電動化大趨勢愈演愈烈，我國通過政策的引導(dǎo)和扶持，已經(jīng)成為全球最大的新能源汽車市場。眾所周知，新能源汽車的重要瓶頸在于電池的續(xù)航里程。在此背景下，國家出臺了《促進(jìn)汽車動力鋰離子電池發(fā)展行動方法》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，鼓勵高能量密度電池的使用，近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2017年修行）》政策提出解除純電動汽車合資公司限制以及取消汽車電子和動力鋰離子電池股比限制，這也是促進(jìn)新能源汽車市場推廣應(yīng)用高能量密度電池的重要舉措。基于政策倒逼和動力鋰離子電池技術(shù)本身的進(jìn)步，智電汽車通過三元鋰和固態(tài)鋰離子電池的產(chǎn)品技術(shù)對標(biāo)模型分析，對未來動力鋰離子電池發(fā)展格局進(jìn)行推演。

一、動力鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)新能源汽車仍然在采用磷酸鐵鋰（BYD為主）和三元鋰離子電池，車型續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里，但是電池系統(tǒng)平均能量密度水平僅為115Wh/Kg。而2017年三月份，國家工信部等四部委聯(lián)合頒布《促進(jìn)汽車動力鋰離子電池發(fā)展行動方法》，指出到2020年，要求新型鋰離子動力申池單體比能量超過300Wh/Kg；系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260Wh/Kg。

數(shù)據(jù)顯示，我國動力鋰離子電池能量密度現(xiàn)狀與目標(biāo)值差距達(dá)126%，2020年達(dá)到目標(biāo)值對磷酸鐵鋰離子電池來說太難了，但是有關(guān)以特斯拉為代表的三元鋰離子電池則是完全可能的，其采用的動力鋰離子電池性能好，BMS管理系統(tǒng)效率也高；此外，固態(tài)鋰離子電池也可以將電池系統(tǒng)能量密度提升至260Wh/Kg水平。

1、三元鋰和磷酸鐵鋰離子電池——當(dāng)前的中流砥柱

當(dāng)前，全球新能源車市場進(jìn)入蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵時期，主流汽車公司紛紛布局新能源汽車，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈因此快速成熟將進(jìn)一步推動新能源汽車的規(guī)模化應(yīng)用。從全球角度看，典型車企配套車型重要采用日韓動力鋰離子電池，以三元鋰為主，續(xù)航里程基本都達(dá)到或超過350公里的水平。

表格1全球主流動力鋰離子電池配套情況

再看國內(nèi)，從2017年新能源汽車前6批推廣目錄來看，新車型搭載電池的能量密度也有不同程度地提升。第一批目錄中能量密度超過115Wh/Kg的車型僅占13.11%，到第五批目錄這一比例達(dá)到了73%，可以看出動力鋰離子電池能量密度的提升已是大勢所趨。主流電動汽車公司配套的動力鋰離子電池也逐步向三元鋰轉(zhuǎn)型，續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里的水平。

表格2國內(nèi)主流動力鋰離子電池配套情況

綜合國內(nèi)外動力鋰離子電池公司搭載新能源汽車情況看，三元鋰離子電池成為主流技術(shù)路線的趨勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，但整車?yán)m(xù)航里程仍有提升的空間。這很可能是由于動力鋰離子電池能量密度不高、BMS效率提升空間仍有待開拓等多方面原因所致。

2、全固鋰態(tài)動力鋰離子電池——未來的發(fā)展方向

世界各國先后制訂的高能量密度鋰離子電池研發(fā)目標(biāo)，均在積極地布局鋰硫電池、鋰空氣電池或鋰金屬電池等前瞻性技術(shù)。

固態(tài)鋰離子電池在繼承傳統(tǒng)鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，安全性、能量密度都有了大幅進(jìn)步。目前，全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)可供應(yīng)的能量密度基本可達(dá)300~400Wh/kg，有望成為下一代高能量密度動力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，這已是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。

圖1世界各國對動力鋰離子電池能量密度的階段目標(biāo)

圖2世界鋰離子電池技術(shù)路線走向

全球動力鋰離子電池關(guān)聯(lián)公司也加速布局全固態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域以搶占先機(jī)，目前各技術(shù)路徑的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不同，其中以聚合物固態(tài)電池發(fā)展較快，由于其高溫工作性能較好，已經(jīng)完成實驗室驗證并有小部分公司實現(xiàn)了小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

固態(tài)鋰離子電池（聚合物固態(tài)電池）研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

法國Bolloré：全固態(tài)二次電池（LMP），負(fù)極材料采用金屬鋰，電解質(zhì)采用聚合物（PEO等）薄膜，目前已經(jīng)批量應(yīng)用在法國的EV，共享服務(wù)汽車“Autolib”和小型電動巴士“Bluelus，總體應(yīng)用超過3000輛。

美國Seeo：全固體二次電池采用大創(chuàng)公司的干聚合物薄膜，供應(yīng)的樣品電池組能量密度為130-150Wh/kg，2017年能量密度能達(dá)到300Wh/kg，尚未推廣應(yīng)用。

CATL：目前已經(jīng)設(shè)計制造出了容量為325mAh的聚合物電芯，表現(xiàn)出較好的高溫循環(huán)性能，尚未推廣應(yīng)用。

中科院青島能源所：開發(fā)的大容量固態(tài)聚合物鋰離子電池“青能I號”完成深海科考，其能量密度超過250Wh/kg，500次循環(huán)容量保持80％以上，在多次針刺和擠壓等苛刻測試條件下保持非常好的安全性能。“青能II號”也已經(jīng)研發(fā)成功，能量密度高達(dá)300Wh/kg，尚未推廣應(yīng)用。

此外，固態(tài)鋰離子電池中，硫化物固態(tài)電池（鋰硫電池）由于具有較高的能量密度和低廉的成本，有著巨大的開發(fā)潛力，豐田、三星、CATL、豐田等國內(nèi)外公司均紛紛加速布局，這其中以豐田技術(shù)最為領(lǐng)先。豐田在2010年就推出硫化物固態(tài)電池，2014年其實驗原型能量密度達(dá)到400Wh/kg，截止到2017年初，豐田固態(tài)電池專利數(shù)量達(dá)到30件，遠(yuǎn)高于其它公司。據(jù)豐田高管透露，豐田或?qū)⒃?020年實現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)公司CATL在硫化物固態(tài)電池方面相對領(lǐng)先，正加速開發(fā)純電動汽車用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池。

固態(tài)鋰離子電池（硫化物固態(tài)電池）研發(fā)現(xiàn)狀

豐田：2010年開始推出固態(tài)電池，2014年其實驗原型能量密度達(dá)到400Wh/kg。

三星日本研究所：利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出2000mAh、175Wh/kg的壓層型全固態(tài)二次電池。

Sakti3（美國）：2015年獲得英國家電巨頭戴森1500萬美元的投資，其開發(fā)的固態(tài)電池以陶瓷等為電解質(zhì)，金屬鋰或鋰類合金為負(fù)極，能量密度達(dá)到1000Wh/L，目前仍處于研發(fā)階段。

清陶能源：公司核心在于高固含量的全陶瓷隔膜和無機(jī)固體電解質(zhì)的開發(fā)和生產(chǎn)。目前團(tuán)隊已經(jīng)和北汽開展合作進(jìn)行中試，未來可能作為北汽電動汽車的重要組件。

CATL：重要研發(fā)方向是硫化物電解質(zhì)，采用正極包覆方法，解決了界面反應(yīng)問題，熱壓方式降低了界面電阻。

三、兩種技術(shù)路線的比較及影響分析

1、三元鋰離子電池：技術(shù)成熟，當(dāng)前占據(jù)市場主流

從產(chǎn)品成熟度角度來看，美國特斯拉Model系列車型已經(jīng)實現(xiàn)突破，Model3即將

規(guī)模化銷量，進(jìn)一步論證三元鋰動力鋰離子電池的可行性。Model3采用全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長變粗，能量密度也提高了20%，單體電池容量可達(dá)3~4.8Ah，大幅提升35%。毫無疑問，當(dāng)前三元鋰動力鋰離子電池已然為主流產(chǎn)品。

2、固態(tài)鋰離子電池：技術(shù)潛力大，有望成為未來的主流產(chǎn)品

從技術(shù)潛力角度來看，三元鋰動力鋰離子電池能量密度提升相對困難，全固態(tài)鋰離子電池能量密度提升，從理論上講更具可行性。一是全固態(tài)鋰離子電池電壓平臺提升，固態(tài)電解質(zhì)比有機(jī)電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進(jìn)一步提升電池的能量密度；二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三是全固態(tài)鋰離子電池當(dāng)前能量密度約400Wh/Kg，預(yù)估最大潛力值達(dá)900Wh/Kg，有超過100%的提升空間。固態(tài)鋰離子電池必將是未來的主流產(chǎn)品。

表格5三元鋰離子電池與固態(tài)鋰離子電池技術(shù)性能比較

3、固態(tài)鋰離子電池：安全性高，可大幅降低車輛自燃率

近年來國內(nèi)外多次出現(xiàn)新能源汽車自燃事故，新能源汽車的使用越來越關(guān)注。其重要原因在于動力鋰離子電池（三元鋰為主）的問題，三元鋰離子電池的電氣安全、功能安全、化學(xué)安全、機(jī)械安全方面控制仍不給力。一般而言，三元鋰離子電池液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，在長期使用過程中容易觸發(fā)“熱失控”，在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。但是全固態(tài)鋰離子電池則具有極高的安全性，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，搭載全固態(tài)鋰離子電池的汽車的自燃概率會大大降低。

綜合上述產(chǎn)品、技術(shù)、安全等方面的比較，全固態(tài)鋰離子電池在使用安全和技術(shù)潛力方面具有絕對的優(yōu)勢，但是三元鋰電在產(chǎn)品成熟度、市場滲透方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。綜合來看，當(dāng)前采用三元鋰電是純電動汽車最為明智的選擇。但是，一旦全固態(tài)鋰離子電池解決金屬鋰穩(wěn)定性差等問題后，將爆發(fā)強(qiáng)大的產(chǎn)品替代力，或?qū)㈩嵏矂恿︿囯x子電池產(chǎn)業(yè)格局。

5、高能量動力鋰離子電池發(fā)展格局預(yù)判

前文提到，國家的政策導(dǎo)向已經(jīng)非常明確，大力支持高能量密度的新型鋰離子動力鋰離子電池的發(fā)展，并已經(jīng)有相應(yīng)的政策細(xì)則體現(xiàn)。重要表現(xiàn)在三個方面：一是2017年六月份國家工信部公布的雙積分政策，通過高能量密度降低電池質(zhì)量而獲得低的百公里電能消耗量Y時，可以獲得1.2倍積分；二是去年年底補(bǔ)貼政策，強(qiáng)調(diào)了高能量密度（乘用車電池能量密度>120Wh/Kg）時，可獲得1.1~1.2倍補(bǔ)貼；三是從獲取補(bǔ)貼必須進(jìn)入的新能源汽車推廣目錄來看，乘用車三元鋰電車型占比持續(xù)提升，今年第6批車型份額占比超過70%，已然促進(jìn)了高能量密度電池的發(fā)展。

然而，雖然國內(nèi)新能源汽車推廣應(yīng)用方面取得了良好成績，但是面向私人消費(fèi)者的純電動乘用車產(chǎn)品仍受制于“里程焦慮”的影響，尚未實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。私人需求端市場的突破與滿足要求動力鋰離子電池的能量密度有進(jìn)一步提升，就目前情況而言，僅三元鋰動力鋰離子電池和固態(tài)鋰動力鋰離子電池可能達(dá)成2020年目標(biāo)。這將引發(fā)國內(nèi)動力鋰離子電池技術(shù)新格局。

第一類，技術(shù)領(lǐng)先型，以CATL為代表。CATL公司本身已經(jīng)具備了三元鋰電技術(shù)沉淀，其產(chǎn)品將采用硅碳材料作為負(fù)極，“十三五”期間有望實現(xiàn)350Wh/kg目標(biāo)；同時CATL在固態(tài)鋰離子電池（鋰硫電池、聚合物電芯）均取得了突破，如CATL設(shè)計制造的容量為325mAh的聚合物電芯高溫循環(huán)性能表現(xiàn)良好。技術(shù)的領(lǐng)先和提前布局，能夠保證公司在新技術(shù)的應(yīng)用推廣時占據(jù)制高點(diǎn)。

第二類，技術(shù)跟隨型，以國軒高科、力神等為代表。國軒高科、力神等公司具備較強(qiáng)的市場基礎(chǔ)，都在加速研發(fā)具有高電池能量密度的三元鋰電技術(shù)。如科技部官網(wǎng)有關(guān)國軒高科三元鋰電技術(shù)的突破情況，稱其以“高鎳正極+硅基負(fù)極”為電池材料，實驗室電池能量密度水平達(dá)281Wh/kg。但是這類公司很少或者基本上沒有涉及到固態(tài)鋰離子電池技術(shù)儲備，該類公司或?qū)⒓涌焱侨毡狙芯克akti3（美國）、清陶能源等具有全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)的公司合資合作。

第三類，技術(shù)轉(zhuǎn)型類，以比亞迪、萬向等為拜拜。比亞迪、萬向等公司，其核心產(chǎn)品磷酸鐵鋰離子電池能量密度上升空間有限，逐步降低磷酸鐵鋰離子電池的影響，加速轉(zhuǎn)型三元鋰離子電池技術(shù)路線。其中，萬向旗下A123Systems磷酸鐵鋰產(chǎn)品能量密度止步于140Wh/kg左右；比亞迪計劃在2018年三元鋰離子電池能量密度達(dá)到240Wh/kg左右，2020年達(dá)到300Wh/kg左右。該類公司具有較強(qiáng)的技術(shù)積累和研發(fā)支撐，且有較強(qiáng)的技術(shù)嗅覺，或?qū)⒓訌?qiáng)同中科院青島能源所、國能電池研究院等科研院所的合作，加快全固態(tài)動力鋰離子電池的研發(fā)。

總而言之，磷酸鐵鋰技術(shù)路線正在被替代，三元鋰離子電池技術(shù)路線已經(jīng)成為主流，未來全固態(tài)鋰離子電池或新鋰離子電池技術(shù)路線將逐步替代三元鋰。

四、發(fā)展建議

未來，新能源汽車的健康與規(guī)模化推廣應(yīng)用很大程度上取決于高安全、高續(xù)航里程的動力鋰離子電池的支撐力度。當(dāng)前，新能源汽車動力鋰離子電池技術(shù)進(jìn)步受國家政策、外部競爭的雙重壓力驅(qū)動，這就要求現(xiàn)有三元鋰動力鋰離子電池技術(shù)持續(xù)提升，同時也要新的鋰離子電池的技術(shù)攻關(guān)和突破，以實現(xiàn)顛覆性的革新。對動力鋰離子電池公司說，現(xiàn)在是最好的時期，也是最壞的時期。智電汽車認(rèn)為，電池能量密度的“攻堅戰(zhàn)”已經(jīng)打響，動力鋰離子電池行業(yè)格局將洗牌。未來公司要進(jìn)入競爭力梯隊，要重點(diǎn)做好兩點(diǎn)：一是要轉(zhuǎn)變思維方式和“居安思危”，由粗放規(guī)模化發(fā)展向“技術(shù)和規(guī)模化”并重的發(fā)展模式轉(zhuǎn)型，加速全固態(tài)鋰離子電池或新鋰離子電池技術(shù)儲備；二是要重視產(chǎn)品的安全性，既要加強(qiáng)與整車公司的合作，同時要規(guī)避“高田氣囊”事件在動力鋰離子電池行業(yè)上演。