本政府、日本電池制造商以及本田、日產和豐田將聯合開發固態鋰離子電池。不過根據幾個大牌的說法，時間節點會在2025年之后。

日產研究與高級工程高級副總裁喬雄·亞紗美在接受采訪時表示，2025年之前，固態電池技術還不夠完善，無法應用于電動汽車，障礙包括成本和生產難度等。現在基本還處于初步研究階段。豐田董事長內山武史也表示:“我們正在努力。如果要量產，還有一些問題需要解決。”這也說明固態電池需要R&D層面的內外創新公司共同解決，短期內無法使用。

“車企投資固態電池面臨成本、生產技術等諸多現實問題。”

總結:

靜下心來，動力電池的電芯技術近五年來每年都在逐步提升，但考慮到需要支撐整個電動車的快速普及，在電芯層面的創新速度可能沒有我們預期的那么快。總的來說，2021年300Wh/kg的目標是可以實現的。問題是，實現這個目標是否意味著它可以用于電動汽車？答案不確定。汽車動力電池是一個系統工程，滿足特定的能量需求只是條件之一，其他性質也是如此。)也至關重要。在實現高比能量目標的基礎上，還需要更多的時間和精力來綜合開發和完善其他性能指標。

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