國外典型企業(yè)的電芯化學體系路徑演進
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●中國動力電池市場曾在磷酸鐵鋰路線堅持了較長時間，現已普遍轉向三元鋰的研發(fā)生產。
●看未來五年，高鎳三元正極＋硅碳負極是提升比能量（續(xù)航）最可行的方案。
●固態(tài)電池短期內無法派上用場，預計2025年迎來量產應用的節(jié)點。
●電池技術每年都有一些逐步的提升，但創(chuàng)新速度可能不及預期。
一、動力電池電芯技術的革新
從中國新能源汽車推廣示范開始，逐漸形成了磷酸鐵鋰的主體地位，大約從2010年“風靡”到2015年，三元鋰則是后來居上。2015年的新能源汽車市場中，三元鋰和磷酸鐵鋰電池的配套占比還是“三七開”，2016年“四六開”，2017年接近打平，2018上半年三元鋰已經開始反超。
動力電池從磷酸鐵鋰往三元鋰路線的轉移并不是一蹴而就，如下圖所示，在國內快速轉化之前，國外電池企業(yè)已經在電芯化學體系上做了一些變革。之所以給我們“忽如一夜春風來”的感覺，主要還是我們在磷酸鐵鋰的路線上堅持了比較長的時間。當2016年以后普遍轉向三元鋰電芯開發(fā)，一下子跟上了日韓的技術路徑。
國外典型企業(yè)的電芯化學體系路徑演進
目前國內三元材料動力電池體系均為鎳鈷錳酸鋰（NCM）。鎳具有提高材料能量密度的作用, 根據三種過渡金屬離子占比不同，分為低鎳的NCM424、NCM333、NCM523和高鎳的NCM622、NCM811等材料。其產業(yè)化進程主要是從低鎳的NCM333、523等向高鎳的622、811方向發(fā)展。
對于整車而言，動力電池有四大關鍵問題需要重點突破：
●電芯價格：隨著新能源汽車補貼不斷退坡，未來的電池價格需要繼續(xù)往下降。分階段來說，在2021年初，電芯價格需要往下探到0.7元/Wh，約100美金/kWh；到2023年進一步降低到6毛/Wh，約80美金/kWh。
●電芯壽命：現有NCM523體系的壽命大概是8到10年左右，重度使用的話耗損更快，預期是把壽命延長到10年。
●電芯安全：提高電芯的安全性，改良的做法是逐步優(yōu)化電解液配方、隔膜等關鍵因素，需要更源頭化的安全機制。
●電芯能量密度：補貼政策每年都會給電池能量密度刻畫新的基準線，國家也定下了《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年實現電池單體能量密度300Wh/kg。
我們重點探討一下電池比能量對電動汽車發(fā)展的影響。目前主要的純電動汽車平臺規(guī)劃可以分為以下幾個檔次。電池裝載量普遍會從40kWh開始，想要獲取更長續(xù)航里程光增加電池是不夠的，電池本身的體積和重量都大，堆積得越多，反而會導致能耗增加續(xù)航減少。
| 面向2020年的動力電池規(guī)劃 | ||
| 車型 | 電池能量 | 對應續(xù)航（NEDC） |
| 緊湊型轎車、SUV | 40-50kWh | 350-400km |
| 中型轎車、緊湊型SUV | 60-70kWh | 400-500km |
| 緊湊型SUV、轎車 | 90-100kWh | 500-600km |
| 跑車、大型SUV | 110-120kWh | >600km |
| 制表：汽車之家?行業(yè)評論員 | ||
目前主流的電池系統(tǒng)能量密度在140kWh/kg-160kWh/kg之間，續(xù)航里程設計已經普遍達到350-400Km。 國內高端電動車型的規(guī)劃是在2020年左右，通過電芯設計的優(yōu)化，往上把續(xù)航里程提高到500Km。目前來看國外的大眾MEB平臺、寶馬的iNext系列和奔馳的EQ系列都是規(guī)劃了不同的能量密度，通過控制總的電池裝載量來選擇。
從主流電池廠商的進展來看，產品迭代速度也分為激進路線和平和路線，需要在滿足安全性、壽命等指標的情況下，綜合考慮能量密度的提升。對于制造同一個大小的電池來說，電池瓦時數高了，每瓦時的制造成本就會降低。根據制造層面環(huán)境控制的要求，短期內也有個產線改造的過程。
國內外主流電芯的能量密度提升路線
目前圓柱型動力電池已率先實現高鎳產品量產，方形、軟包電池突破在即，預計2019年行業(yè)將迎來高鎳產品量產的普遍性突破。在其他類型的動力技術突破前，高鎳三元正極產品生命周期預計至少五年。
二、固態(tài)電池應用還有多遠？
從主流電池供應商的反饋來說，未來五年的電芯層面的技術研發(fā)可能較快，但是為了符合車輛的要求，實際應用的迭代速度其實并沒有我們想象的更快。因此有部分汽車企業(yè)已經在嘗試固態(tài)電池，以跨越式的路徑來解決問題。
前段時間，大眾宣布向QuantumScape投資約1億美元，目標是在2025年研發(fā)并擁有可量產的固態(tài)電池。大眾從很多年前開始關注QuantumScape，2014年12月已持有后者5%的股權，如今的1億美元為新增投資，這也說明大眾對于后者的技術實現可能性較為確定。在日本，日本政府、日本電池制造商及本田、日產和豐田三大主要汽車制造商將聯合研發(fā)固態(tài)鋰離子電池。但是根據幾位大佬的表態(tài)來看，時間節(jié)點要在2025年后了。
日產研究與先進工程高級副總裁Takao Asami接受采訪說，2025年前，固態(tài)電池技術還沒完善到用于電動汽車中，障礙包括成本和生產難度等，現在基本上都還處于初始研究階段。豐田董事長內山田武也表示：“我們正在努力研究，如果想大規(guī)模量產，還有一些問題沒有解決”。這也說明，固態(tài)電池在研發(fā)層面需要在內部和外部創(chuàng)新公司共同解決，短期內無法派上用處。
車企的固態(tài)電池投資面臨著成本、生產工藝等很多現實的難題
總結：
冷靜下來看，近五年的動力電池電芯技術每年都有一些逐步的提升，但考慮到要支撐整個電動汽車的快速普及，電芯層面的創(chuàng)新速度可能不及我們的預期。綜合來看，2020年單純實現300Wh/kg的目標是夠得著的，問題是實現了這個目標是否就表示能用在電動汽車上呢？答案并不確定。汽車動力電池是一個系統(tǒng)工程，滿足比能量要求只是條件之一，其他性能（充放電倍率、功率、壽命、安全性等）也至關重要。在實現高比能量的目標的基礎上，綜合發(fā)展、提高其他各項性能指標，還需要投入更多的時間和精力。
