电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
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锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
摘要：在电动车市场化脚步不断前进的格局下，多种技术路线并存是动力锂离子电池产业的必然生态。通过技术手段提升磷酸铁锂电池的能量密度可以让其重返乘用车市场，并且仍旧可以保持其在商用车细分范畴的绝对优点。
（来源：公众号出行一客ID：carcaijing作者：李湛）
今年二月，特斯拉向宁德时代采购磷酸铁锂电池消息震动市场。中山证券认为，特斯拉逆向选择磷酸铁锂，原由有二：一是降低电池成本，提升国产车型的售价竞争力；二是宁德时代的CTP技术可使特斯拉续航和降本兼得。此前，宁德时代配套大众的CTP磷酸铁锂电池组，能量密度已提升至160Wh/kg，这一数据不仅可以满足特斯拉国产车型的续航要求，且能达到补贴政策的标准。
目前来看，宁德时代供货的磷酸铁锂电池只针对上海厂加工的Model3标准续航升级一款车型，也是最低配车型，该车型补贴后官方指挥价为29.9万元，且免征购置税26465元。若特斯拉2020年底顺利实现100%国产化，国产低配版降至20万元区间并不遥远。显然，特斯拉此款车型的紧要竞争目标是国内20万元左右的市场，相应的续航能力和性能要求也较低。特斯拉此举对小鹏、威马、广汽等把部分车型定在24万到30万之间的自主品牌来说，将是一个巨大的挑战。
无独有偶比亚迪也计划在2020年中新上市的车型“汉”上采用新型磷酸铁锂“刀片电池”。通过扁平化设计，相比传统电池结构变化较大，“刀片电池”同样为无模组办法，降低了电池组制作工艺，节省了物料和人工费用，成本或将降低20%-30%。刀片电池单体电芯的体积能量密度并没有改变，减少增强结构件体积利用率可提升到60%以上，体积能量密度有望提升50%，续航里程可提升20%-30%。
在电动车市场化脚步不断前进的格局下，多种技术路线并存是动力锂离子电池产业的必然生态。通过技术手段提升磷酸铁锂电池的能量密度可以让其重返乘用车市场，并且仍旧可以保持其在商用车细分范畴的绝对优点。
新型磷酸铁锂电池的使用可以为部分乘用车供应性价比更高的电池选择，有利于低端车型价格下探，吸引更多消费者对电动车的关注。三元电池并不会因此失去市场主导地位，相反，由于三元电池面世时间较短，仍有一定的改良空间，新型磷酸铁锂电池将会倒逼三元电池在技术性能、安全性能以及性价比等方面进一步提升，并依旧收到新能源汽车市场中高端车型的酷爱。
三元电池逆转磷酸铁锂
回顾2015-2019年动力锂离子电池分类型装机量，三元电池装机量从2015年的4.4GWh迅速攀升至2019年的38.5GWh，市场占比从2016年的22.6%大幅提升至2019年的61.7%，如今已占据市场主流地位。同时，磷酸铁锂电池市场占比有所下降，过去几年，磷酸铁锂电池装机一直维持在20.0GWh左右水平，但市场占比却从2016年的72.8%继续下降至2019年的32.0%。值得留意的是，2017年，三元电池实现超150%上升，而磷酸铁锂电池首次出现负上升。
三元在新能源乘用车中迅速普及，磷酸铁锂则被广泛使用于商用车及专用车范畴。从新能源汽车各细分市场来看，在乘用车范畴，三元电池装机量自2017年起迅速上升，市场占比也不断张大，而由于三元电池上升所带来的挤出效应，磷酸铁锂市场占比从2015年的51.4%下降至2019年的4.1%，2019年乘用车装机仅1.7GWh，同比下降36.3%。在客车市场，磷酸铁锂则一直保持着绝对的主导，2016-2019年市场占比均在90%以上；在专用车市场，磷酸铁锂市场占比更是在2019年实现大幅上升，由2018年的42.0%提升至2019年的76.9%。
动力锂离子电池在整个新能源汽车市场及其细分范畴分化的原由，我们认为紧要有三点，一是由材料体系决定的电池性能不同，决定了不同电池在不同范畴中的使用优点；二是补贴政策导向，自2017年起补贴政策向高能量密度倾斜，磷酸铁锂电池成本优点无法弥补其能量密度较低造成的补贴减少，在对价格相对敏感的乘用车范畴，被三元电池快速反超；三是成本驱动，客车及专用车无相应补贴扭曲机制，磷酸铁锂在商用车及专用车范畴性价比优点分明。
政策成本导向，动力锂离子电池选择分化
磷酸铁锂成本低安全性高，三元能量密度占优
锂电池工作原理是将电能转化为化学能储备在电极中，在要的时候可以重新以电能释放。其核心材料是正极、负极、电解液和隔膜，其中正极材料笔直决定了电池的能量密度、安全性、循环寿命等性能。因此，动力锂离子电池一般按照正极材料体系可划分为钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）以及三元材料（镍钴锰酸锂NCM、镍钴铝酸锂NCA）等。
钴酸锂压实密度优于其他材料，故大规模使用在对价格不敏感的消费电子范畴，如手机、笔记本电脑等；锰酸锂的电化学性能较为平庸，但价格低廉，故使用在对价格较敏感的范畴，如两轮电动车；磷酸铁锂以及三元材料则是动力锂离子电池的最佳选择，被广泛使用于汽车、船舶等范畴。
作为在新能源汽车动力锂离子电池中广泛使用的两种正极材料，磷酸铁锂和三元材料在性能上有分明的差异，笔直导致在不同范畴的优点差异。
能量密度高，三元材料对乘用车续航性能提升用途大。三元材料理论比容量为280mAh/g左右，远高于磷酸铁锂的170mAh/g。同时，振实密度为2.2-2.8g/cm3，也远高于磷酸铁锂的0.7-1.4g/cm3，因此三元材料具有体积比能量密度优点。这意味着在有限空间内带电量多，有利于续航里程的提升，这关于空间有限的乘用车十分关键。
循环寿命长，且安全性高，磷酸铁锂受商用车厂商酷爱。新能源客车紧要使用于公共交通范畴，公用用车对安全性要求极高，因此磷酸铁锂凭借其循环寿命长、安全性高的材料特性，在该范畴占据绝对主流地位，占新能源客车电池装机量90%以上。
政策驱动：补贴向高能量密度倾斜，三元成市场主流
新能源汽车发展初期，考虑到排放及燃油经济性以及社会示范效应，政策向商用车倾斜，新能源客车成为最早的汽车电动化市场，磷酸铁锂凭借其循环寿命长、安全性高等优点迅速成为锂电池正极材料的最佳选择，2017年往日，市占率遥遥领先。随着2017年补贴政策将能量密度纳入考核要求，将其与补贴系数笔直挂钩，且标准逐年提升，以比亚迪乘用车磷酸铁锂电池为例，2017-2019年能量密度最高为125/140/149Wh/kg，对应可获得的补贴倍数为1.1/1.1/0.9，而其他技术相对较弱的公司，可获得对相应补贴倍数更低。因此，市场份额开始逐步向能量密度高的三元电池转移。
另外，随着商用车的普及率提升，后续需求空间有限，而乘用车受众基数较大，发展潜力更足。在乘用车范畴，磷酸铁锂电池成本优点无法弥补能量密度较低带来的补贴减少，磷酸铁锂的市场发展空间也相应受限。因此，动力锂离子电池主流供应商也纷纷选择以三元为主的技术路线。
成本驱动：磷酸铁锂在商用车市场占绝对主导
尽管2017年之后，补贴政策的倾斜使磷酸铁锂在乘用车市场大幅萎缩，但凭借成本优点，其在客车及专用车市场仍占据绝对主导。除了由于政策原由，客车范畴未开放三元配套之外，在补贴继续退坡且友好乘用车的趋势下，新能源专用车厂在关注动力锂离子电池安全性及循环寿命的同时，也更加关注动力锂离子电池的性价比，磷酸铁锂材料也凭借成本优点越来越受专用车厂酷爱。依据高工锂电的统计，2017年和2018年新能源专用车磷酸铁锂电池装机量分别为2.15GWh和2.75GWh，同比上升28%，占比提升至42%。2019年占比更是提升至79.6%。从工信部新能源汽车推广使用推荐车型目录来看，2016-2019年，搭载磷酸铁锂电池的纯电动客车的比例不断上升；搭载磷酸铁锂电池的纯电动专用车也在2019年攀升至65%。
补贴继续退坡，市场正在变迁
补贴退坡，磷酸铁锂向乘用车渗透迹象分明
过去，磷酸铁锂电池在新能源汽车中的份额紧要聚集在客车和专用车上，在乘用车范畴的份额较低。随着补贴的继续退坡，2019年补贴大幅下降，地方补贴取消，单车均匀补贴降幅达70%，降本成了低端乘用车的发展主线。材料端价格的优点，使得磷酸铁锂再次进入市场视线。
正极材料价格低廉，磷酸铁锂电池现阶段成本优点分明。磷酸铁锂及三元电池系统价格自2015年起逐年下降，自2018年第三季度，磷酸铁锂电池系统价格已低于三元电池，且呈继续下降趋势，现阶段磷酸铁锂电池成本较三元电池低约10%-15%，且两者的差价会因为正极材料价格差异而长期存在。从正极材料成本来看，三元正极材料中，钴镍锰有价金属含量高，加上镍锰盐和碳酸锂/氢氧化锂材料及出产成本，三元材料价格在12-18万元/吨之间。而磷酸铁锂电池正极紧要由磷酸铁和碳酸锂组成，两者价格均较低，磷酸铁锂正极价格仅4.1-4.5万元/吨。
从工信部新车推荐目录来看，从2019年下半年开始，磷酸铁锂电池在乘用车中的配套比例回升分明。依据工信部2020年第2批推荐目录乘用车的情况显示，符合2019年补贴新政产品技术要求的乘用车有44款，其中9款车型搭载磷酸铁锂电池，占比达20%；2020年第3批推荐目录中，符合2019年补贴新政产品技术要求的乘用车有23款，搭载磷酸铁锂电池的车型占9%，均较2019年全年7.8%的占比有所提升。
头部电池公司领衔，提升磷酸铁锂性能短板
后补贴时代，头部电池厂商纷纷提出新技术，在采用磷酸铁锂路线的基础上，通过改进电芯成组方式，提升成组效率，来进一步提高电池组的能量密度和空间利用率等性能。
比亚迪
“刀片电池”办法，中高端乘用车试水铁锂电池
比亚迪计划在2020年中新上市的车型“汉”上采用磷酸铁锂“刀片电池”。通过扁平化设计，相比传统电池结构变化较大。刀片电池长度最长可达2.5m，可针对车型定制化设计。该办法为无模组办法，降低了电池组制作工艺，节省了物料和人工费用，成本或将降低20%-30%。刀片电池单体电芯的体积能量密度并没有改变，但电芯自身可承担增强用途，从而减少增强结构件，体积利用率可提升到60%以上，体积能量密度有望提升50%，续航里程可提升20%-30%，搭载刀片电池的比亚迪汉续航能力最高可提升至600公里。
宁德时代
CTP办法，磷酸铁锂和三元均适用
高工锂电资料显示，宁德时代2019年在德国法兰克福国际车展上推出全新的CTP（CelltoPack）高集成动力锂离子电池开发平台，同样采用无模组办法，将电芯笔直集成到电池组。传统电池组要多个模组为电芯供应支撑、固定及保护，占用电池组内大量空间的同时新增重量，而CTP电池组省去模组环节，体积利用率提高15%-20%，电池组零部件数量减少40%，加工效率提升50%。另外，通过CTP办法，三元523电池可达到三元811电池能量密度，磷酸铁锂可达到三元523的能量密度，能量密度提升10%-15%。
宁德时代的CTP办法对磷酸铁锂和三元均适用，而磷酸铁锂办法使用CTP则相对更成熟。日前，已有消息声明，将来我国版特斯拉将搭载的正是宁德时代的CTP+磷酸铁锂电池，而目前宁德时代给北汽、威马配套均为三元523+CTP办法。
市场化推动磷酸铁锂回暖，三元仍是长期主流
政策将持续推助动力锂离子电池需求上升
过去，动力锂离子电池的分化发展很大程度受政策影响，将来，政策也将持续在动力锂离子电池发展变迁中扮演紧要角色。动力锂离子电池的需求总量跟新能源汽车的产量息息相关，而新能源市场仍旧会在很大程度上依靠政策扶持力度。我们认为，受疫情影响，新能源汽车市场开局较弱，出于恢复市场信心考虑，2020年新能源汽车政策总体上将会比较积极，这也将进一步带动动力锂离子电池的需求上升。
从2020年新能源汽车相关的各项政策来看，中央政府加大新能源汽车推广力度的同时，各地政府也纷纷相应，推出新的补贴政策（如广州推出对新能源车补贴1万元/辆的激励政策）。可以预见，随着各种鼓励政策的出台，消费者的购车欲望和车企的主观能动性都将被积极调动起来，对产销的促使将有积极用途。另外，日前的中共中央政治局常务委员会会议将充电桩纳入新型基础设施建设领域，这将使充电桩建设全面提速，在电池性能不断提升的基础上，从补电条件方面缓解新能源汽车“里程焦虑”问题。
公布单位政策内容中共中央政治局常务委员会会议会议指出要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。新型基础设施建设包括特高压、新能源汽车充电桩、5G基站建设、大数据中心、人工智能、工业互联网和城际高速铁路和城市轨道交通等七大范畴。国务院公布《蓝天保卫战三年行动计划》，加大新能源汽车推广使用力度及产销规划布局。以2020年为紧要时间节点，全面推动新能源汽车发展。国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020年)》中提出的到2020年完成累计超过500万辆的关键时点。国家发改委、商务部等向各省市联合公布《有关促使消费扩容提质加快形成强大国内市场的执行意见》。其中，在“鼓励使用绿色智能产品”一项中，《意见》提出要促使汽车限购向引导使用政策转变，鼓励汽车限购地区适当新增汽车号牌限额。广州市人民政府公布了《广州市坚定打赢新冠肺炎疫情防控阻击战努力实现全年经济社会发展目标任务的若干措施》(后简称《措施》)，其中在汽车消费中，个人消费者购买新能源汽车给予每车10000元综合性补贴，购买国六标准新车给予3000元补助。
特斯拉领衔，磷酸铁锂回暖可期
近期，有关特斯拉的新闻引起广泛讨论，首先路透社称，特斯拉向宁德时代采购“无钴”电池，大概率是磷酸铁锂电池；其次特斯拉将在四月电池日公布自主研发电池信息，或将使用Maxwell干电极技术。
我们认为，特斯拉之所以选择磷酸铁锂，原由有两点：1）降低电池成本，使国产车型的售价更具市场竞争力。三元电池的成本受“钴”成本影响下降空间受限，多家头部电池厂都不止一次表示希望通过“去钴”降低电池成本，然而受技术发展的限制，至今仍不能完全实现“无钴”，故磷酸铁锂成了现阶段降成本的好途径。2）宁德时代的CTP技术可使特斯拉续航和降本兼得。此前，宁德时代配套大众的CTP磷酸铁锂电池组，能量密度已提升至160Wh/kg，这一数据不仅可以满足特斯拉国产车型的续航要求，且能达到补贴政策的标准。另外，采购宁德时代磷酸铁锂或与自建电池并不矛盾，干电极技术为工艺创新，材料体系是不是会有重大冲破仍需观察。
目前来看，宁德时代供货的磷酸铁锂电池只针对上海厂加工的Model3标准续航升级一款车型，也是最低配车型，该车型补贴后官方指挥价为29.9万元，且免征购置税26465元。若特斯拉2020年底顺利实现100%国产化，国产低配版降至20万元。显然，特斯拉此款车型的紧要竞争目标是国内20万元左右的市场，相应的续航能力和性能要求也较低。
由于补贴退坡等因素，2019年我国新能源汽车销量不尽如人意，自主品牌正在承受着降本与转型的双重压力，特斯拉此举对小鹏、威马、广汽等，这些把新车定在24万到30万之间的自主品牌来说，将是一个挑战。此外，加上来自特斯拉在车载软件、外观设计及品牌方面的多重的竞争压力，必将促使自主品牌的自我提升，或降价、或提升续航、或优化软件配置等。据悉，小鹏P7即将于四月份上市，预售价24万-37万.值得留意的是，官方宣称小鹏P7的续航里程达706km，赶超特斯拉，或成为对特斯拉降价抢市场的有力回应。此外，做工质量、售后服务、及销售渠道等也是影响汽车销量和消费者选择偏好的关键因素，倘若自主新能源车型能在掌握更多核心技术的同时，各方面综合提升，在国内市场与特斯拉势均力敌也并非不可能。
磷酸铁锂三元将长期共存
有了特斯拉的助攻，及宁德时代和比亚迪新技术的发力，磷酸铁锂电池有望持续提升其在新能源乘用车的渗透率，尤其是在中低端乘用车的份额。从工信部新车推荐目录来看，2020年以来，磷酸铁锂在乘用车中的配套比例已超过20%。我们认为，当政策不再对现有技术做出新要求，补贴退坡已经使磷酸铁锂的成本优点更分明，能有效缓解补贴大幅下降导致的成本急剧上升，对电池成本敏感的中低端车型将受益。我们观察到，除特斯拉外，更多自主车企也逐步开始认同铁锂在现阶段的优点，续航在250-400km的配套铁锂电池的车型已经进入推荐目录。
磷酸铁锂的重新“上位”并不意味着三元电池不再是主流，将来磷酸铁锂和三元电池将是长期共存的局面。从技术方面看，虽然磷酸铁锂电池能够在技术上取得冲破，但三元电池也一定不会原地踏步。三元较磷酸铁锂在能量密度方面有更大的潜力，且成本下行空间大，三元锂电池还是会成为许多厂家的首选。特别是如今主流的400-500km纯电续航还是无法满足多数消费者的使用需求，纯电续航600km以上的车型在短时间内还是离不开高能量密度的三元锂电池。因此，中高端车型为保持竞争力未必跟随采用磷酸铁锂电池，将仍旧以高能量密度的高镍三元电池为主流。从多个合资品牌的新车上市规划来看，大众、宝马等计划于2020下半年在华推出的新车型，均配套三元电池，也印证了这一趋势。
客车、专用车长期主流仍是磷酸铁锂
商用车方面，在安全性作为首要考虑问题的客车范畴，我们认为，基于我国磷酸铁锂电池产业化、技术成熟度较高的背景下，纯动力客车范畴还是倾向于使用安全性更高的动力锂离子电池，磷酸铁锂将持续占有绝对紧要地位。
在专用车范畴，我们观察到，在2020年第三批新能源专用车推荐目录中，专用车搭载电池类型相较前两批呈现一定分散，不是高度聚集在磷酸铁锂电池上，大概率是因为受疫情影响，市场购买力有一定下降，在保证安全的前提下，各公司依据自身情况选择成本相对有吸引力的产品，有利于疫情过后的市场竞争。但显然，磷酸铁锂占比依旧超过60%，凭借其高安全性及高性价比，相信长期来看主流地位不易被撼动。
三元主流地位难以撼动，磷酸铁锂占据细分市场
在电动车市场化脚步不断前进的格局下，多种技术路线并存是动力锂离子电池产业的必然生态。通过技术手段提升磷酸铁锂电池的能量密度可以让其重返乘用车市场，并且保持其在商用车细分范畴的绝对优点。新型磷酸铁锂电池的使用可以为部分乘用车供应性价比更高的电池选择，有利于低端车型价格下探，吸引更多消费者对电动车的关注。三元电池并不会因此失去市场主导地位，相反，由于三元电池面世时间较短，仍有一定的改良空间，新型磷酸铁锂电池将会倒逼三元电池在技术性能、安全性能以及性价比等方面进一步提升，持续占领中高端新能源汽车市场。
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