助力電動(dòng)車取代燃油車 動(dòng)力電池正朝著這些方向發(fā)展

在新能源汽車推廣過程中的兩個(gè)主要問題：一是與化石燃料相比，電池相對低的能量密度。汽油的能量密度高達(dá)12000Wh/kg，現(xiàn)在較先進(jìn)的動(dòng)力電池單體能量密度約250Wh/kg，僅有汽油的1/40，這導(dǎo)致的主要后果是普通電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程遠(yuǎn)低于燃油車，催生消費(fèi)者的“里程焦慮”。

二是與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，相對高的整車成本。燃油車經(jīng)過上百年的發(fā)展，其發(fā)動(dòng)機(jī)的制造工藝成熟，成本控制也較好，而動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化時(shí)間仍然較短，當(dāng)前成本很高，截至2017年，美國中檔燃油車的動(dòng)力系統(tǒng)成本約5500美元/套，動(dòng)力電池成本則高達(dá)12000美元/套，盡管電動(dòng)車的使用成本有優(yōu)勢，但電池造價(jià)的巨大差距導(dǎo)致目前電動(dòng)車的經(jīng)濟(jì)性仍然較差。

因此，提升能量密度、價(jià)格持續(xù)下降是動(dòng)力電池的主要發(fā)展方向。

提升能量密度

提升電池能量密度主要通過優(yōu)化活性材料和生產(chǎn)工藝，目前比較確定的技術(shù)方向包括正極材料高鎳化和負(fù)極中引入硅材料。

首先，來看正極材料高鎳化。提高三元NCM正極材料中鎳元素的含量確實(shí)可以有效提升電池的容量和工作電壓，從而提升電池的能量密度。然而，隨著鎳含量的提高，正極材料的穩(wěn)定性隨之下降。由于面臨問題較多，盡管高鎳三元已成為眾多電池廠商的攻關(guān)方向，但距離大規(guī)模推向市場仍需時(shí)日。

其次，在石墨負(fù)極中引入硅元素也是提高電池容量的有效方法。商業(yè)化的鋰離子電池主要是以石墨為負(fù)極材料，石墨的理論比容量為372mAh/g，而市場上的高端石墨材料已經(jīng)可以達(dá)360-365mAh/g，因此相應(yīng)鋰離子電池能量密度的提升空間已相當(dāng)有限。硅基負(fù)極材料因其較高的理論比容量（高溫4200mAh/g，室溫3580mAh/g）、低的脫鋰電位（＜0.5V）、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富、成本較低等優(yōu)勢而被認(rèn)為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負(fù)極材料。但硅負(fù)極在脫嵌鋰離子時(shí)體積變化率太大，并且會(huì)導(dǎo)致析鋰反應(yīng)，造成安全隱患，因此目前硅負(fù)極材料的應(yīng)用也未普及。

所以，能量密度低的缺點(diǎn)暫時(shí)通過增加電池容量來緩解。以日產(chǎn)聆風(fēng)汽車動(dòng)力電池為例，2012年，該系統(tǒng)電池容量僅有24kWh，續(xù)航里程228km。隨著電池成本的快速下降以及能量密度的提升，汽車攜帶的電池容量穩(wěn)步增加，續(xù)航里程也隨之增加。到2017年10月，日產(chǎn)聆風(fēng)汽車動(dòng)力電池容量已達(dá)到40kWh，續(xù)航里程提升至400km。

不過，提升能量密度的發(fā)展方向并未改變。2018年的國補(bǔ)政策中，乘用車電池系統(tǒng)能量密度在120Wh/kg以上才能拿到全額補(bǔ)貼，對于大于140Wh/kg的車型補(bǔ)貼還有倍增的激勵(lì)。因此，今年整車企業(yè)對于電池能量密度的重視達(dá)到了前所未有的高度。

值得一提的是，盡管國內(nèi)動(dòng)力電池廠商的份額相差懸殊，但各家產(chǎn)品在能量密度上的差異卻并不顯著，部分二線廠家規(guī)劃中的產(chǎn)品性能甚至優(yōu)于行業(yè)龍頭。這表明提高能量密度在技術(shù)上并非難以逾越，更大的困難來自大規(guī)模供應(yīng)品質(zhì)和一致性好的電池產(chǎn)品。

價(jià)格持續(xù)下降

經(jīng)過多年的持續(xù)努力，動(dòng)力電池成本下降的速度非常迅速，從2010年至今，全球動(dòng)力電池系統(tǒng)的價(jià)格從1000$/kWh降至2017年的209$/kWh，年復(fù)合降幅達(dá)20%以上。

國內(nèi)動(dòng)力電池的價(jià)格也在快速下降，2013年國內(nèi)鋰電池單體的價(jià)格高達(dá)3.2元/Wh，2017年國內(nèi)動(dòng)力電池的平均售價(jià)約1.5元/Wh，2018年有望降至1元/Wh，2025年有望降至0.55元/Wh。2017年，已有寧德時(shí)代、中航鋰電售價(jià)低于1.5元/Wh的平均水平。

總體而言，動(dòng)力電池價(jià)格仍有下降空間，但降低成本需要全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)力、重點(diǎn)環(huán)節(jié)突破。首先是原材料，正負(fù)極材料占到電池成本的50%以上。近年來三元電池的爆發(fā)式增長使得上游三元材料出現(xiàn)嚴(yán)重供不應(yīng)求的局面，正極材料出現(xiàn)了不同程度的價(jià)格上漲，預(yù)計(jì)2019年原材料供需將逐漸扭轉(zhuǎn)，原材料價(jià)格的回落將有力地降低電池成本。此外，提高生產(chǎn)制造的良品率和一致性以及材料回收和再循環(huán)，也是降低電池產(chǎn)業(yè)鏈成本的有效途徑。綜合來看，電池成本方面，滿足電動(dòng)汽車要求的成本需要做到動(dòng)力系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)等價(jià)，即大概100美元/千瓦時(shí)，就可以跟傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力完全等價(jià)。

以上數(shù)據(jù)及分析均來自于前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2023年中國動(dòng)力鋰電池行業(yè)市場需求預(yù)測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》。

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