锂电池的技术路线里，藏着下一座金矿

根据第一性原理，替代现有液体锂电池的技术路线一定会出现。过程可能步履蹒跚，但站在终点向后看，一切都是必然。

大到历史进程，小到产业发展，从来都不是一蹴而就的。

新技术的应用落地需要漫长的时间去沉积精进。光伏如此、风电如此、锂电池也是如此。

长期来看，在认知的层面上，股票二级市场显然属于后知后觉者。

产业在二级市场上真正迎来高光时刻明显落后于产业实际发展情况，需要具备代表性的公司成长起来走上二级市场的交易舞台。历经建瓴者、先驱者、推销员、定价者、跟随者的推动从而广为流传。

故此，要想成为先知先觉者，就必须时刻关注产业层面的发展状况。

而眼下，固态锂电池的发展正处于产业破壳期。（我们常说的锂电池是指使用液态电解质（也称电解液）材料的锂电池，称为液态锂电池，使用固态电解质材料的锂电池称为固态锂电池，简称固态电池。）

相较于在二级市场的沉闷，固态锂电池在场外资本市场上受追捧的程度丝毫不亚于液态锂电池。每隔几天便有重大的产能规划、参股合作等方面的报道。

譬如近期，大众集团董事会成员Thomas Schmall表示，公司将在计划中的欧洲电芯工厂和确保重要原材料方面花费高达300亿欧元（约合人民币2162亿）。

不仅于此，海外企业纷纷抛出大手笔投资。包括宝马、奔驰、大众、现代、丰田、本田、日产在内的汽车集团，均将固态锂电池领域作为其下一代电动车的电池技术方向。

无独有偶，国内各大龙头也开始了固态锂电池的推进。

赣锋锂业（ 002460.SZ）11月30日在投资者互动平台表示，赣锋固态电池已经在东风E70电动车上装车。

恩捷股份在江苏立项投资13亿研发固态电解质涂层隔膜。小米华为共同投资半固态电池供应商卫蓝新能源。

在应用端更是传来了喜讯，蔚来新款轿车ET7将搭载能量密度达360Wh/kg的150kWh半固态电池，续驶里程将超过1000公里。

这意味着在原有基础上大幅提升了能量密度延长了行驶里程。据悉，国轩高科正在积极筹备量产的半固态电池续航超1000公里。

固态锂电池的竞争不光体现在企业层面上，也上升到了政府层面的博弈。世界各国都在大力支持固态锂电池技术的研发与产业布局。

在欧洲，德国政府投资10亿欧元支持固态电池技术研发与生产，多家汽车龙头纷纷加入该联盟。

此外，欧盟多国共同出资32亿欧元，同时从私人投资商中筹集50亿欧元，用于发展固态电池。美国、日本、韩国均提出了发展固态锂电池相应的补贴、支持政策。

国外大力推进固态锂电池发展的原因除了顺应未来的发展方向外，还有一层便是在现有液态锂电池赛道上，中国的地位难以撼动。

为了改变这个局面，国外政府需要做到先人一步。

在固态电池的推进上，中国政府层面没有盲目地较早地颁布相应政策。

中国在目前锂电池领域建立起的领先优势在一定时期内仍会享受较大的边际收益，现有的产业结构兼顾成本性和落地性，是最适当的选择。

然而，缓行不代表忽视。未来的锂电池必然朝着高性能的方向前行，而固态电池愈发清晰地成为确定性的发展路径。

因此，在享受液态锂电池产业红利的同时也要积极发展新技术。

2020年11月，国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021~2035年）》中，明确要求“加快固态动力电池技术研发及产业化”。

那么，问题随之而来，固态电池究竟有何优势？使得下至企业上至国家，全部发力固态电池赛道。

目前发展的状况如何？要知道当前液态锂电池技术可是发展地如火如荼。未来前景又将怎样？

本篇报告便旨在解释以上萦绕在投资者心中的问题。

为了弄清楚这些问题，便免不了将液态锂电池和固态锂电池进行各方面的对比研究。

首先二者都是锂电池，原理也相近，区别在于电池构成不同

目前液态锂电池的构成包括正极、负极、电解液、隔膜四大材料。而固态电池的构成包括正极、负极、电解质三大材料。

差别显而易见，固态锂电池是将原本的电解液、隔膜换成固态电解质。

而影响锂电池推广应用的核心要素无非三方面，安全、性能、成本。

首先我们从安全入手，现有的液态锂电池在安全方面长期受人诟病。液态锂电池的工作原理很清晰地解释了为什么。

其的工作原理便是住在负极的锂离子，想去正极家玩。于是，它跳入电解液中，游着游着挤过隔膜中的小孔来到正极家中。

过了一段时间，它玩累了，想要回家，可是却没力气了，这时候需要充电，充上电便有了精神游回自己在负极的家。

但是，要回家不能耽误太久，就需要快点充电，快充的时候温度明显上升，这使得更多的锂离子都想要回家。

然而负极家的床位不够了，无家可归的锂离子只能睡在外面，这边是析锂，逐步形成枝晶锂，便可能刺穿电解液，造成短路，从而引发事故。

想必各位读者对于新能源车着火事件并不陌生。

据市场监管总局数据统计，2020年新能源汽车召回45次，涉及车辆35.7万辆，占全年召回总数量的5.3％，其中因三电系统缺陷召回11.2万辆，占新能源汽车召回总数量的31.3％。

由此可见，动力电池是汽车安全的重要隐患。固态电池的晋级之路便从这里开始。

固态锂电池同液态锂电池有一个很明显的区别便是不使用易燃的电解液，电解液往往是造成新能源车起火的主要原因。

电解液是目前阶段性使用的传导介质，但不意味着最优，其构造原理存在着对温度敏感，高温下产物极易分解，腐蚀性强、易燃易泄露等问题。

发生短路后，由于局部温度大幅上升导致点燃锂电池内部的液态电解液。

即便现阶段采用添加阻燃剂，采用耐高温的薄膜的方法，但是电池的安全性问题仍旧没有得到有效解决。

而固态锂电池是使用不可燃的固态电解质作为传导介质。

最突出的优点便是安全性，并且降低了电池组对温度的敏感性，杜绝了析出导致的高低温问题引发的短路。凭借良好的绝缘性有效地将正负极阻隔开来。

收之东偶，失之桑榆，电解质依靠形态和材质解决了易燃的问题，也带来了导电率低和抗阻较高的困绕。

不难理解，液态环境下，锂离子运动更为畅快，固态材质和正负极的接触不如液态材质紧密，快充性能不佳。

好比一个瓶子里灌满了水，另一个瓶子里塞满了纸，前者瓶子的空隙显然比后者少。

显而易见，电解质的替换不单单是液态固态的转换，除了安全性，还要实现更高能力密度的提升。这时对材料性能有着更严格的要求，是对稳定性、导电率、成本、工艺等综合方面的考量。

目前已经在使用或接近商用的固态电池的电解质有：聚合物、硫化物和氧化物三种。

聚合物由于在4V以上电压工作下容易被电解，即便与正负极接触性较好但也难当大任。

硫化物克服了固态电解液导电率不好的瓶颈，但是抗阻较高。容易与空气、水等发生副反应，工艺上仍需要克服诸多挑战。

氧化物性能在二者之中，凭借综合性能成为目前阶段是较为理想的材料。

由于对技术理解、掌握、发展的不同，对技术路径的选择上颇有百家争鸣的味道。

赣锋锂业、台湾辉能、清陶能源等纷纷布局氧化物固态电池技术路线。

日韩企业多采用硫化物固态电解质技术路线；中国企业多以氧化物路线为主；欧美企业选择则呈多样化，如Solid Power主要走硫化物路线，Quantum Scape则选择了氧化物路线。

谈及性能方面，液态锂电池的表现也不尽如人意。

随着新能源车的逐步渗透，在假期远程出行中开始扮演重要的角色。然而，表现得结果却是很不给力。今年十一长假的一则新闻很好地说明了问题。

据央视财经报道，10月1日，一位从深圳回湖南的新能源车车主，在耒阳服务区给车充电时，花费了五个多小时的时间。

“这四个小时里，我连洗手间都不敢上，因为怕被插队。当时在排队的车有二十几辆，我算了，至少要排队三个小时以上，把我后面好多车都劝退了。”

长期以来，续航和快充问题是液态锂电池美而尴尬的事实，如何提升续航和快充能力是进一步加快渗透率的症结所在。

按照国家2020年10月发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，2025我国纯电动汽车动力电池的能量密度年目标为400Wh/kg，2030年目标为500Wh/kg。

可是，目前国内的三元锂电池能量密度正在努力突破300Wh/kg以上，而磷酸铁锂电池能量密度上限约为180Wh/kg。

这样看来，在现有锂电技术下，单凭高镍的路径实现未来的能量目标需求是存在困难的，即便9*等更高效的电池推出，受材料所限，想要积累起质变任务着实艰巨。

那么，是否具备提升能量密度更好的解决方案呢？在我们进一步研究影响能量密度的因素后发现了答案。

锂电池理论能量密度主要取决于正负极材料克容量和工作电压。通过研究可以发现，电压越大则能量密度越大。

不难理解，锂电池在工作的时候，电池电压会随着电量的降低而下降。假设其它条件不变，同等电流下，高电压的工作时间就显然比低电压长。

打个比方：一个高一点的蓄水池可以装更多的水，使用相同的水龙头排水，时间肯定更长。

那么，便意味着可以通过提升工作电压来增强锂电池的能量密度。

然而，基于目前液态锂电池的材料和使用安全性所限，正负极之间的电压差一般在4.2V以内，因此，依靠现阶段的材料难以实现。

另外一个关键指标就是比（克）容量，顾名思义，其意义便是每克锂电池材料含多少mAh（毫安时）电量。

比容量越大则能量密度越高。

简单而言，也就是同等重量携带更多的锂离子，参与化学反应的锂离子数量越多，那么能量就越大。但现有的液态锂电池正负极材料同样对未来的需求形成了一定的制约。

固态电池除了安全性能的提升外，也打破了制约锂电池能量密度的瓶颈。

从电压上来看，负极在未来采用金属锂后可以有效提升电压差至5V，这无疑带来续航能力的提升。

从比容量上来看，金属锂的比容量能达到3860mAh/g。

这相当于给锂离子安排了一套五星级别墅，而现有的石墨仅仅365mAh/g，只能勉强维持居住条件，回来晚了还有可能没有铺位。对比二者的差别一目了然。

在未来，正极的开发中也会使用到富锂锰基这类高比容量的材料。显而易见，高比容量材料的应用是进一步提升能量密度的必经之路。

技术路径差异？

最后，就是成本。

这一环节往往决定着成败，再好的技术如果不能有效降低成本的话，替代全是空谈。

据日产的规划称2028全固态电池能够将电池组的成本降至每千瓦时75美元（折合人民币约478元），未来会将成本进一步降低至每千瓦时65美元（折合人民币约413元）。

而当前三元锂电池的成本超过了1000元/千瓦时左，未来原材料较为紧缺的情形下，降本空间不容乐观。

如此来看，如果固态电池按照预期规划发展，那么便存在着广阔的替代市场。那么，接下来问题便来到了具体技术路径的选择上。

目前这一阶段，固态电池仍会采用液态锂电池的正负极，替换的是电解液和隔膜。那么，决定技术路径的差异的便是对电解质选择带来的差异。

前文提到，目前主要的电解质技术路径中，由于聚合物在4V以上电压工作下容易被电解，并且需要超过室温条件下才能正常工作的特点，即便目前已经量产但是也并非未来的技术选择。

氧化物主要分为薄膜型和非薄膜型。

薄膜型主要采用LiPON（锂磷氧氮）这种非晶态氧化物作为电解质材料，而非薄膜型则指除LiPON以外的晶态氧化物电解质，其中，以LLZO（锂镧锆氧）为主流。

薄膜型产品性能优异，已在微型电子、消费电子领域实现较初级、小范围应用。

但是，薄膜型电池容量很小，往往不到mAh级别，在微型电子、消费电子领域勉强够用，到了乘用车Ah级别时缺点则暴露无遗。

业界有尝试将其串并联增加电池组实现提升电池容量的方法，却存在着高昂的成本和工艺困难等问题。

而非薄膜型氧化物产品综合性能出色，是当前开发热门。

已成为中国企业重点开发的方向，台湾辉能与江苏清陶都是此赛道的领跑企业。已经有部分产品投放市场，但也存在着离子电导率低于薄膜型的缺点。

资本聚焦的另外一条技术路径便是硫化物电池。

硫化物主要包括thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3等，其电导率接近甚至超过有机电解液。

同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽（达5V以上）的特点，在高功率以及高低温固态电池方面优势突出。

可是，大部分硫化物材料空气稳定性差，会与水反应形成刺激性的硫化氢气体。可以说其开发潜力最大，同时也是最困难的。

在生产工艺上，需要涂布+多次热压、添加缓冲层改善界面性能。

此外，新材料也在不断面世。几个月前，由中国科学技术大学教授马骋团队设计并合成的一种锂电池固态电解质新材料——氯化锆锂。

据报道，氯化锆锂的问世，成功将50微米厚度的原材料成本降低至1.38美元/平方米，而此前最廉价的氯化物固态电解质相对应的成本为23.05美元/平方米。

据悉，原材料成本达到10美元/平方米是固态电解质具备竞争力的界限。当然，问题同样存在，稳定性较差是限制其产业化发展的关键，目前该团队正在努力攻克这一环节。

从未来固态锂电池产业的发展方向上来看，业界认知相差不大，基本上是从液态锂电池-半固态-固态；先完成对电解液隔膜的替代，而后进行正极负极的替代。

为解决全固态电池内部的界面接触难题，同时充分利用现有液态锂离子电池的生产工艺和设备，降低制造成本。目前固态电池技术路线为优先发展混合固液锂电池，逐步降低液态电解质的含量，最后实现全固态锂电池。

可以说，固态电池的工艺路线尚不成熟，产业化仍需时间，降本之路长路漫漫。

但另一方面在资本推动，技术路径广铺，人才聚焦的趋势下有望加快生产学习曲线，缩短工艺know-how时间，产业化的到来可能超出预期。

据预测，2020~2030年固态电池出货量将高速增长，全球需求量在2020年、2025年、2030年分别有望达到1.7GWh、44.2GWh、494.9GWh，2030年全球市场空间有望达到1500亿元以上。

尾声

新能源车需求高企的背景下，对于动力电池的争夺尤为激烈，虽然目前液态锂电池独霸一方，可是，钠电池、铝电池、氢燃料电池、固态锂电池等均发起了挑战。

然而，正如诸子百家争鸣的带来了学术上的繁荣局面一样，各种技术路径相应地在储能、商务车、乘用车等领域找到了自己的应用方向。

可以确定的是，多种技术路径的竞争对于产业的发展是有益的，有望缩短产业的认知时间，促进产业良性发展。

即便遥远，有些事是注定要发生的，这是事物发展的规律使然。

过程可能步履蹒跚，艰难困苦，错综复杂，但本着第一性原则，站在终点向后看，一切看起来都是必将发生的事，顺其自然。

新技术的变革需要完成从研发到落地，从推广到替代的过程。

这一切，需要的是时间。

本文源自阿尔法工场研究院

锂电新周期之技术路线总览

一、锂资源需求格局

1.1动力电池和消费电子里资源消费合计超90%

2018年全球锂需求量约27.4万吨（碳酸锂当量）。受中国中国汽车产量下滑和新冠疫情影响，2020年全球锂需求短暂出现负增长，但长期看，预计2027年全球锂需求会增长至100万吨（碳酸锂当量）,年均复合增长率为18%。

数据来源：兴业证券、起点研究院

1.2动力电池装机量增长迅速

经测算，2021年在没有补贴的背景下，传统汽车和续航400km新能源汽车行驶1.5万km/年的年均使用成本分别为2.35万、2.36万，行驶2万km/年的年均使用成本分别为2.61万、2.40万。由此可见，退补后新能源汽车的经济性已与传统汽车相当，在某些特定的使用情景下经济性甚至会更优。因此，我们认为新能源汽车可以维持高速增长的趋势。

根据中国汽车工程协会和国际各大车企规划2025年新能源汽车的渗透率为15%-25%，经测算2025年中国、欧美地区动力电池需求分别为327GWh和505GWh，年均增速分别为28%和47%。

中国动力电池需求测算

数据来源：汽车工业协会、起点研究院

欧美地区动力电池需求预测

数据来源：汽车工业协会、起点研究院

1.3 消费电子锂资源消费增长稳定

消费电子电池的应用场景主要包括手机、笔记本、平板电脑、电动工具、电动自行车、充电宝等。智能手机市场饱和增长空间在5G换机潮以及单机带电量提升；电动工具、电动自行车等领域未来增长空间在铅酸、镍镉等电池替代以及单机带电量提升。预计3C电子全球需求量稳定小幅增长。

全球3C锂电池消费需求测算/Gwh

数据来源：华西证券、起点研究院

1.4储能锂资源消费增长迅速

据产业信息网披露，2017年全球和中国储能锂电池出货量分别为10.4GWh、3.45GWh，同比分别增长38%、34%，预计2022年国内储能电池市值约为137亿元，据此测算2022年国内储能电池装机约为14GWh。国外电价高于国内，对储能需求更强，假设按照国外储能电池增速与国内相同，则2022年全球储能电池需求为41GWh，年均增速约为16%。

储能锂电装机量

数据来源：产业信息网、起点研究院

二、各种电池分类及性能对比

数据来源：起点研究院整理

跟传统电池相比，锂离子电池具备以下优点：

1）能量密度高。锂离子电池质量比能量/体积比能量均为镍镉电池、镍氢电池的2-3倍，因此同容量的电池，锂离子电池要轻很多，体积要小很多。

2）电压高。因为采用了非水有机溶剂，其电压是其他电池的2-3倍。

3）自放电率低。锂离子电池的自放点率为3%-9%，镍镉电池为25-30%，镍氢电池为30%-35%。

4）无记忆效应。记忆效应就是指电池用电未完再充电时充电量下降，锂离子电池无记忆效应，所以可以随时充电，这样就使锂离子效能得到充分发挥，而镍镉电池的记忆效应较重，有时会出现使用一半而不得不放电再充电的现象。

5）循环使用寿命长。锂离子电池在充放电过程中，锂离子不断地在正、负极材料中脱/嵌，避免了锂在负极内部产生枝晶而引起的损坏，循环使用寿命可达1000-2000次，而镍镉电池、镍氢电池的充放电次数一般为300-600次。

6）锂离子电池内部采用过流保护、压力保护、隔膜自熔等措施。锂离子电池因此成为便携式电子产品的理想电源，也是电动汽车和混合电动汽车的首选电源。锂离子电池及其相关材料成为了市场上关注的热点之一。

三、锂电池分类

锂离子电池按照不同的分类方式，有很多种类：

1）根据锂电池主流技术分类，可分为全固态锂离子电池、三元锂离子电池和石墨烯电池；

2）根据根据正极材料分：可分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、镍钴铝酸锂电池。

3）按封装技术分类，一般可分为圆柱形、方形、软包电池。

3.1按主流技术路径分类

广汽新能源深耕石墨烯电池研发。 石墨烯材料由于具备超轻、超高强度、超强导电性等特性，被认为是提高电池充电速度、推动动力电池技术进步的重要技术。早在2014 年，广汽集团就开始石墨烯技术的研发，历经多年摸索逐步掌握了具有自主知识产权的三维结构石墨烯（3DG）材料的制备和应用技术。目前，广汽已经完成电芯、模组、电池包样件的测试工作，并搭载整车进行了装车大功率充电测试，该款“超级快充电池”搭载实车仅需 8 分钟就可以将电池充电至 85%。预计 2020 年 底，广汽新能源 Aion 车型将率先搭载石墨烯电池。

全固态电池的潜在综合性能优于三元锂电池。 固态电池就是使用固体电极和固体电解质的锂二次电池电池，具有不可燃、不腐蚀、不挥发、不漏液等优势，安全性能大大提升。另外，固态电池使用金属锂做负极，可匹配高电压正极材料，进一步提升能量密度，用以满足电动汽车的续航里程要求。因此，固态电池也被广泛期待成为下一代动力电池技术，过去十年相关专利数量增长超过 10 倍。但由于固态电池技术尚未成熟，距离量产还有较大距离，预计在 2030 年后才有望实现商业化。

固态电池与主流电池参数比较

数据来源：起点研究院

高镍化是近年来三元电池发展趋势。 目前我国主流的三元材料为镍钴锰三元，通过调配镍、钴、锰三种元素的比例，来获得不同的电极极性。由于提高镍元素的比例能提高电极的比能量，以及降低钴含量的使用，三元材料不断向高镍化发展，从NCM622 到 523 再到 811。NCM811，镍、钴、锰含量比例为 80%：10%：10%的三元锂电池。单体能量密度可以达到 300Wh/kg，相较于 622 型能量密度提升了50%。

为了摆脱对钴元素的依赖以及降低成本，动力电池公司都在探索无钴电池的可能性 。钴是目前三元材料正极不可或缺的一种稀有金属，不但可以稳定材料的层状结构，而且可以提高材料的循环和倍率性能。

随着新能源汽车产业的迅速发展，钴的需求量不断提升。但地壳中的钴含量较低，有限的钴资源决定了其高昂的价格，未来还可能面临供不应求的情况。因此无钴作为一种终极的目标，也表现出车企对于摆脱资源约束的迫切性。

蜂巢能源发布首款 NMx 无钴电池。 2020 年 5 月长城汽车旗下的电池企业-蜂巢能源正式发布了公司研发的 NMx 无钴电池，该电池通过阳离子掺杂技术、单晶技术、纳米网络化包裹，显著改善了无钴情况下镍锂离子混排问题以及循环寿命的问题，使无钴材料有望跨过这些关键障碍，走到规模化应用的阶段。

在安全性方面，蜂巢能源的 NMx 无钴电池产品已经通过了国标和欧标的全部安全性测试，在安全性能优于三元电池。推出的第一款电池电芯容量为 115Ah，采用高电压体系，保持能量一致，能量密度可达到 245Wh/kg，续航里程达到 600km，将在 2021 年 6 月完成SOP。第二款是 L6 薄片无钴长电芯，容量为 226Ah，能量密度可达 240Wh/kg，NEDC 续航里程达到 880km，也将在 2021 年下半年完成 SOP。虽然蜂巢无钴电池还未进入大规模商用投产阶段，但是我们相信去钴化一定是比较明确的发展方向。

3.2根据正极材料分类

数据来源：起点研究院

锂电池商用技术路线有：钴酸锂 LCO、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂 LFP、三元材料（NCM 或 NCA）。这四种锂电池是以其正极材料命名，钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂采用磷酸铁锂、三元材料在正极上分别采用钴酸锂 LCO、磷酸铁锂 LFP 和三元材料（包括镍钴锰 NCM 和镍钴铝 NCA 两种）。

从电池的能量密度和成本上看，钴酸锂 LCO 最高，三元材料次之，磷酸铁锂 LFP 最低。从安全性上看，磷酸铁锂 LFP 最好。从制造工艺难度上看，三元材料最难制造，钴酸锂 LCO、磷酸铁锂 LFP 制造工艺简单。

不同商用技术路线对应不同应用场景。锂电池的应用场景有三类：消费类（消费电子、

电动工具等）、动力类（电动汽车）、储能类（通信基站备用电源、电力电网储能、家庭电力储能等）。

消费类中，由于钴酸锂 LCO 的能量密度最高、成本最高（采用的贵金属钴最多），对电池价格并不敏感的消费电子多数使用钴酸锂 LCO。

在动力类领域，2009-2016 年间，磷酸铁锂 LFP 凭借着低成本、高安全性，成为乘用车领域（即 9 座以下）、商用车领域（9 座以上，或以载货为主要目的）的主流选择；2016 年后，在汽车消费者对续航能力的高要求、政策对高能量密度电池的倾斜的背景下，三元材料凭借着高能量密度在乘用车领域异军突起，但商用车领域依然主要使用磷酸铁锂 LFP。

储能类中，国外主要采用三元材料，国内主要采用磷酸铁锂，尤其是是梯次利用的磷酸铁锂。

随着国产磷酸铁锂 LFP 电池技术成熟、成本下降、安全性被验证，国产磷酸铁锂 LFP 逐渐渗透到全球储能市场。锰酸锂是较有前景的锂离子正极材料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池正极材料，但其较差的循环性能及电化学稳定性却大大限制了其产业化。

锂电池厂家认为，锰酸锂电池如果能够保持其原有优势，并通过技术创新，提高循环次数，提升容量，增强高低温性能等，将在新能源市场细分领域占有一席之地。

锰酸锂有三种：

1.层状锰酸锂LiMnO2，理论容量285mA-h/g，电压平台4V。层状结构难合成，不稳定，极易生成Li2Mn204尖晶石结构而导致电压平台下降，稳定性差，容量不可逆衰减等。

2.高压尖晶石锰酸锂LiMn204，理论容量148mA-h/g，电压平台4.15。高温性能差，55℃以上容量衰减严重。也易生成Li2Mn204尖晶石结构而导致电压平台下降，稳定性差，容量不可逆衰减等。工业上锰酸鲤目前用的是这种。

3.尖晶石锰酸锂Li2Mn2O4，电压低（3V），客量低，循环差，都在研究如何避免这种东西产生。

3.3根据封装技术分类

电池的“外衣”-封装技术是影响电池使用安全性及寿命的关键因素之一。结合动力电池产品的使用场景，耐撞击、耐振动、挤压穿刺等机械冲击是电池外包装必要的功能之一，此外还需要满足化学方面的防火阻燃、浸泡要求，以及设计方面的轻量化、走线布局等要求。所以动力电池的封装工艺也具有一定的技术门槛。

动力电池按分装技术划分主要有方形电池、圆形电池以及软包电池三类。

1）方形电池， 顾名思义是将单体电池做成方形。方形相对于圆柱形封装，缩小了电芯间的缝隙，让内部材料卷覆得更加紧密，有利于让电池在高硬度的限制下不容易膨胀，相对更加安全。并且，壳体采用了密度更小、重量更轻且强度更高的铝镁合金，让电池的能量密度和安全性做到更高，在续航方面的表现也会更加突出；

2）圆形电池 与方形虽然都属于硬壳封装，但圆柱型封装尺寸小、成组灵活、成本低且工艺成熟。目前特斯拉的纯电车型所采用的松下电池的封装方式便是硬壳圆柱型电池，但后期依然要面对成组后散热设计难度大、能量密度低等问题；

3）软包型电池 虽然有尺寸变化灵活、能量密度高、重量轻、内阻小的诸多优点，但是同样具有机械强度差、封口工艺难、成组结构复杂、设计难度大等缺点，甚至在成本、一致性和安全性方面都表现一般。

方形电池为我国动力电池最常见的封装形式。在方形、软包、圆柱三种形状的电池路线中，方形电池市场份额依旧遥遥领先，且是 2019 年唯一保持同比正向增长的技术路线。2019 年方形电池装机量 52.73GWh，同比增长 24.8%，占总装机量 84.5%。其中，位列方形电池装机量前三的企业为宁德时代、比亚迪与国轩高科。在寡头效应影响下，方形电池领先的局面短期内不会发生改变。

2019年动力电池封装路线占比

数据来源：起点研究院

四、电池技术的创新逐渐由“材料端”转到“制造端”

消费类锂电池趋势没有太大改变，动力电池的创新已经从“材料端”转到“制造端”。电芯是动力电池的关键，也是构成汽车动力电池的最小单位。使用中，需要将众多电芯组合在一起，再加上保护电路和保护壳，从而组成电池模组（module）。电池模组通过连接高低压线束、加盖密封、性能测试等组装（Pack）程序，形成最终的动力电池成品。

过去国内电池技术的创新主要集中在电池材料环节，试图通过改进电池材料来提升电池系统的能量密度，典型的措施就是三元材料对磷酸铁锂的替代。然而，随着电池材料的进步逐渐放缓，电池厂商开始寻求从电池制造环节突破，典型的代表就是比亚迪的“刀片电池”、宁德时代的“CTP 方案”。

动力电池的工艺流程

数据来源：起点研究院

CTP 技术是电池制造环节的一次创新。CTP 技术全称 Cell To Pack，也叫无模组技术。现有两种不同的技术路线，一是彻底取消模组的方案，以比亚迪“刀片电池”为代表；二是小模组整合为大模组的方案，以宁德时代“CTP 方案”为代表。由于 CTP 在制造电池环节减少了生产步骤，节省了零部件数量，提升了单位容积电芯的数量，导致其系统能量密度提高，生产成本下降。

（1）宁德时代的“CTP 方案”：2019 年 9 月 26 日，由北汽新能源与宁德时代携手打造的全球首款 CTP 电池包在北汽新能源总部——中国蓝谷正式发布。在成本上，CTP 电池包体积利用率提高了 15%-20%，零部件数量减少 40%，生产效率提升了 50%。

（2）比亚迪的“刀片电池”：2020 年 1 月 11 日，比亚迪股份有限公司董事长王传福在中国电动汽车百人会论坛（2020）上透露，比亚迪开发的刀片电池——磷酸铁锂电池产品，将于 2020 年年 3 月在重庆工厂首次量产，续航里程可达到 600 公里。此款电池体积能量密度增加 50%，成本下降 30%，寿命长达 8 年 120 万公里，并预计在 2020 年 6 月搭载到全新中大型新能源轿车比亚迪汉上。

磷酸铁锂由于安全性的冗余更适合 CTP 技术，但三元电池仍是未来中高端主流方向。

磷酸铁锂产品相比于三元材料，其优势主要体现在安全性、生产成本上，CTP 技术恰恰是利用了磷酸铁锂在安全性上的冗余，减少或取消模组，从而提升电池系统的能量密度。但值得注意的是，CTP 仍是电池制造环节的创新，理论上未来是同样适用于三元电池的，磷酸铁锂在能量密度上的劣势并未在本质上发生变化。我们认为，CTP 技术确实可以拓宽磷酸铁锂电池的适用范围，未来中低端的乘用车上可能会加大磷酸铁锂电池的使用。然而，电动车在能量密度上的创新仍在继续，中高端车型对能量密度的要求也更高，三元电池仍是未来的主流方向。

特斯拉积极寻求电池上突破的可能，“无钴电池、超级电容、干电极”成为热点方向。特斯拉作为电动车的领军者，其在电池技术上的布局和合作方向都可能成为引领电池技术的方向。2019 年 5 月，特斯拉用 2.18 亿美元溢价 55%收购了 Maxwell，其在“超级电容”、“干电极”等领域成效显著。2019 年 10 月，特斯拉收购了加拿大电池制造设备和工程技术公司 Hibar。另一方面，2020 年 2 月 3 日，宁德时代公告称，公司与特斯拉开展业务合作，拟向特斯拉供应锂离子动力电池产品。根据澎湃新闻报道，特斯拉或在国产电动车中使用“无钴电池”。

在与宁德时代的合作中，“无钴电池”选择磷酸铁锂的可能性较大。由于钴金属比较贵，为了减少成本，降低钴的含量一直是产业的努力方向。对于三元电池来说，NCM523 逐渐向着 NCM811 发展，镍的含量被提高，钴的含量被降低。而对于磷酸铁锂电池来说，完全没有钴，价格优势明显。

从目前市场上主要厂家产品的能量密度看，不同形状的三元电芯能量密度均在 200Wh/kg 以上，磷酸铁锂电芯能量密度范围在 160Wh/kg-180Wh/kg 之间。从理论上来看，“无钴电池”可能主要包含磷酸铁锂和高镍低钴的 NCM811，考虑到特斯拉与宁德时代开始合作的车型大概率是中低端车型，因此选择磷酸铁锂的可能性较大。

作者：起点研究院

相关问答

电动车改锂电池接线方法,以48V铅酸电池为例。第一步,打开电池的四角螺丝,小心的打开上盖,可以看到里面是4块12V的铅酸电池。第二步,记清楚电...电动车改锂...

电池盒上红线接第一块电池正极(+或红色标志)。然后第一块电池的负极(-或蓝色标志)接第二块电池正极,第二块电池负极接第三块电池正极,第三块电池负极接第四...

一般不需要更改线路。由于酸铅电池单元和锂电池单元的标称电压不相同,所以就不可能做到锂电池组的电压恰好等于酸铅电池组的电压。所以在设计锂电池组的时候,...

把动力锂电池串联和并联起来使用,这听起来好象很简单,但是,遵循一些简单的规则,就可以避免不必要的问题。锂电池组包含两部分:锂电池和锂电池保护线路。在...

60V32Ah锂电池需要一套高压线路以确保安全性能和充电效率。为了满足这个要求,需要使用大直径的线缆和高质量的连接器,以减少电阻并提供稳定的电流输送。此外...

很简单,,,一般充电线都比负载线小细,小的那根就是充电线,也有充电线粗,这种一般是充电电流大于放电电流,这种情况很少。反正就是看你那里啦,充电电流跟...很...

酸铅电池用锂电池代替,一般不需要更改线路。由于酸铅电池单元和锂电池单元的标称电压不相同,所以就不可能做到锂电池组的电压恰好等于酸铅电池组的电压。所以...

雅迪e10旗舰版改装锂电池时,一般情况下不需要更换线路。该车型原有的线路系统已适于锂电池的安装和使用。改装时,主要更换原有的铅酸电池组和充电器即可。如遇...

有些锂离子电池第三根是温度保护线,有些是电池信息核对线(比如换了非原厂电池要提示报警)。锂离子电池都是电池+保护板。3线只会出现在保护板上,电池永远只...

不建议将锂电池的线夹断自己接。因为锂电池的电压较高,一旦线路接触不良或者接错位置,可能会引起短路,从而导致电池爆炸、起火等严重后果。此外,夹断线路自己...