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动力电池专题报告：市场拐点将至，抓住二线企业崛起机会
1、动力电池：下游需求助推，提振市场规模向上动力电池作为新能源汽车最核心的零部件， 其出货量主要受下游新能源汽 车销量和单车带电量的影响，接下来我们从新能源汽车销量、单车带电量、动 力电池售价三个维度分析未来动力电池的市场规模。1.1 新能源汽车销量短期承压，长期向上趋势不变新能源汽车销量继续承压。2019 年受补贴退坡影响，叠加汽车市场整体下 行的波及，我国新能源汽车销量首次出现负增长，同比下滑 4%。2020 年新冠 疫情在全球范围内大流行，汽车行业供给侧和需求侧均遭受严重冲击。1-5 月 我国新能源汽车销量为 26.6 万，同比下滑 44%。基于三方面的原因：（1）随 着疫情好转，前期积累的需求，尤其是 B 端需求有望得到释放；（2）为了对 冲疫情影响，各地推出的新能源汽车补贴政策陆续落地，如北京 2 万辆新能源 指标等；（3）下半年新车型投放加速，如磷酸铁锂版 Model 3、比亚迪汉、小 鹏 P7 等。第三季度新能源汽车市场有望由下滑期转向增长期，预计全年销量 为 106.5 万左右，同比下滑 12%，全年销量仍继续承压。2020 年销量有望触底，未来迎来上升期。基于三个因素： （1）需求侧： 用户对新能源汽车的认可度逐年提升，助力其渗透率呈上升趋势；（2）供给 侧：近年来新能源汽车产品力显著提升，产品矩阵明显丰富，里程焦虑有所缓 解，有望在明星车型 Model 3 的引领下提升行业景气度；新基建政策助力下， 充电桩等配套设施短板有望得到弥补；（3）政策端：新能源补贴政策延长至 2022 年底，补贴标准分别在上一年基础上退坡 10%、20%、30%，而动力电池 售价下降有望对冲掉补贴退坡，未来两年迎来政策稳定期。未来 2 年有望迎来 上升期，考虑到 2020 年疫情的影响，以补贴退坡后的 2019 年下半年销量数据 为基数，折合全年销量约 116 万，预计 2021、2022 年销量分别有望达到 133 万、160 万，增长率分别为 15%、20%。未来新能源汽车拥有一定的增量空间， 有利于带动动力电池需求。1.2 续航里程提升，单车带电量增加技术与政策双驱动，续航里程显著提升。续航里程一直以来是新能源汽车 的行业痛点之一，也是消费者对新能源汽车望而却步的主要因素之一。近年来， 随着动力电池技术的进步，辅以补贴政策的积极引导，新能源汽车的续航里程 显著提升。迄今为止，工信部共公布三十一批《免征购置税的纯电动乘用车车 型目录》， 2014 年大部分车型续航里程在 100~200km，占比高达 83.7%。 2014 年以来续航里程逐年提升，最大续航里程已由 322km 提高至 706km，增 速显著。最近三年续航里程以每年接近 100km 的速度显著提升，2019 年公示 的大部分车型续航在 300~500km 区间，其中 400km 以上续航里程的车型占比 为 46.9% 。而 2020 年公示的两批目录中，大部分车型的续航里程在 400~600km，其中 400km 以上续航里程的占比为 54.8%，相较 2019 年提高了 7.9 个百分点。在最新公布的补贴方案中，已将纯电动乘用车续航里程补贴门 槛提高至 300km。伴随着消费升级和行业竞争加剧趋势，预计后续除特定应用 场景之外，低续航里程的车型逐渐会被淘汰，高续航里程的车型占比会逐年提 升。预计 2021 年推出的纯电动乘用车中续航里程在 400km 以上的车型占比可 以达到 80%左右，最大续航里程有望达到 800km 左右。续航里程需求驱使，单车带电量显著提升。新能源汽车的动力来源是车载 动力电池系统，车辆的续航里程主要由电池系统带电量和百公里电耗决定。目 前提升车辆续航能力最直接的策略就是增加整车带电量，如优化车身结构以增 加电池数量或选配能量密度更高的动力电池。工信部公布的各批次纯电动乘用 车性能参数显示，2014 年以来单车带电量显著提升。2014 年大部分车型带电 量在 20~30kWh 区间，占比为 51.2%。2019 年大部分车型带电量在≥50kWh 区 间，接近 2014 年的两倍。而 2020 年公示的车型中，单车带电量≥60kWh 的车 型占比达 30.8%，相较 2019 年上升了 15.9 个百分点，增速显著。受益于续航 里程的持续提升，新能源汽车单车电量持续提升的趋势短期不会改变。预计 2021 年推出的纯电动乘用车中带电量≥60kWh 车型占比有望达到 50%左右，有 利于带动动力电池的需求。销量与带电量双驱动，动力电池出货量逐年提升。考虑到 2022 年纯电动 乘用车平均续航里程有望达到 500km，百公里电耗按 13kWh 计，预计其平均 带电量约为 65kWh，2019-2022 年的年复合增长率约为 11.3%。结合新能源汽 车销量和单车带电量，装机比（动力电池装机量瓦数/动力电池出货量瓦数） 按近两年平均值 87%计，预计 2020 年动力电池出货量约为 70.8GWh，与 2019 年基本持平。预计 2022 年动力电池出货量有望达到 120GWh，未来 2 年的年 复合增长率约为 30.0%。1.3 平价诉求强烈，电池售价逐年下降下游需求侧：补贴退坡，整车平价诉求强烈，倒逼动力电池降价。现阶段 新能源汽车购置成本仍明显高于传统燃油车，比亚迪各车型燃油版与纯电版售 价数据显示，纯电版售价在燃油版售价的 1.5 倍以上，客户端对新能源汽车的 平价诉求一直强烈。此外，2019 年 6 月份以来政策端补贴退坡明显，以续航 里程为 400km 的新能源汽车为例，最高补贴金额已由 5 万缩水至 2.25 万，而 售价又无法跟进，导致整车企业利润缩水严重。旺盛的平价诉求，叠加补贴退 坡影响和激烈的行业竞争，下游整车企业成本严重承压，只能将成本压力传递 至上游产业链，倒逼动力电池降价。上游供给侧：原材料成本逐年下降，利好动力电池成本控制。动力电池上 游原材料中最重要的是四大主材：正极材料、负极材料、隔膜、电解液。随着 中国新能源汽车市场的崛起，国内形成了完整的动力电池原材料产业集群，其 中四大主材的国产化率均在 90%以上。经过前期供需关系转变和锂钴资源价格 波动，受益于规模化效应、自动化率提高和竞争格局的加剧，四大主材的价格 呈现逐年下降的态势。相较 2018 年 Q1，2019 年 Q4 正极、负极和隔膜的价格 分别下降 40.0%、15.7%、53.4%，降幅显著。而电解液价格维持在 4 万/吨左 右，整体上略有下降。上游供给侧原材料成本的下降，利好动力电池成本控制。企业自身：规模化效应显著，制造成本逐年下降。受益于新能源汽车市场 的崛起，国内动力电池的出货量增速显著。自 2015 年至 2019 年底，出货量在 4 年时间内翻了接近 3.5 倍，规模化效应显著。同时随着动力电池企业自动化 程度提升和技术逐渐成熟，相应设备利用率和产品合格率都有所提升，动力电 池制造成本逐年下降。在下游整车平价诉求、上游原材料成本下降和自身制造成本下降三个维度 助力之下，动力电池售价呈现逐年明显下降走势。2019 年动力电池平均售价 为 0.99 元/Wh，同比下降 19.93%，降幅有所收窄。预计 2020 年三元、磷酸铁 锂电池的售价分别为 0.87、0.78 元/Wh，粗略预估动力电池平均售价为 0.84 元 /Wh 左右，同比下降 15.25%。考虑到上游原材料成本下降速率有限，预计 2022 年三元、磷酸铁锂电池的售价分别为 0.76、0.66 元/Wh，粗略预估动力电 池平均售价约为 0.72 元/Wh，未来 2 年的年复合增长率为-9.93%。届时，新能 源汽车与传统燃油车购车成本进一步缩小，有望于 2025 年实现基本平价。市场规模短期波动，未来仍有一定的增量空间。2019 年受限于新能源汽 车市场疲软，动力电池市场规模有所收缩，总市场规模为 710 亿元，同比下滑 11.80%。从新能源汽车销量、单车带电量和动力电池售价三个维度出发，预计 2020 年动力电池市场规模约为 596 亿元，同比增长率为-16.10%。后续随着新 能源汽车市场的回暖，预计 2022 年市场规模有望达到 860 亿元，未来 2 年复 合增长率约为 20%，仍有一定的增量空间。2．技术路线：磷酸铁锂有望回暖至 40%，模组技术有 所革新动力电池行业属于技术密集型制造业，技术路线的升级和变革对整个行业 竞争格局有着显著的影响。通常动力电池技术创新可以分为材料和工艺两个层 面，其中材料层面如电极材料和电化学体系等对动力电池的性能有着决定性作 用，而工艺层面如产品设计等可以将材料层面的特性充分发挥出来，起到辅助 的作用。接下来我们从材料和工艺两个层面解析动力电池技术路线的发展。2.1 电极材料：磷酸铁锂有所回暖，高镍三元仍是主流2.1.1 磷酸铁锂和三元材料性能及应用场景分析磷酸铁锂：低能量密度高结构稳定性，三元材料：低结构稳定性高能量密 度。根据正极材料的种类，目前国内主流的动力电池分为磷酸铁锂电池和三元 电池两种。磷酸铁锂是典型的橄榄石结构正极材料，锂离子完全脱出并不会造 成橄榄石结构的破坏，因此具有较佳的结构稳定性。三元材料是典型 αNaFeO2 层状结构，在锂离子脱嵌过程中容易造成层状结构的坍塌，因此结构 稳定性较差。相较三元材料，由于较佳的结构稳定性和丰富的原料资源，磷酸 铁锂具备诸多优势如：高安全性能、长循环性能与低成本。相反，三元材料由 于较高的电压平台和比容量，能量密度优势显著。长远来看，磷酸铁锂能量密 度已接近理论天花板，未来提升空间不大。而三元材料能量密度距理论值有一 定的差距，未来仍有一定的提升空间。磷酸铁锂三元各有所长，分别适配不同应用场景。磷酸铁锂电池的核心优 势是低成本、高安全和长循环，主要应用于对能量密度不敏感，而对安全和循 环性能要求较高的场景，如商用车和储能领域；三元电池的核心优势是高能量 密度，主要适配空间有限，需要高能量密度，高客户体验感的场景，如乘用车 领域。三元又根据镍含量分为低镍三元（NCM333）、中镍三元（NCM523、 NCM622）、高镍三元（NCM811、NCA）。随着镍含量的提升，三元电池的 能量密度显著提升。其中高镍三元电池主要应用于长续航的高端新能源乘用车， 如 Model 3、ES6、宝马 X1 PHEV 等，中镍三元电池主要应用于常规新能源乘 用车。2.1.2 磷酸铁锂和三元市场份额比较及未来发展趋势动力电池领域产品结构：三元为主、磷酸铁锂为辅。新能源汽车产品结构 中乘用车占主导地位，2019 年乘用车、客车、专用车的占比分别为 88.06%、 7.88%、4.06%，乘用车市占率相较 2018 年提升了 4.22 pct，呈上升趋势。受益 于下游新能源汽车产品结构，在政策补贴助力之下，动力电池领域形成了三元 为主，磷酸铁锂为辅的产品结构。2019 年三元和磷酸铁锂的占比分别为 69.96%、28.18%，磷酸铁锂的占比不足三分之一。补贴退坡，助力磷酸铁锂呈现回暖趋势 。2019 年 6 月份补贴退坡以来，整 车企业对动力电池成本要求更高，磷酸铁锂由于成本方面的优势，在低续航 （≤400km）乘用车和专用车上的搭载率有所提升。工信部新能源汽车推荐目 录显示，2019 年下半年搭载磷酸铁锂电池的车型占比明显提升，连续 6 批占 比达 10%以上，占比平均值为 17%，远高于 2018 年的 4%，下半年磷酸铁锂 呈回暖趋势。基于三个方面的因素：（1）政策端：后续补贴的持续退坡，同时新国标增 加了电池系统 5min 热扩散要求，提高了动力电池的安全要求；（2）供给侧： 新型无模组技术（CTP 和刀片电池）有助于弥补磷酸铁锂电池能量密度较低的 缺陷；（3）需求侧：部分明星车型如 Model 3 低续航版、比亚迪汉等开始搭 载磷酸铁锂动力电池，同时低续航乘用车领域磷酸铁锂占比有所提高。预计未 来两年内磷酸铁锂的占比将会呈现回暖趋势，预计 2020 年占比有望回暖至 30~35%，对应出货量约为 21~25 GWh。预计 2021 年占比有望回暖至 35~40%， 对应出货量约为 33~38 GWh，利好拥有磷酸铁锂电池技术的动力电池企业。未来高镍三元仍是主流。虽然磷酸铁锂占比有所回暖，但 2020 年工信部第 一批乘用车推荐目录中仍有 82%的车型搭配三元电池，在乘用车领域三元仍占 主导地位。从三元产品结构来看，高镍化趋势显著。当前国内三元市场以中镍 三元为主，其中市场份额最大的 NCM523 呈现下滑的趋势。而低镍三元由于 能量密度较低，成本优势下降，市场份额逐年被压缩。相反，高镍 NCM811 占比持续增加，2019 年市场份额同比增速达 129%，增幅显著。NCM622 由于 与 NCM523 差异较小，部分企业会越过 NCM622，直接升级至 NCM811，预 计其占比有望维持在 23%左右。对于 NCA，由于国内企业一直无法突破其较 高的技术壁垒，在国内市场的份额占比较低。但随着外资动力电池企业的进入 和 Model 3 产能的释放，其占比有望进一步提升。2020 年 4 月纯电动乘用车销量前十的车型中有 40% 搭载高镍三元，占比较 高，均为中高端长续航版。基于三方面因素：（1）成本：高镍三元中钴含量 较低，随着上游产能提升和技术进步，材料的价格有望进一步下降；（2）安 全：通过材料改性、电池结构优化等策略，业内已解决中镍三元的针刺安全性 问题，随着技术迭代，高镍三元的安全劣势有望得到改善；（3）下游需求： 明星车型 Model 3 长续航版采用高镍三元，各车企长续航版车型为体现性能差 异，最佳的方式是采用高镍三元电池，预计未来两年高镍三元仍是动力电池的 发展方向。无钴材料是下一步发展方向，短期量产希望渺茫。无钴材料本质上是通过 元素掺杂、表面包覆、单晶技术等策略，去除三元材料中的稀有金属元素钴， 从而实现降低成本和摆脱未来钴资源稀缺对产能的限制。结合公开资料，无钴 材料大概率是层状镍锰酸锂，材料来源主要有（1）正极材料企业供货；（2） 动力电池企业购买前驱体自行制备。基于能量密度的角度出发，无钴材料的发 展方向是高镍无钴。基于三方面的因素：（1）技术壁垒：钴元素主要影响正极材料的结构稳 定和倍率性能，如何解决无钴材料倍率性能缺陷拥有较高的技术壁垒，制备难 度在高镍三元之上；（2）成本：相对现有材料，目前无钴材料在前驱体成本、 锂盐成本、加工成本均没有优势；（3）材料革新：三元材料一直往降钴的方 向发展，目前高镍三元中钴含量最低可以降至 3%左右，含量较低。预计无钴 材料大规模应用还需要 3~5 年时间，短期量产希望渺茫，未来两年高镍低钴材 料仍是主流的发展方向，其中结合了 NCM 和 NCA 性能优势的高镍四元材料 （NCMA）有望实现量产。综上，未来两年预计磷酸铁锂呈回暖趋势，占比有望回暖至 35~40%。但 整个动力电池格局中，仍以三元为主。随着需求侧产品升级，低镍三元会逐渐 被取缔，中镍三元市场份额进一步收缩，而高镍三元份额有望持续提升。由于 高镍三元在材料端和电芯端的技术壁垒均较高，高镍化趋势利好产业链龙头巩 固行业地位。2.2 电化学体系：固态短期量产渺茫，长期值得关注固态电池：下一代高比能锂离子电池。目前锂离子电池所用的电解质为有 机电解液，因其热分解度温度低、易燃、有毒以及电化学窗口低，导致动力电 池安全性能和能量密度的提升存在一定的局限性。固态电池本质上是用稳定的 不燃无机固态电解质代替易燃有机电解液，属于材料层面（电化学体系）创新。相较液态电池，固态电池拥有三方面的优势：（1）高安全：有机电解液 的热分解温度在 160℃左右，氧化物固态电解质的热分解温度均在 500℃以上， 用固态电解质代替液态电解质，可以大大降低电池热失控风险；（2）高比能： 固态电解质电化学窗口在 5V 以上，远高于现有体系（4.3V 左右），可以适配 活性更高的高比能正负极材料，显著提升电池的能量密度。搭配锂负极的固态 电池能量密度有望提升至 500Wh/kg，接近现有高镍三元电芯的 2 倍，有望彻 底解决新能源汽车的里程焦虑；（3）低成本：固态电池无需使用隔膜，内部 本身为串联结构，在系统集成端无需外部线束进行串联。同时因其较高的安全 性，可以简化冷却系统，在 PACK 层面成本优于现有电池体系。因此，固态电 池被公认是下一代高比能锂离子电池体系。工艺条件尚不成熟，全面量产预计需要 5~10 年的时间。现阶段固态电池 仍存在以下三方的问题：（1）电化学体系：固态电池中电极与固态电解质之 间固固界面阻抗较大，叠加固态电解质离子电导率本身较液态电解质有一定的 差距，致使固态电池的功率性能较差，应用于动力电池领域仍有一定的距离。 （2）电极材料：固态电解质材料以及适配的高活性正负极材料尚不成熟，尚 无稳定完善的供应体系，成本较高；（3）工艺设备：固态电池部分生产工艺 不同于液态电池， 目前尚无稳定供应固态电池生产线的设备厂商。考虑到生 产线的建设和动力电池的开发周期，预计固态电池全面量产仍需 5~10 年的时 间，短期量产希望渺茫。但固态电池技术是锂电技术进步的重要趋势，是下一 代锂电技术制高点，长期值得关注。2.3 工艺层面：CTP 和刀片技术革新，助力行业进一步发展模组技术往大尺寸方向发展。新能源汽车初期阶段，大部分底盘是油改电 平台，其装载的电池空间各不相同，导致对模组和电芯尺寸需求各不相同，而 电芯尺寸种类较多的劣势显著。随着德国汽车工业协会推出电池 VDA 标准尺 寸，大众推出 VDA 标准 355 模组，模组集成走向标准化的道路。随着新能源 汽车发展的深入，各车企陆续推出基于电动化的整车平台，装载电池的底盘空 间有所增大和形状更加规整，模组集成往大尺寸和高容量方向发展，空间利用 率和成组效率不断提高。伴随着电池模组越来越大的趋势，宁德时代和比亚迪 分别推出了 CTP、刀片电池技术。CTP 和刀片技术，有助于提升系统能量密度和降低成本。传统电池包的集 成路线为“电芯-模组-Pack”。 CTP 和刀片电池技术本质均为工艺层面（电池结 构）创新，通过延长电芯尺寸，减少中间模组环节，直接从电芯集成至 Pack， 有利于提高系统集成效率和减少零部件，进而达到显著提升系统能量密度和降 低成本的效果。以 CTP 技术为例，宁德时代官网数据显示电池包的系统能量 密度可以提升 15~10%，零部件数量可以减少 40%，生产效率可以提升 50%， 对整个电池工艺有着革命性变革。助力磷酸铁锂回暖，提升新能源汽车产品力。为了衡量 CTP 技术（刀片技 术）对新能源汽车行业的影响，我们以 Model 3 为样车，测算了不同技术路线 搭配 CTP 技术之后车辆的续航里程。测试结果显示：（1）CTP 技术可以将磷 酸铁锂电池包的能量密度提升至传统中镍电池包水平，有利于弥补磷酸铁锂能 量密度较低的缺陷，拓展其在低续航乘用车领域的应用空间。但 CTP 技术本 质上是结构创新，不改材料端本身的劣势，预期中长期乘用车领域仍以三元为主；（2）CTP 技术有望在现有基础上，提升新能源汽车的续航里程。采用 NCM811-CTP 技术的新能源汽车续航里程可以达到 785km，有望彻底解决里 程焦虑，进而提升产品力，助力新能源汽车渗透率的提升。此外，目前在电池 技术领域，国内新能源汽车与特斯拉的主要差距在系统集成方面，CTP 和刀片 技术有助于缩短两者的差距，利好国内新能源汽车的发展。助力龙头企业筑造技术壁垒，巩固行业定位，拓展海外市场。宁德时代 CTP 技术知识产权超过 200 项，比亚迪刀片电池技术核心专利超过 300 项，两 者均为龙头企业筑造了较高的技术壁垒。宁德时代 CTP 技术有“无模组”和“大 模组” 两种方案，其中“大模组”方案对车型的适配度较高。据不完全统计，国 内下半年有 5 款搭载 CTP 技术的车型上市，其中不乏明星车型 Model3 和蔚来 EC6 等，届时有助于宁德时代进一步提高国内市场占有率。同时基于 CTP 技 术的磷酸铁锂电池在大众卡客车型和荷兰 VDL 车型上的应用，将有助于宁德 时代拓展海外市场。而比亚迪刀片电池技术有助于发挥其磷酸铁锂龙头企业的 优势，助力其挖掘新的国内外动力电池客户。CTP 和刀片技术未来仍需市场的进一步考验。CTP 在现有技术基础上，减 少了模组级别的防护，安全问题需要得到进一步的考验；CTP 技术集成程度较 高，维修成本相较传统电池包明显提高；在传统的动力电池方案中，动力电池 企业为整车企业提供标准化的电芯或模组，而车企自主完成 PACK 组装。而 CTP 技术更偏定制化，相当于电池企业业务下探至 PACK 环节，弱化了车企 对动力电池的控制，压缩了车企的利润空间，需要动力电池与车企之间相互协 商，找到合作的共赢点。3．竞争格局： 外资有望重回前列，二线企业有望崛起3.1 国际市场：中日韩三足鼎立新格局日韩企业发力，占比显著提升。2018 年和 2019 年 CR10 分别为 81.2%、 88.9%，行业集中度持续提升，行业竞争趋于激烈。从主要国家来看，TOP10 全部来自中日韩三国。2019 年 TOP10 市场占比中，中日韩占比分别 41.8%、 31.4%、17.3%，中国市场份额呈下滑趋势，日韩呈上升趋势。主要是由于中 国电池企业对国内市场依赖度较高，海外市场表现较佳的宁德时代， 2019 年 的电池出口额仅占营收的 5.6%。近两年随着欧美新能源汽车市场的快速增长， 与其深度绑定的日韩企业得到了迅速发展。从动力电池企业来看，2019 年头 部企业宁德时代及松下竞争优势明显，合计占比达 52%。但 LG 增长较快，位列第三，同比增速达 39.7%。国内企业除宁德时代之外，整体下滑明显，其中 比亚迪跌出前三，市占率同比下滑 27.9%，降幅显著。LG 占比有望继续提升。2020 年 Q1，LG、松下、宁德时代、比亚迪全球 市场占有率分别为 27.1%、25.7%、17.4%、4.9%。LG 占有率同比增速达 153.3%，增长迅猛；松下维持其一贯的稳健风格，排名仍为第二，市占有率同 比小幅增长；国内企业宁德时代、比亚迪分别位列第三、第六，下滑显著。这 主要是由于一季度受疫情影响，国内的新能源汽车市场跌入谷底。而欧美疫情 爆发较晚，一季度受影响较小，新能源汽车市场还出现一定程度的增长。考虑到 LG 拥有丰富的客户资源，快节奏的产能扩建速度，在欧洲市场拥 有统治地位（EV 电池市场份额超过 70%），重返国内市场并进入国产特斯拉 供应链，未来 LG 的全球占比有望提升。3.2 国内市场：外资有望重回前列，二线企业仍蕴藏生机集中度逐年提升，龙头企业优势显著。2018 年、2019 年 CR10 市场份额分 别为 81.3%、89.7%，行业集中度持续提升。2019 年宁德时代市场份额高达 55.8%，占比首次过半，同比增速达 50.1%， 增幅显著；比亚迪市场份额为 15.9%，同比下滑 26.1%。与此同时，二线企业生存空间明显压缩，2018 年底 国内动力电池企业还剩 90 多家，而 2020 年有电池装机的动力电池企业只剩 38 家，行业洗牌加剧。2019 年 TOP10 企业中，除了宁德时代，只有亿纬锂能 和中航锂电两家市场份额呈正增长，剩下的 7 家企业均出现不同程度的下滑， 除了国轩下滑 9.2%，其余 6 家降幅均在 20%以上，降幅显著。外企强势回归，市场份额有望重回前列。2019 年 6 月，工信部宣布废止 《汽车动力蓄电池行业规范条件》，动力电池“白名单”正式取消，允许外资动 力电池企业进入中国市场。随着 LG、松下、SKI 等国际电池巨头强势回归， 2020 年 Q1 国内动力电池格局骤变。LG 和松下凭借供货国产特斯拉 Model 3， 装机电量首次闯入前 10，分别位列第 3 和第 4，展示出国际电池巨头的强大竞 争力。与 2019 年全年的市场份额相比，除比亚迪和塔菲尔，国内 TOP10 动力 电池均呈现下降的趋势，国内市场的竞争压力明显加剧。未来有望呈现新的格 局：外资企业+国内龙头+二线电池企业，外资与国内龙头角逐高端市场，二线 动力电池企业瓜分剩余的中低端市场。外资电池企业凭借技术优势如高镍电池等，对龙头企业的冲击较大。目前 外资电池企业由于回归时间较短，客户资源较少，主要集中于外资车企。未来 随着自身原材料国产化进展，外资电池企业有望拓展新的客户资源，叠加现有 车型销量的增加，其市场份额将呈现上升的趋势。与此同时，外资和龙头企业 的相互竞争，会进一步压缩二线电池企业的市场空间。二线企业仍蕴藏生机，未来有望形成一超多强的格局。作为新能源汽车行 业的领军企业，特斯拉对动力电池供应商的选择经历四个阶段：（1）松下独 供：发展初期，特斯拉从技术与品质优先的角度出发，选择松下作为其唯一的 供应商；（2）合资建厂：发展中期，特斯拉动力电池需求旺盛，与松下合资 建立超级工厂，形成深度绑定关系；（3）多元供应：产能爬坡期，与松下关 于产能扩建与电池成本等方面矛盾凸显，特斯拉从成本、品质、规模优先的角 度引入 LG 和宁德时代；（4）电池自供：随着 2019 年先后收购电池公司 Maxwell 和电池设备公司 Hibar，2020 年 2 月自建电池试点产线，未来特斯拉 电池自供的规划逐渐清晰。其他新能源汽车企业对动力电池供应商的选择，大 概率也会经历上述四个阶段，届时对动力电池的格局有着较大的影响。动力电池作为新能源汽车的“心脏”，对整车的产品性能、成本控制有着至 关重要的影响，其战略地位类似于发动机对传统燃油车的作用。基于两个因素： （1）需求侧：车企为保证动力电池供应链的安全性，以及实现整车降本来应 对日趋激烈的行业竞争，开辟动力电池二供的需求旺盛；（2）供给侧：经过 前几年的行业洗牌，现存的优质二线企业均有一定的技术积累，与龙头企业的 技术差距逐年下降，且其售价更低，对整车开发配合度和售后服务更佳。预计 国内动力电池格局有望先集中后分散，最后形成一超多强的格局；优质的二线 电池企业仍蕴藏生机，未来两年逐渐发力的外资车企对供应商的新一轮选择和 车企二供的开放，有望孕育出新的微巨头。目前二线动力电池格局尚未稳定，正在经历行业洗牌的阵痛期。拥有较强 技术能力、合理产品结构、优质客户资源（尤其是外资品牌）、稳定现金流的 二线企业有望随着车企二供开发和外资品牌产能释放而崛起。（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：招商银行）
来源：未来智库
重庆车检院电池安全试验室开建 试验能力填补国内空白
近日，重庆高新区发布消息称，重庆车辆检测院的电池安全试验室正式开工建设。项目建成后，将填补西南地区乃至国内空白，解决新能源汽车整车及车载电池企业的安全性试验研究需求问题。据了解，电池安全试验室建筑面积约4500平米，建设工期8个月，位于重庆车检院金凤基地内。主要包括新能源整车及电池系统火烧试验室，燃料电池发动机性能试验室、燃料电池电堆性能试验室、挤压试验室、海水浸泡试验室、电池系统过充过放试验室等多个专业性极强的试验室。其中，外部火烧及热失控扩散试验室，能够满足7米以下新能源汽车的整车火烧和热失控试验验证，填补了国内检测机构空白。这也就意味着普通家用新能源汽车的电池安全试验，今后都可以由重庆车检院来完成。 燃料电池发动机及电堆性能试验室建成后，则能有效弥补西南地区燃料电池系统领域，验证、研发能力不足的问题，提升本区域汽车企业转型升级的能力。重庆车检院电池安全试验室相关负责人表示，电池安全试验室建成后，将为国内外新能源汽车及电池系统企业产品质量的提升，提供更加专业化的技术支持，也将助力重庆高新区、西部（重庆）科学城的建设。
来源：封面新闻
正式确认！本田出资37亿元入股宁德时代
继大众控股国轩高科、戴姆勒抢占孚能科技之后，本田正式入股宁德时代。7月17日晚间，宁德时代发布公告，公布非公开发行股票发行结果，此次募集资金总额197亿元。其中高瓴资本认购100亿元，本田认购37亿元，具体如下图：上周，宁德时代曾发布公告，公司与本田)签署战略合作协议，双方拟围绕动力电池的研究开发、供应、回收再利用等领域深化合作，以促进双方作为长期商业合作伙伴的共谋发展。与此同时，本田还将认购宁德时代本次非公开发行股份，认购的股份数量约占其非公开发行股份后总股本的1%，协议签署5年内，本田将持续持有宁德时代股票。此举也为本田在华新能源汽车锁定了来自宁德时代的动力电池供应。本田方面表示，搭载宁德时代动力电池的中国生产的本田新能源汽车车型，预计于2022年开始首先向中国市场投放。据了解，2014年，在中国支持新能源汽车发展政策的利好下，宁德时代开始异军突起。2017-2019年，该公司连续三年蝉联装机量全球首位，为全球动力电池老大。
来源：快科技
超全讲述无机全固态电池的界面和相间
综述背景全固态电池（ASSBs）作为未来安全高能电池的关键技术之一，引起了人们的广泛关注。随着近年来高导电固体电解质的出现，锂离子在电解质内的扩散已不再是瓶颈。然而，许多ASSBs受到库仑效率低、倍率性能差和由于ASSB内界面电阻高而循环寿命短的限制。由于ASSBs中各种固体成分的化学/物理/机械特性以及固-固接触的性质，ASSBs中存在许多类型的界面。这包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应等等，所有这些都会增加界面电阻。因此，对复杂的界面和相间进行透彻和深入的了解对实现实用的高能量ASSBs至关重要。有鉴于此，加州大学圣地亚哥分校孟颖（Ying Shirley Meng）、Abhik Banerjee与Xuefeng Wang等人介绍了ASSBs中典型界面和相间的独特特征，并总结了有关识别、探索、理解和设计它们的最新工作。相关研究成果以“Interfaces and Interphases in All-Solid-State Batteries with Inorganic Solid Electrolytes”为题，发表在国际顶级期刊Chem. Rev.上。全文解读1. ASSBs中的界面与液体电解质（LE）不同，固体电解质（SE）不能流入或渗透到ASSB中的缝隙和孔隙中，从而导致粒子之间的物理接触较差。由于ASSBs中的所有成分都是固体，因此制造ASSBs时需要依次堆叠正极、电解质和负极，从而会形成大量界面（图1）。孔隙：尽管在电池制造过程中可以施加高压（≥370MPa），但电极和电解质仍然保持多孔。这种孔隙率通常在10％至40％的范围内，具体取决于电解质和电极材料的压力和机械性能。孔隙的存在会（i）阻碍锂离子的扩散和电荷转移，导致高的接触电阻，（ii）诱导锂枝晶生长，（iii）增加电池体积，降低ASSBs的体积能量密度。化学反应：如果电极和固体电解质的化学势不匹配，则一旦这两种材料接触，就会发生自发的化学反应，分别在负极侧和正极侧形成固体电解质中间相（SEI）和正极电解质中间相（CEI）。有益的SEI/CEI应该是对锂离子导电但对电子不导电的钝化层，并能够扩展电解质的工作电压窗口。但如果SEI/CEI是离子和电子的混合导体（MIEC），SEI/CEI将继续生长，并恶化ASSB的性能。用相对惰性的材料保护正极/负极已被证明是减轻化学反应的有效方法。电化学反应：大多数SEs的电化学稳定窗口窄，不能在正极和负极材料的全电压范围内工作。如果SEs与电子导电材料（包括正极/正极材料、集流体或导电添加剂）充分接触，则它们会在高压下被氧化或在低压下被还原。将电极材料与匹配的工作电压窗口相耦合并减慢反应动力学是有益的，这可以降低SE的电化学反应性。晶界：如果两个粒子接触并且具有不同的电化学势，则存在晶界。锂离子将从一个粒子转移到另一粒子，在界面处留下锂不足的空间电荷层，这大大抑制了界面处的离子传导。 图1. ASSBs中经历的界面现象示意图2. SEs的电活性界面除了高迁移数、高离子电导率和合适的机械性能外，所需SE的最关键指标是其最高占据分子轨道（HOMO）应当低于正极的费米能级（μc）且最低空分子轨道（LUMO）应高于负极的费米能级（μa）如图2所示。如果正极的费米能级低于SEs的HOMO，则SE会在正极界面发生氧化形成CEI。与此类似，如果负极的费米能级高于SE的LUMO，则SE会在负极界面还原，从而形成SEI。CEI或SEI的存在将增加对界面Li+扩散和电荷转移的阻力。图2. 与典型的μc和μa值相比，不同类别电解质HOMO和LUMO的能带示意图2.1 SEs的电化学稳定窗口在测试SE与正负极材料兼容性之前，获得其准确电化学窗口是必要的先决条件。在测量SE的电导率时，如果使用扁平金属柱塞作为集流体，则与SEs的电子接触不足；因为动力学缓慢，在CV测量中不会看到反应（图3a），这通常会高估产生的SE电化学窗口。如果在柱塞和SE之间使用导电碳，则可以从低得多的电压处开始清楚地观察到SE的分解，即在CV扫描中出现多个氧化/还原峰。通过这种测量方法得到的峰与DFT计算的电化学稳定性的大电位图相匹配（图3c）。由于这种方法可以更准确地说明SE的电化学窗口，因此应广泛应用于各种SE。此外，SEs的起始氧化电位强烈地依赖于SE结构中的阴离子骨架。阴离子的电负性及其电荷密度直接影响SEs的氧化稳定性。SEs的氧化电位遵循氯化物>氧化物>硫化物>氮化物（Li3YCl6>LLZO>LPS>LiPON）的总体趋势，这与电荷密度趋势（N3–>S2–>O2–>Cl–）相符（图3d）。另一方面，SE的还原电势取决于其阳离子骨架，尤其是阳离子可达到的较低氧化态及其热力学还原电势。图3. 不同方法的CV扫描原理图2.2 工作电压窗口的调整如果ASSBs的工作电压超过SEs的电化学稳定窗口，则SE将开始进行氧化/还原分解。在界面处形成的分解产物取决于工作电压和电极材料。当基于硫化物的SE与诸如LiCoO2（LCO）或NMC的高压层状氧化物正极耦合时，在更高的电压下氧化分解变得更加严重，导致在第一个循环中CEI较厚，库伦效率（CE）较低。但当使用TiS2和硫作为正极时，由于工作电压要低得多（不大于2.4 V，即在SE的稳定性窗口内），因此ASSB含硫化物的SEs表现出稳定的性能。因此，适当的电解质筛选和寻找兼容的电极材料对于减轻电解质氧化以实现高能量密度的ASSB至关重要。2.3 SEs分解的动力学控制尽管在第一个循环中SE的分解是不可避免的，但可以调整SE分解的动力学以增强ASSBs的CE。由于SE的电子电导率很差（10–8–10–12 S/cm），因此，高电子电导率的表面会促进SE的分解，例如电极材料和碳添加剂（图4）。正极材料的粒径极大地影响了界面接触和电化学性能。具有较小颗粒复合材料的电子电导率比具有较大颗粒复合材料的电导率高两个或多个数量级，而锂离子电导率保持不变，从而加快了动力学，并提高了正极材料的利用率。此外，研究表明增加正极复合材料中的碳含量会导致正极界面电阻的增加和较低的首效。因此，优化正极复合材料，使用最小的碳量，以减少SE的分解，同时保持正极的高性能是至关重要的。图4. 不同NCM粒径和含碳量对电池性能的影响2.4 SE氧化还原的使用通常，电解质的分解是不可逆的，但也有例外。Tatsumisago等人最近确定了Li3PS4SE的可逆分解，Li3PS4脱锂后，P-S共价键仍然存在，这有助于可逆地改变Li3PS4的电子结构。使用7:3的Li3PS4：碳复合正极，可以延长循环时间并实现185 mAh/g的可逆容量。Meng等人也证实了硫化物基SE LPSCl的可逆分解，显示了LPSCl在0–4 V（vs. Li/Li+）窗口内具有完全可逆性。特别令人感兴趣的是，基于硫化物的SE的可逆动力学位于Li-S电池的工作电压之内。因此，对于全固态Li–S电池，使用基于硫化物的SE是一个独特的优势。3. 正极-SE界面Takada等人报道基于LPS的ASSB的限速步骤是通过正极的电荷转移。较高的正极电荷转移阻抗可能是由于不充分的物理接触，在界面形成或发生的化学反应、电化学反应或空间电荷层。3.1 化学反应化学反应是由正极材料和SE之间的化学势差引起的。当锂离子的电化学扩散同时发生时，这种差异将更加明显。这意味着在电化学循环期间，尤其是在带电状态下，正极材料与SEs之间的化学反应会加剧。通过计算方法分析了具有氧化物正极的硫化物SEs的化学不稳定性（图5）。通常建立具有不同成分混合物的伪二元相图，其中所有元素在界面处均处于平衡状态。相平衡的反应能通过反应产物的形成能与正极和SEs的分解能之间的能差来测量，这在很大程度上取决于组成。值得注意的是，与基于硫化物的SEs相比，基于氧化物的SEs与氧化物正极之间的界面非常稳定。此外，化学反应也通过多种电化学技术进行了验证，如电化学充/放电曲线，阻抗测量和GITT分析。图5. 正极-SE界面化学不稳定性对ASSBs电化学性能的影响事实证明，施加共形和化学惰性的涂层可有效防止正极材料与SE之间的化学反应，减少空间电荷层效应并降低界面电阻。需要注意的是，涂层产生两个新的界面：（i）正极涂层和（ii）SE涂层。适用于ASSBs的涂层必须具备以下特性：相稳定性、化学相容性、电化学稳定性、良好的离子电导率、足够的机械性能。图6. ASSBs有效正极涂层的必要标准3.2 SE的机械性能SE的机械性能对于ASSB的制造和性能至关重要。可变形性是必不可少的方面，因为它直接转化为SE的致密能力。通常，基于氧化物的SE非常坚硬，需要进行高温退火以减少晶界数量。基于玻璃或陶瓷硫化物的SE更具延展性，因此可以通过简单的冷压在RT下进行致密化。从机械和加工的角度来看，这使得它们在与电极材料产生良好的界面方面更具前景。SEs致密化的机理涉及原子和多面体的扩散。快速扩散有助于轻松地合并晶界。对于基于Li2S：P2S5的SE，Li+和PS43–多面体可以沿晶界扩散并填充颗粒之间的空隙。该扩散能力基于SE结构内的键种类和键强度。另一个重要的特性是弹性模量，因为在ASSB中，充放电过程中会发生体积变化。电极在循环过程中反复经历的结构和体积变化会在SE上引起机械应力。如果SE具有很高的杨氏模量，SE不能轻易地适应诱导应力，因此，裂纹可能在界面形成。由于电极与电解质之间的接触面积减小，这些裂纹将导致界面接触电阻增加，这将减慢反应动力学，降低CE并降低倍率性能。通常，基于硫化物SEs的杨氏模量为18-25 GPa（比基于氧化物SEs的160-180GPa低1个数量级）。这可以使SE轻松适应由正极体积变化引起的应力。图7. ASSBs循环后发生的机械变化示意图3.3 SE–S（Li2S）界面由金属锂负极和S正极组成的锂电池被认为是最有前途的下一代电池技术之一，其材料丰富，成本低，环保，可实现高理论比容量(1675 mAh/g)。但是，Li-S电池系统在常规LE中会遭受多硫化物（Li2Sn，n=3-8）的溶解和穿梭，从而导致较低的能源效率和有限的循环寿命。此外，在SEs和金属Li之间形成的钝化界面阻止了SEI的持续形成，而SEI的形成是常规Li-S化学反应中LEs最终耗尽的原因。全固态Li-S电池主要面临着四个主要挑战：（i）动力学较差；（ii）正极容量和利用率低；（iii）正极复合材料的活性负载低；以及（iv）Li金属枝晶的生长。这些问题大多数与S（或Li2S）和SE的界面电荷（离子和电子）转移动力学有关。缓解界面问题的一种有效的方法是利用高能球磨减小S、Li2S和SE的粒径，这将增加S/SE和S/C的接触面积，减小Li的扩散长度，改善界面的电荷转移动力学。3.4 共形界面对于实用的高能量ASSB，ASSB中使用的SE量应尽可能低，因为它们是电化学惰性材料。传统的手动混合不足以在电极和SE颗粒之间实现紧密的共形接触。尽管球磨比混合好得多，但有时会引起材料之间的化学反应。一种实现低SE比例共形正极-SE界面的策略是使用PLD将SE沉积到正极表面上。但是，PLD的成本和真空度要求限制了其在大规模生产中的应用。Jung等人首先将SE溶解在溶剂中，然后添加正极材料，实现了一种将SE涂覆到正极上的溶液工艺。与传统的手工混合正极（12％）相比，涂覆电极的孔隙率更低（7％），溶液涂覆LiCoO2电极的表面覆盖率（81%）比手工混合电极的表面覆盖率（31%）高2.6倍。3.5 复合界面尽管溶液处理后的涂层降低了电极与SE之间的电荷转移电阻，但与LE相比，ASSB的倍率性能仍然受到限制，这主要是由于原子上没有润湿的界面。通过使用其他离子传导性物质，有三种可能的有效策略可减轻此类问题。（1）添加几滴LE是润湿SE-正极界面的一种非常有效的方法，因为LE可以填充所有的间隙，从而更好地在界面间转移离子电荷。（2）聚合物电解质的机械柔韧性不仅有助于用作粘合剂，而且还有助于润湿界面而不会阻碍锂离子的转移，并且可以充当机械缓冲层，以适应电极体积变化引起的应力。（3）在Li金属和LPS之间滴入高摩尔浓度的LE，该LE可分解形成富LiF的人工SEI（图8d），富含LiF的SEI不仅填充了Li金属和SE之间的间隙，而且还充当离子导体，可实现均匀的Li离子通量，因此可防止枝晶生长。图8. 由于不完美的接触、绝缘粘合剂和导电碳而限制锂离子转移的几个固态界面示意图及改善策略4. 负极界面人们对SE越来越感兴趣的原因之一是高容量锂金属负极的潜在应用，这将使ASSB的能量密度提高至少20％。众所周知，锂金属具有很高的正电性和反应性，这意味着它将在室温下与大多数SE自发反应，形成SEI。该中间相的化学、机械和电子性质对于确定ASSB的长期电化学行为和生存能力至关重要。4.1 化学反应根据SE与Li金属的反应性，存在三种主要的界面类型：（1）热力学不稳定的界面/室温下的高分解能；（2）具有极低热力学分解能的动力学稳定的SE；（3）无分解能的热力学稳定的界面大多数二元离子导体对Li金属具有化学稳定性，因为在0 V时不会发生分解（图9，绿色条）。对于三元和四元离子导体，其对锂金属的稳定性取决于其相应的二元分解产物的形成能。这种导体的负极稳定性随其阴离子的电负性增加而增加。图9. 几种SEs的电化学稳定性4.2 负极物理接触尽管基于氧化物的SEs在室温下表现出高的离子电导率，在10–4–10–3S/cm范围内，但与Li金属的界面电荷转移阻力明显更大，并且形成枝晶的临界电流密度（CCD）小于0.5 mA/cm2，这阻碍了它们在含锂金属的ASSB中的应用。这个问题的根本原因在于SE和锂金属差的物理接触。由于LLZO的低压还原稳定性（0.05 V vs Li/Li+），使其在室温下与锂金属在动力学上保持稳定，因此即使在施加恒定压力的情况下也难以保持紧密接触。这种不充分的接触对ASSB的循环有两个主要影响：（i）不均匀接触使锂金属的电荷转移电阻至少增加一个数量级；（ii）在电镀和剥离过程中，锂金属-SE界面的不均匀电流分布将成为锂枝晶形核的“热点”。提高锂金属表面润湿性最常用的方法是在SE与锂金属之间涂上一层薄的亲锂涂层。4.3 机械效应了解SE和Li的机械性能对于增加CCD并抑制ASSB的Li枝晶生长至关重要。SEs和Li的三个主要力学性能与Li枝晶生长有关：（i）SE的弹性行为，（ii）固体的塑性行为（或其硬度），（iii）断裂韧性。对于裸露的SE，镀Li发生在电极与SE的界面处，然后沿晶界传播。在晶界界面处沉积的锂金属增加了局部电场并促进了进一步的锂沉积。这种沉积在SEs上引起应力，该应力随着局部电流密度的增加而增加。这一过程取决于循环过程中的堆积压力和SEs的力学性能，因为这直接影响枝晶生长动力学。锂金属的成核、沉积、SE内部的生长以及质地在很大程度上取决于施加的压力。4.4 液体和固体电解质负极界面/相间的比较作者还从SEI性能、镀层策略、枝晶生长和研究现状的角度，对LEs和SEs中Li表面上的SEI进行讨论。（1）自发形成的中间相（SEI）。由于Li/Li 具有最负的电化学势，因此Li金属在几乎所有具有高离子电导率的有机溶剂和SE中都是热力学不稳定的。因此，在接触时和在电化学条件下，SEI将易于在Li金属表面上形成。在有机LE中，SEI会通过电解质分解而不断演化，直到其厚度超过电子隧穿范围和溶剂渗透的厚度为止。（2）人工界面。在LE和SE中，使用热力学稳定的涂层（也称为人工SEI）通常被认为是提高Li金属循环性的有效方法。该保护层应与锂金属保持稳定，以减少副反应和电解质分解，具有高离子电导率和最小的电子电导率，具有强的机械性能以防止枝晶传播，并具有高弹性以维持体积膨胀。对于LE来说，涂层无针孔以避免液体渗透尤为重要。对于SEs，Li金属和SE之间的物理接触仍然存在问题，需要人工SEI在Li金属和SE之间提供共形接触，以避免小的间隙和空隙。（3）锂枝晶。LE电池中锂金属的失效模型是连续形成的惰性锂，该锂会导致电解质耗尽或锂金属耗尽。在SE中，存在Li枝晶生长，导致电池短路。可能的原因包括施加的电流密度，施加的堆积压力（可能导致Li蠕变）和晶界电导率。5. 先进的表征技术界面设计需要对ASSBs中的界面有充分的了解，包括存在的物种的组成和分布、电子/离子性质以及它们在循环过程中的演化。因此，必须调整现有的表征工具，开发和定制新的先进技术，以达到和探测难以捉摸的界面。研究人员回顾了被广泛应用于固态界面的典型表征工具，解释它们的优缺点，并提出其他可能有用的技术，特别是原位表征方法。包括电子显微镜技术、透射X射线显微镜（TXM）、X射线计算机断层扫描（CT）、飞行时间二次离子质谱（TOFSIMS）和原子力显微镜（AFM）等。总结与展望这项工作对全固态电池界面和中间相的最新研究进展以及该领域尚存的挑战进行了全面的综述。大多数高导电性SE（卤化物、硫化物、氧化物和氮化物）具有较低的电化学氧化稳定性，导致SE氧化形成CEI。另一方面，除了少数二元SE（Li2S、Li3P、Li3N和LiF等）外，大多数SE对Li金属不稳定，因此形成SEI。尽管到目前为止在ASSBs方面取得了重大进展，但在SE、电极材料及其界面方面仍存在许多挑战。（1）在考虑电导率和最终的实验合成之前，必须优先进行基于特定电极界面性质的SEs组分筛选。（2）定量估计将有助于设计更好的SEs，确定合适的正极，并为高效循环提供最佳的复合电极组成。（3）高压氧化物正极上的涂层在高温下由于动力学反应缓慢而被电化学钝化。迄今为止，尚未研究涂层的长期循环稳定性（>500次循环）。高温快速循环有助于加剧涂层所经历的任何副反应，以在更短的时间内检查稳定性。（4）Li金属上的亲锂涂层可稳定Li-SE界面，以实现无枝晶的Li沉积（但电流密度较低）。但是，这种亲锂涂层在长期循环下和高面容量（4 mAh/cm2）锂沉积时的机械稳定性仍然是令人怀疑的。此外，还需要研究新形成界面的机械性能及其化学结构及其对电池循环的影响。（5）要全面了解ASSB中的界面特性，需要使用各种表征工具来涵盖各种时空尺度。空间尺度包括电荷转移、离子扩散、空间电荷层、相变、晶界和物理接触等现象，而时间尺度包括电荷转移、离子转移、电解质与电极之间的交换，以及界面的动态演变与电荷状态的关系。
来源：能源学人
动力电池设备企业的危与机
中国的锂电设备制造商们正在一条错误的道路上狂奔。在这条路上冲在最前面的，是当前全球最大的锂电设备厂商——无锡先导智能。2020年4月28日，先导智能董事长王燕清在投资者交流会上表示，公司定位于锂电整体解决方案供应商，整线战略稳步推进。5月14日，先导智能整线供应的锂电池项目在安徽马鞍山下线。在这条生产线上，所有的工序清一色地采用先导的设备，不仅包括所有的生产设备，甚至还涵盖了MES系统、物流系统。先导认为，当前电池设备行业的主流模式——电池厂商分段从多个设备供应商处采购设备然后再进行拼线，是有问题的。先导表示，这种离散的供应关系，导致产能建设周期长、技术对接任务重、商务沟通繁琐、前中后段工序交互不畅等问题。而先导的整线供应方式，可以解决这些问题，并能实现快速交付、提产，有利于电池厂快速扩张产能。站在动力电池厂商的角度，以宁德时代为例，仅在2月份就宣布了近100GWh的产能扩张需求。老大哥的扩张工作，确实繁重。似乎看起来，先导非常体贴，精准契合了动力电池厂商的需求，这种合作模式一定会大放异彩。是这样吗？我们认为，先导的整线战略问题很大，而且不合时宜。一之所以整线供应会成为中国锂电设备头部企业的战略，有其历史原因。2017年是中国动力电池产业发展关键的一年。这一年，宁德时代的装机量首次超过松下，成为世界第一。这一年，中国的动力电池产业虽然寡头已现，但乘用车装机量仅能占到37.11%，客车仍然是最大的市场。市场开始变得残酷，但未来并不明朗，人心浮动，似乎还有无限的可能性。同样，这一年也是中国锂电设备行业兼并重组的关键一年。2016-2017年，中国锂电设备行业发生了多起大规模的并购。2017年，先导智能以股权加现金合计13.5亿元收购泰坦新动力100%股权，拓展后处理设备领域。2017年，赢合科技以股权加现金合计4.4亿元，并购东莞雅康100%股权，巩固前段设备行业地位。通过并购、自研，先导、赢合等厂商切入其他工序，实现了主要锂电设备的覆盖，引领锂电设备行业。由于下游电池企业产销两旺，纷纷扩产，带动设备厂订单暴涨。在合并了被收购公司的财务报表之后，2017年，先导智能的营收是上一年的2.49倍，利润是上一年的1.86倍；赢合科技的营收是上一年的1.87倍，利润是上一年的1.83倍。亮瞎眼的业绩是无可质疑的。设备厂业务的横向扩展，受到广泛的追捧。在电池厂这一端，2017年尽管动力电池企业数量相比于2016年开始减少，但仍然多达98家。其中，大多数的电池企业技术实力一般，在工艺开发方面，较为依赖设备企业。而能够提供多段设备的企业，也确实拿到了最丰厚的订单。以至于在行业中，形成了这样一种隐性歧视：如果一个厂商只做单机（单一设备），没有横向布局，大家会默认为你实力不行。2017年，先导成为全球最大的锂电设备厂商，同时也是全球最赚钱的锂电设备厂。2018年、2019年，先导的业绩继续高歌猛进。形式一片大好之下，大而全、整线供应商的方向，就这样被端了出来，成了公司的发展战略。但随着2019年年中补贴大幅退坡，电动车从以B端买单为主，转向C端市场，智能电动车的兴起，使得汽车制造商的压力陡增。降本，尤其是电池成本的下降，迅速成为全行业最关注的事情之一。特别是特斯拉的国产，更是加速了电池降本的进程，因为，电池成本一直是砍价狂魔马斯克最关心的问题。2020年5月，《建约车评》经多方确认的消息显示，宁德时代在供应给汽车制造商的磷酸铁锂模组成本，已经降至0.5元/wh以下。设备厂商普遍超过30%的毛利，成了电池企业大刀砍向的地方。注：科恒股份和璞泰来仅限锂电设备业务，数据来源：西南证券2019年，是设备厂降本压力陡增的一年，未来会更加严苛。在这样的行业大背景下，做整线集成方案商，仍然是过去的抢份额思维，而不是顺应行业趋势，从客户的降本需求出发，开发出效率更高、成本更低、稳定性更好的设备产品。在电池产业中，降本相关的技术、工艺需要通过设备去实现，而不仅仅是设备的一次性采购更低这么简单。工艺、设备的持续优化可以带来效率、能耗、人工等方面的改进，进而降低电池成本。这是一个需要深耕的领域，和电池的成本、质量、性能息息相关。做整线集成供应商，追寻的是规模，几乎和深耕技术的方向是背道而驰的。不要说可以兼顾这种鬼话，企业的精力是有限的，战略必须是聚焦的，不可能兼顾。除了降本，电池行业的寡头化，二线动力电池厂商的加速退出，也早已是大势所趋。根据鑫椤资讯的数据，2020年上半年动力电池装机量为17.43 GWh，其中前10厂商的市场份额达到了惊人的95.3%。即使LG化学凭借特斯拉异军突起，格局微微发生变化，宁德时代在上半年仍然稳定了50%以上的市场份额，保持了2019年的势头。而在2019年上半年，根据高工锂电数据，国内动力电池装机总电量约30.01GWh。其中，装机总电量排名前10动力电池企业合计约26.38GWh，约占整体的88%。从88%到95.3%，市场的聚集程度在提高。前10名的名单中，又少了一些熟悉的身影，淘汰赛在加速。在锂电设备这样一个高度依赖大客户的行业，客户的质量直接决定企业的经营情况。2019年，设备商杭可科技对比克、远东、九夷、力信等下游电池厂的应收账面余额达到了5.2亿元，占当期营收比例接近40%。由于部分厂商经营困难，杭可科技计提了1.7亿元坏账准备。中国的锂电设备厂商们，深受中国的动力电池竞争格局影响。当电池厂较多、发展均衡的时候，设备厂商希望横向拓展，吃到行业发展的红利，快速做大规模，并不着急深耕某项技术。而像日韩的设备厂商，由于电池厂商少，电池厂的实力也雄厚，拥有较强的研发能力和整合能力，可以通过在各环节采购优质供应商的设备进行拼线。设备厂商被迫在自己擅长的领域，提供涂布、叠片、卷绕、激光等单一的、深入的技术。在中国的动力电池厂商的份额越来越往头部集中之后，电池厂为了保证核心工艺不被泄露，以及产线建设自主可控，并不倾向于设备企业的整线供应。做单一的技术提供商，回归技术，做深做透，或许是设备厂商更好的选择。二动力电池的性能、成本、质量，不仅与材料相关，也与制造、工艺息息相关，这里存在着大量的Know-how。而设备是工艺的下游，先进的工艺需要通过设备来实现，设备是制造、工艺保持先进性的重要保障。想要了解设备行业，首先需要了解电芯的技术以及制造工艺。这里简要介绍下，锂离子电池电芯的生产过程。电芯的制造工序分为三段：极片制作（前段），电芯组装（中段）、化成封测（后段）。首先，在前段工序中，主要工作是将固体粉状的正极材料、负极材料，成卷的金属箔片等通过一些列的动作，制作出标准规格的正极片、负极片等。第一步是匀浆环节。将正、负极粉状的固态电池材料，加入溶剂，搅拌均匀。第二步，涂布。这是非常关键的一步，将搅拌后的浆料均匀涂覆在一条宽且长的薄薄的金属箔片上：正极涂覆在铝箔上、负极涂覆在铜箔上，然后送入烘箱把溶剂烘干。涂布机的速度是产能的上限，在正常情况下，能涂多少材料出来，就能生产出多少电池。同时，涂布机也是整个厂房中最贵的设备。高速涂布机是日韩的强项。目前，日本东丽和平野仍是世界领先的涂布机生产企业，也是中国进口涂布机的主要供应商。另外韩国PNT公司也非常强力。随着电池厂对能量密度的追求，铜箔越做越薄，刚站稳6微米，就要向4.5微米冲击，涂布机是非常关键的一环。想象一下这种场景，每卷长度超过1000m的微米级厚度铜箔，在以人类慢跑的速度下，均匀涂上浆料，不能拉断、不能跑偏、不能被应力褶皱，重量、误差要控制在很小的范围内。更何况，厂商们为了提高生产效率，还在追求更宽的涂布宽度、更快的涂布速度，更薄的箔片。这是刀尖上起舞的艺术。目前，国产厂商在高端涂布设备领域离日韩企业还有差距，尚未完成进口替代。第三步，辊压。将涂布后的极片进一步压实，提高压实密度，进而提升电池能量密度。第四步，分切、模切、制片。将一大卷已经均匀涂满正极或负极的金属箔片，切割成需要的尺寸，焊接极耳，为后面的卷绕或者叠片工序做准备。以上各种花里胡哨的动作完成之后，我们就会得到下面这个东西（注：此为叠片所需要用到的极片）。图片来源：蜂巢能源请注意，这是一摞极片，每张极片都非常薄，和A4纸的厚度差不多，并且各项指标（例如尺寸、面密度、毛刺等）都非常严苛，公差非常小。前段工序结束之后进入中段工序。中段工序是电芯组装，主要的工作是将正极片、负极片、隔膜通过卷绕或者叠片方式，做成极芯。然后再将数个极芯连接之后，封装进电芯的壳体中，然后再注入电解液。中段工序的核心要求是一致性，对精度、效率、良品率有着较高的要求。中段工艺第一步，卷绕或者叠片。这是各个工序中非常关键的一环。将隔膜设置在正极片和负极片中间，三者之间通过卷绕或者层层叠放的方式，制作极芯。在卷绕设备领域，中国的设备厂商保持着优势，这也是先导和赢合等厂商起家的设备。而叠片设备领域，最大的瓶颈在于生产效率低，韩国人是这方面的领先者。根据东吴证券统计的数据，目前国产设备以双工位居多，效率普遍在0.5-0.8秒/片，而进口叠片机效率可达0.2秒/片。比亚迪重庆弗迪电池工厂生产的刀片电池，采用比亚迪完全独立自主开发的设备和裁切方案。设计的叠片速度在0.3秒/片，在业界处于领先水平。中段工艺第二步，电芯封装。在这之前还需要做一些绝缘的处理，通过焊接进行极芯的连接等，然后装入电芯进行封装。中段工艺第三步，将电解液通过一个小孔，注入电池壳体中。从极芯到电芯封装环节展示，视频来源：蜂巢能源中段工序结束后，我们就得到了一个成型的电芯。接下来就是后段工序，后段工序的作用，是将电池充电活化，形成SEI膜，并对电池各项指标数据进行监测、分选，在最后环节确保电池的质量以及一致性。后段工序的第一步是化成、分容，这也是电池生产中的一个关键环节。通过化成分容，将电池充电活化，并测试电池的容量和其他电性能。在化成分容方面，中国企业拥有优势。最后一步是监测、分选，主要通过充放电时的电流、电压、时间等相关数据和曲线图表，区分电池品质，剔除不良品。这样做好之后，一块电芯就制作完成了（我们就可以开吃了）。必须说明的是，单体电芯还需要模组组装、PACK等环节才能组成电池包，最后应用在新能源汽车上。以上只是电芯生产环节高度抽象之后的概括，真正的电池生产过程，远比以上介绍要复杂很多倍，在精度、稳定性、效率等方面的要求也非常苛刻。另外，在环境控制、监测、自动化、物流、工业软件等方面互相配合，还有诸多的细节，亦不能说尽。锂电池生产过程简图，来源：高工锂电、东北证券动力电池是仅次于芯片制造的高度专业、复杂、精密的现代制造业。三随着消费者开始真正为智能电动车买单，行业的格局、对企业的要求，都在悄悄发生变化。设备行业当前的挑战和压力来自动力电池发展和竞争的压力。动力电池企业的使命是提供成本更低、能量密度更高、质量更好、循环寿命更长的电池，而这些都和设备行业息息相关。从2019年开始，动力电池产业加大了在制程和设备方向的探索。CTP、刀片电池等电池结构上的创新，背后是对行业深刻的理解。这些由车企和电池企业发起的行业创新，极大地促进了设备和制造的变革，同时也对设备企业提出了更高的要求。随着动力电池产业越来越集中的发展趋势，电池企业对设备企业的要求会更高，对单项技术的追逐会更加极致。另外，像特斯拉这种巨头还在试图进入电池制造领域。9月15日，特斯拉将要举办电池日活动，这一天特斯拉极有可能会放一个大招。马斯克曾不止一次地提到过，“我们非常了解电池”。在收购了电池制造商海霸之后，擅长制造「制造机器的机器」的特斯拉，将要如何定义电池的制造、电池的创新，非常值得期待。在下游的客户越来越集中，并且都非常懂电池、懂生产的情况下，选择纵整线战略，而不是技术深耕的战略，是非常危险的。如今的动力电池行业，要求锂电设备在单一环节进行深耕，而不是漫天撒胡椒面。它要求设备企业必须不断在以下等领域深入深入再深入，建立自己的核心竞争力：1、高精度、高稳定性高精度、高稳定性是对一致性的追求。一致性是动力电池制造最关键的指标，这和设备有直接的关系，也将直接影响电池的质量、性能，间接通过良品率等影响电池的成本。关于设备精度对成本的影响，一位资深电池专家表示，以做135Ah电芯为例，135Ah是最低要求，如果精度高，在工艺设计的时候，按照137Ah去设计就完全可以满足要求。但如果精度不够高，就需要按照140Ah去设计，才能保证135Ah。这给电池产线带来的损失是比较大的，也很难去追求一些极限的东西。2、高速自动化高速自动化是出于对效率的追求。基本上在锂电生产中，所有的环节都有时间这个维度。高速匀浆、高速涂布、高速叠片、高速卷绕，时间就是金钱。叠片、涂布等领域，中国的设备厂商们还没有建立起足够的竞争力。而自动化，头部厂商们已经在大部分环节上已经实现了，但仍然还有很大空间。3、集成一体机在锂电池制造的诸多工序中，某些环节并不是一定要严格分开，设备厂商可通过做设备的集成，将上下环节合并，也就是各种集成的一体机。在谈到设备集成时，弗迪电池副总经理孙华军在接受《建约车评》采访时表示：例如将辊压、分切做成一体的设备，减少操作和中转次数，这样也可以降本。如果是分开的设备，多上、下一次卷，会带来误损；物料转运也需要物流设备去满足；另外，多设备下，占用空间更大、管理更复杂、能耗也高。设备集成之后，这些环节的优化，都是在降低企业的成本。他表示，“如果设备厂能将涂布、辊压、分切做成一体的设备，竞争力就会非常强。”“很多事不是不能做，是很多人不敢想。”努力的方向不止以上，还有很多，但都必须是对极限的追求，而不是大而全的扩张。每一个方向不断向下的追求都是无穷无尽的，并且还有很大的创新空间，而这些创新必将带来度电成本的下降、电池性能的提高、电池质量的提升。而这些创新的起点，来源于对材料、电池的认识，来源于企业对技术孜孜不倦的追求，来源于企业重新发现问题、定义问题、解决问题。在动力电池行业，还要加上对电动车行业的理解。以上说法也许未必能让一些企业信服，这里抛出一个问题，仅供思考：大众的MEB 590模组、特斯拉-松下-LG化学的2170圆柱、比亚迪的刀片电池正在逐渐成为纯电动平台的三股势力，这些创新是谁定义的？台积电的7nm、5nm又是谁定义的？差距在哪里？结语2020年5月7日，马斯克在参加《乔罗根秀》时表示：“太多聪明人从事法律和金融，应该让更多聪明的人回归制造业”。在锂电制造行业，聪明人确实是大有可为的。在这样一个电化学、机械、电气自动化、软件等多学科交叉点，行业的上限很高，永远有令人兴奋的创新机会，可以改变这个世界。在这样的行业中，是有机会产生台积电、ASML这种企业的。但要求也是非常高的。
来源：建约车评
H1动力电池TOP 10企业“解码”
补贴退坡叠加新冠疫情影响，2020年上半年国内新能源汽车产销大幅下滑，导致动力电池装机量下滑超4成。高工产业研究院（GGII）数据显示，2020年上半年国内新能源汽车生产约35.2万辆，同比下降42%；动力电池装机量约17.5GWh，同比下降42%。数据来源：GGII按月度来看，今年前2个月影响最严重，其中2月单月降幅超7成。3月开始呈现增长趋势，同比降幅逐步收窄。虽5月装机环比轻微下滑，但6月国内动力电池装机再次进入增长通道。从车型类别来看，乘用车装机电量约为13.2GWh，同比下降41.1%；其中国产Model 3单车型独大，共计搭载电量2.77GWh，占乘用车市场总装机量的21%。此外新能源商用车也出现了超4成的同比下滑。电池外观形状上，受国产Model 3需求拉动，圆柱电池成为唯一增长的电池势力。上半年圆柱电池装机量同比增长22%至3.26GWh；方形电池依然为主，装机量为13.37GWh，同比下降45.9%；软包装机量仅0.85GWh，降幅最狠近7成。材料体系上，三元依然为主流，装机量12.34GWh占比7成；磷酸铁锂装机量4.59GWh，占总装机电量的26.3%。有必要指出的是，补贴退坡及技术成熟等，今年包括北汽、比亚迪、上汽、特斯拉等主机厂均推出了LFP版主力车型，2020年乘用车领域的LEP装机占比有望提升。从企业端来看，市场集中度进一步提升，动力电池市场分层加剧。今年上半年装机量TOP 10企业电池装机量合计约16.44GWh，占总量的94%，较去年同期提升近6个百分比。上半年装机量TOP 10企业依次为宁德时代、LG化学、比亚迪、中航锂电、国轩高科、松下、亿纬锂能、力神、塔菲尔、时代上汽。企业排名呈现“整容式”变化，孚能科技、比克电池、多氟多、卡耐新能源4家去年同期的TOP 10企业无缘前十榜单，LG化学、松下、塔菲尔、时代上汽则成功补位。仅中航锂电和塔菲尔两家国内电池企业保持正增长，增速分别为54%和15%。其中中航锂电排名由去年同期第7上升三个名次至第4，为包括广汽Aion S、奔奔E-Star、东风风光E3等热销车型配套。此外，LG化学、松下两家外资电池企业首次进入TOP 10，主要受益国产Model 3电池配套。本月开始宁德时代正式向特斯拉供货，随着供货量的提升，对LG化学的配套比造成一定影响。整体来看，行业不景气，动力电池企业竞争格局也较去年也发生了极大变化。头部企业市占比进一步提升，外资电池成为强有力的竞争者，二三线电池企业面临更大的压力和挑战。此外，2020年，国际车企纷纷入局搅动市场，瞄准出货量排名靠前的动力电池企业，如本田认购宁德时代1%股权、大众入主国轩、戴姆勒入股孚能科技等等，新一轮动力电池市场竞争格局更加扑朔迷离。以下是高工锂电梳理的2020年H1动力电池装机量TOP10企业的整体情况：宁德时代：产品覆盖乘用车、客车、专用车领域，上半年动力电池装机量8.64GWh，占国内动力电池总装机量的49.4%，市占率近5成，稳居第一。其中乘用车装机量为5.76GWh，配套国内主流车企及一汽大众、华晨宝马、上汽大众、广汽丰田、北京现代等合资品牌。电池装机量配套前5企业为蔚来、广汽、理想、威马及小鹏。国际客户开拓上，宁德时代已与特斯拉、本田、现代、丰田、沃尔沃、大众、捷豹路虎、标致雪铁龙、戴姆勒卡客车等国际顶尖车企达成动力电池方面的合作。并于本月正式供货特斯拉国产Model 3。产品技术实力上，宁德时代高镍811已规模化装车，CTP技术也在加速落地，并准备生产一种可持续使用16年、行驶里程达200万公里的动力电池，满足日常行驶，还可用于在运营、梯次利用的场景。LG化学：其打破松下独家供货特斯拉的“垄断”，2月开始配套国产Model 3，拉动动力电池装机显著攀升。上半年装机电量为2.51GWh，占比14.34%，成功挤掉比亚迪位居第二，在乘用车装机量占比18.99%，主要为国产Model 3配套，装机量达2502986KWh，另有4301KWh配套上汽通用新能源车型。最新消息显示，特斯拉要求增加电池供应，LG化学计划今年在其韩国工厂开始为特斯拉生产电池。当前国产Model 3电池由其南京电池工厂供应。比亚迪：上半年比亚迪新能源汽车销量6.08万辆，同比下降58.34%，降幅明显快于市场。其动力电池电池装机量明显承压，同比下滑近7成，无奈退居第三。其上半年动力电池装机量2.48GWh，同比下滑66.37%，市占率14.17%。乘用车电池装机量为1.96GWh，其中97.2%为旗下车型配套，另有部分外供长安汽车、长安福特、金康。中航锂电：进入2020以来，中航锂电装机量进一步提升，当前已进入装机量排名前5，向一线梯队企业冲刺。上半年，中航锂电装机电量760004KWh，同比逆势增长53.6%，跃升至国内第4，仅排在了宁德时代、LG化学和比亚迪之后。中航锂电目前配套客户主要集中在广汽和长安，且都在其主力车型的配套上占据了不小的份额。上半年中航锂电电池装机量为广汽乘用车配套了366MWh，占其乘用车总电量的48.4%；为长安汽车配套了321MWh，占其乘用车总电量的42.4%。此外，中航锂电还积极开拓了吉利汽车、东风小康、金康、江铃等客户。国轩高科：上半年动力电池装机量661MWh，位居国内第5。其中乘用车装机量481.8MWh，配套前五车企依次为北汽新能源、奇瑞汽车、江淮新能源、长安汽车及上汽通用五菱。近期，国轩还在柳州成立合资公司，布局10GWh动力电池生产基地，主要为上汽通用五菱新能源车型配套。有必要提及的是，近期大众投资约11亿欧元成为国轩高科大股东。双方还在业务层面达成了战略协议，国轩高科未来将成为大众汽车的认证供应商，有机会向集团在中国市场的纯电动汽车及 MEB 平台产品供应电池。松下：LG化学2月开始规模配套国产Model 3，松下上半年装机量362.36MWh挤进TOP10，居第6。松下主要为特斯拉、广汽丰田和天津一汽丰田3家车企配套。其中配套特斯拉263.87MWh，占其总电量的72.82%；配套广汽丰田51.53MWh，另有46.96MWh配套天津一汽丰田。有必要指出的是，近期松下与特斯拉再度绑定合作。其与特斯拉签署一份为期3年的定价协议，涉及内达华州超级工厂生产和供应电芯，并规定了松下的产能及特斯拉前两年的购买数量。亿纬锂能：其动力电池客户主要集中商用车领域，尤其是专用车领域，乘用车领域相对较少，但2019年新增配套合众新能源后，在该领域的装机量有所上升。今年上半年亿纬锂能电池装机量326.87MWh，位于国内动力电池装机量第7。其装机量排名靠前的车企主要有南京金龙、东风、合众等，其中1-5月配套合众新能源的装机量为45.56MWh。产能方面，3月底亿纬锂能总投资25亿元的高性能锂动力电池项目在荆门开工，项目建成后，湖北亿纬动力年产能可达21.5GWh以上。力神：上半年电池装机量299.4MWh，排名第8。其中乘用车装机量为190.88MWh，占其总装机电量的63.75%。乘用车客户主要是上汽通用五菱、江淮汽车，配套电量分别为80.56MWh和61.56MWh，占比依次为42%和32%。此外，力神还加速储能、基站等领域的市场开拓。塔菲尔：其上半年电池装机总电量235MWh，为TOP 10企业的黑马企业，位居第9。其市场集中在乘用车领域，该领域装机量为231.5MWh，位居乘用车装机量领域第7。其中威马汽车是其最大客户，上半年配套威马装机电量110.4MWh，占其总电量的47%，占比近5成。其次为河南速达，装机电量76.8MWh，占比32.68%，东风柳汽次之，还有柳汽、潍柴、野马等。时代上汽：作为宁德时代与上汽集团的合资公司，时代上汽上半年装机电量175MWh，位列第10，主要为上汽系旗下新能源车型配套，包括上汽乘用车、上汽通用、上汽大众、上汽大众。
来源：高工锂电
