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宁德时代涉足无人矿山，布局新兴领域背后因动力电池业务承压？
日前，在资本市场大热的宁德时代将目光投向了无人矿山的技术研发上。近日，宁德时代新能源科技股份有限公司（即宁德时代）对外宣称，其与河南跃薪智能机械有限公司(以下简称河南跃薪)的合资公司——河南跃薪时代新能源科技有限公司(以下简称跃薪时代)在河南正式成立。公开资料显示，该公司注册资本6500万元，其中河南跃薪持股69.23%，宁德时代持股30.77%。宁德时代称，双方将整合资源，以跃薪时代为纽带，为电动智慧无人矿山的技术研发和产业推广提供全流程解决方案。2020年，受新冠疫情肺炎影响，汽车动力电池销量出现下降。当此之际，宁德时代频繁“出招”，除了在其核心业务动力电池领域发布新型长寿命电池、开工锂离子电池实验室外，宁德时代还先后与国家电投集团、国网综合能源服务集团有限公司达成合作，涉及新能源发电、储能和充电桩等多项业务。如今，进入无人矿山“新”领域，宁德时代在布一盘怎样的棋局？开拓“侧面”战场矿山安全和工作条件，一直是业界关注的重大问题。有观点指出，遥控智能化无人采矿是应对不断恶化的深部开采条件和环境条件，最大限度提高劳动生产率和采矿效率、保证开采安全的方法。据了解，作为一项综合性、系统性工程，无人矿山建设涉及现代信息、自动控制、可视化和虚拟现实技术，以及采矿、地质、测绘、系统工程等多学科。2016年，国土资源部发布《全国矿产资源规划（2016-2020年）》，明确提出5年内要大力推进矿业领域科技创新，加快建设数字化、智能化、信息化、自动化矿山。同时，随着通信基础设施逐渐完善，大数据、云计算、AI等新数字技术日趋成熟，资本开始涌入无人矿山领域。2019年，中国无人矿山落地项目明显增多，主要集中在无人矿卡项目上。值得注意的是，在无人矿山领域，河南跃薪的布局较早。2017年初，河南跃薪就研发出无人采矿设备，并在栾川县境内的洛钼集团三道庄钼矿实施了局部无人作业。2019年3月，河南跃薪与华为、洛钼集团、河南移动、河南联通等多家公司签署5G技术合作协议，在无人矿山领域首先应用5G技术。据悉，跃薪时代已经开发出电动智慧无人矿山整体解决方案Ener-magic系统，其以锂离子电池驱动技术为基础，融合5G技术的高效传输和智能互联，通过大数据算法实现无人驾驶、智能管控，降低运营成本，提升生产效率，实现清洁生产、安全生产和高效生产。目前，该系统的全球首个批量项目已经在洛钼矿山落地。根据经济模型计算，仅一台电动矿卡每年就可节省能源费用近30万元。若电动智慧无人矿山解决方案在全国推广应用，每年可减少原油消耗2000万吨，减少四项污染物排放130万吨，提升矿山生产效率30%，节省采矿成本46%，每年达2500亿元。同时，伴随矿山无人作业普及，将极大减少矿区人员安全事故的发生。从无人矿山领域涉及的业务范畴看，有分析认为宁德时代可能为无人驾驶矿卡提供动力电池、为信息数字中心及其他基础设施提供储能业务。值得注意的是，在今年全国两会召开前夕，宁德时代董事长曾毓群还提交了一份有关工程机械及重卡电动化的提案。他认为，工程机械和重卡这两类车辆油耗大、污染重，应该成为防治及节约能源的重中之重。同在智慧矿山领域深耕的慧拓智能CEO陈龙在接受媒体采访时表示：“目前国内露天矿山存量矿车智能化改装和运营可达六七千亿的市场规模，再加上一带一路、非洲、南美等地，放大效应将更加可观。”新兴领域频布局事实上，此次“跨界”无人矿山技术领域只是宁德时代近期众多动作中的一记“招式”。新能源研究院真锂研究的数据显示，2020年上半年宁德时代实现装机8.65 GWh，国内市场占比48.5%，排名第一。但与2019年相比，这一数据下降2.5%，据分析其主要原因是国产特斯拉Model 3大量投放市场，导致市场份额被LG化学挤占。业内人士分析认为，当前LG化学、松下和比亚迪都在加快国内客户发展与开拓，宁德时代国内龙头地位虽然目前还在，但其市场份额存在下滑风险。面对来自国内外竞争对手的压力，新能源汽车补贴退坡导致的利润空间收窄以及整车厂商对电池价格的施压，宁德时代加快了求变的步伐。在其核心业务动力电池领域，6月10日，宁德时代宣布，推出新型长寿命电池。宁德时代称该款电池采用自修复长寿命技术，可实现16年超长寿命或200万公里行驶里程，且成本相比当前电池增加不超过10%。6月29日，宁德时代位于福建宁德的锂离子电池实验室——21C实验室正式动工。公开资料显示，21C实验室不仅研发金属锂电池、全固态电池和钠离子电池，还致力于其技术的商业应用，如开发锂离子电池可靠性模型和无损检测技术。事实上，除了车用动力电池领域之外，电池企业对于锂电池新兴市场的应用场景极为重视，包括船舶、5G基站、电网储能、轻型车、电动工具、工程机械等。业内分析认为，瞄准这些新兴市场应用场景，除了可以弥补短期内车用动力电池低迷的销量供给，后续广阔的成长空间也将成为电池企业的盈利引擎。值得注意的是，宁德时代也在这些新兴细分市场中发力，包括48V动力电池系统、电动自行车、船舶等。在船舶电动化领域，中国自主设计建造的首艘海上危险品应急指挥船“深海01”所搭载的锂离子动力电池系统就是由宁德时代提供，每组磷酸铁锂电池容量为750kWh，共搭载1.5MWh磷酸铁锂电池，标志着宁德时代首套海洋船舶动力锂电池系统成功下线。在另一大电池相关业务范畴储能领域，宁德时代同样频频布局。6月29日，宁德时代与中天宏信签订协议，共同配合并推动国家电投集团的储能项目落地。根据彭博新能源财经统计，截至2020年1月，中国风电储能项目中储能的累计装机68MW，2020-2021年有待并网的风电储能项目中预计储能规模为555MW。今年以来，宁德时代还与国网综合能源服务集团合作，先后成立新疆国网时代储能发展有限公司和国网时代（福建）储能发展有限公司。此外，“新基建”涉及的充电桩领域，宁德时代也有所动作。今年4月初，宁德时代与福建百城新能源合资创立的快卜新能源在上海市投入运营，正式推出了集储能系统、能源管理系统、直流快充桩于一体的多功能充电站。业内分析认为，宁德时代积极涉及车载动力电池之外的市场，与动力电池行业竞争激烈、市场饱和有一定关系，而发展储能市场、为无人驾驶矿卡提供动力电池等侧面“战场”，则可以为企业继续保持竞争优势提供助力。“宁德时代凭借供应链生态圈整合能力和高强度研发投入策略，在动力电池产品技术、客户资源、市场配套规模、产品成本等领域均获得一定先发优势。”盖世汽车研究院发布的《宁德时代CATL企业研究报告（2020版）》指出，“随着动力电池市场竞争加剧、车企自建电池业务和技术路线多元化发展等发展趋势，未来宁德时代也面临市场配套份额能否稳住，下一代产品技术能否领先及如何保证利润率水平等难题。”
来源：每日经济新闻
中国动力电池企业联袂崛起 国际汽车巨头纷纷入股锁定供应
今年以来，外资巨头在中国的投资及合作出现一个新动向：中国动力电池产业链的优势地位，正吸引着越来越多国际汽车巨头斥资入股，以期通过股权方式的绑定来获取稳定而优质的动力电池供应，以及更好实施其在中国市场的本土化战略。巨头纷纷入股“中国的电池企业走在了世界的前列。”7月15日，某券商研究员在朋友圈转发了戴姆勒-奔驰投资孚能科技的新闻并如此评论。即将在科创板上市的孚能科技日前宣布，戴姆勒大中华区投资有限公司参与公司首发战略配售，以5.1亿元获得约3%股份，后者估值达170亿元。几天前，宁德时代宣布与本田签署战略合作协议，本田拟参与公司此次定增并获得1%的股份，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。1个多月前，国轩高科宣布，德国大众将通过受让股份及参与定增合计获得公司26.47%的股份，成为公司第一大股东。为何国际汽车巨头纷纷投资中国的电池工厂？“优质电池产能也是稀缺资源。一方面说明中国的电池企业已经强大起来，技术实力获得国际汽车巨头的认可。另一方面，为了保障供应链安全，汽车巨头需要通过深度合作锁定产能供应。此外，中国巨大的消费市场，以及完备的产业链，仍是吸引外资布局中国的关键。”有投行分析师对记者如此表示。尽管只获得宁德时代1%的股份，本田的出资可不少。今年以来，宁德时代股价持续大幅上涨，目前总市值已接近5000亿元。以此测算，本田认购1%的股份将需要数十亿元。作为全球最大的锂电池供应商，宁德时代似乎并不愿意客户持有过多的公司股份。据披露，双方在资本合作项下约定，在宁德时代未来发行新股时，将在约定范围内向本田提供一定的优先权利，本田行使优先权利以行权后的持股比例不超过其在公司发行新股前的持股比例为限。“宁德时代有这个底气，不愿意与某一家客户深度绑定，更愿意公平对待全球客户。”有电池行业观察人士向记者分析。国产电池崛起宁德时代已经连续3年位居全球首位，国内市占率超过50%，并成功进入大众、宝马等高端供应链。2019年，宁德时代动力电池累计出货32.5GWh，占全球市场的27.87%。与宁德时代一同成长起来的，还有多家友商。据智研咨询统计，2019年度，全球动力电池出货量排名前10的企业中，中国企业有5家，分别是宁德时代、比亚迪、远景AESC、国轩高科和力神电池，另有2家日本企业和3家韩国企业，这10家龙头占据了全球85%的市场份额。据高工锂电统计，2019年中国动力电池出货量为71GWh，全球锂离子动力电池出货量116.6GWh，中国企业的市场占比高达60.89%。“这种市场格局下，汽车厂要想找到稳定的电池供应商，中国企业无疑是最优选择。”前述券商研究员介绍。据他们最新调研获悉，在巨大的需求预期下，日韩的优质电池企业正在快速扩产。产能紧张是优质电池厂家当下最紧迫的问题。LG化学日前透露，目前该公司拥有价值150万亿韩元（合1250亿美元）的订单，这将使其在未来5年保持忙碌状态。对于汽车厂商来说，选择技术成熟的电池公司进行投资，并利用资金优势帮助扩产，可以快速建立稳定的供应链体系。比如，戴姆勒-奔驰与孚能科技的合作协议就约定，为满足德国的梅赛德斯-奔驰工厂在未来不断增长的需求，孚能科技将在德国东部的比特菲尔德-沃尔芬建造一座动力电池电芯工厂。宁德时代与本田的合作也约定，在协议有效期内，宁德时代将就约定种类的电池按一定商务优惠条件向本田保障供应。看好中国市场在券商研究员看来，除了对中国电池企业技术的认可，吸引国际汽车巨头投资的更重要因素，是中国巨大的消费市场。尤其是特斯拉在中国的巨大成功，让传统车企纷纷加快在中国的新能源布局。本土化是国际巨头们进一步打开中国市场的必然选择。“中国是全球最大的新能源汽车市场，并拥有巨大的发展潜力。我们已经与一些实力强劲的中国伙伴开展互信合作，不仅致力于本土化进程的不断深入，也以此增强我们的全球竞争力。通过首次入股中国动力电池电芯制造商，我们将进一步挖掘与中国高新科技合作伙伴的合作潜力，以支持我们在全球范围推进电动化战略。未来，我们将进一步强化在中国的本土研发、生产和采购等。”日前，戴姆勒-奔驰董事会成员、负责大中华区业务的唐仕凯（Hubertus Troska）对入股孚能科技一事进行了公开说明。2019年12月，工信部发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿），规划2025年新能源汽车销量占当年汽车总销量的25%。按照国内汽车总销量3000万辆的假设，2025年的销量有望达到750万辆，累计复合增速约36%。中国产业链完备除了不断增长的市场需求，完备的产业链也促进巨头们选择在中国投资，以降低成本获得竞争优势。据上海证券报记者梳理，在锂电全产业链，中国几乎都已经出现了龙头公司。上游以锂资源为例，位于西澳的泰利森公司Greenbushs矿，是目前世界上正开采的储量最大、品质最好的锂辉石矿，天齐锂业持有51%的股份；同样位于西澳的Mt.Marion矿，是全球第二大投运锂辉石矿山，赣锋锂业持有43.1%的股份。再如钴，全球钴精炼排名前10企业中，我国的华友钴业、格林美、金川、佳纳和腾远分别位居1、2、4、5、6位，而在钴矿资源中，洛阳钼业、金川集团和中冶瑞木也进入了全球前10。中间环节也已经出现全球巨头。如格林美，公司已成长为全球最大的三元电池前驱体生产企业，占到全球20%的市场份额。据公告，公司已签署未来3年的近30万吨三元前驱体战略长单。再如容百科技，当升科技等，也都位居全球前列。正是上游和中游的支持，提升了我国电池厂的综合竞争力，得以与巨头们联姻。如今大众、奔驰、本田都已入局，下一个巨头会是谁？宝马会跟进投资吗？哪家中国电池企业会有机会？
来源：上海证券报
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
