鉅大LARGE | 點擊量：7812次 | 2021年10月08日
深度報告：動力鋰電池材料及結構創(chuàng)新未來展望
（報告出品方/作者：光大證券，殷中樞、郝騫、黃帥斌）
1、碳中和背景下的新能源汽車行業(yè)
1.1、現(xiàn)狀與未來：新能源汽車行業(yè)發(fā)展路線
1.1.1、全球新能源汽車政策加碼，積極擁抱碳中和
面對2020年全球新冠疫情的沖擊和影響，世界重要經(jīng)濟體都把疫情后的經(jīng)濟復蘇突破口選在了“綠色復蘇”上。截至2021.6.30，已提出碳中和目標的國家有34個，正在醞釀提出碳中和目標的國家將近上百個，碳中和毋庸置疑已成為全球大趨勢，作為能源需求端最重要的場景之一，新能源汽車也成為了世界各國發(fā)展的重點。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我國：供應鏈優(yōu)勢明顯，2025年新能源汽車銷量預計占比保25%爭30%
補貼政策從經(jīng)濟性角度提振銷量，能量密度、安全性均在不同發(fā)展階段被政策所側重，雖然購車成本仍是影響要素，但我國在電動汽車供應鏈已經(jīng)積累了較強的優(yōu)勢，成本快速下降，同時使用成本、體驗的提升，以及智能化的加持，行業(yè)已經(jīng)進入市場化驅(qū)動時代。此外，特斯拉我國市場強勁的銷量勢頭帶來的“鯰魚效應”，也充分調(diào)動了國產(chǎn)電動汽車汽車和供應鏈的競爭意識，提高自身能力。
我們預計，根據(jù)碳中和發(fā)展目標，我國燃油車的整體禁售有望在2045年前后，不同省份時間和情況會有一定差異。目前，我國已經(jīng)在新能源汽車供應鏈積累較大優(yōu)勢，但銷量滲透率僅5.4%（2020年），2019年新能源乘用車典型公司平均電耗為15.95kWh/100km，技術始終是發(fā)展的原動力，行業(yè)仍然要不斷進行技術創(chuàng)新。2020年十一月，國務院辦公廳公布了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，計劃到2025年純電動乘用車新車平均電耗降至12.0kWh/100km，新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右，高度自動駕駛汽車實現(xiàn)限定區(qū)域和特定場景商業(yè)化應用；計劃到2035年，純電動汽車成為新銷售車輛的主流，公共領域用車實現(xiàn)全面電動化，燃料動力鋰電池汽車實現(xiàn)商業(yè)化應用。我們認為，2025年20%的滲透率為新能源車長期規(guī)劃的政策托底，預計屆時新能源車滲透率保25%爭30%。
《規(guī)劃》還特別提到了鼓勵車用操作系統(tǒng)、動力鋰離子電池的開發(fā)創(chuàng)新，加強輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力鋰離子電池和燃料動力鋰電池系統(tǒng)核心技術攻關，加快固態(tài)動力鋰離子電池技術研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。國家支持全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)布局，推動生產(chǎn)工藝、關鍵裝備、智能制造的突破發(fā)展以及電池梯次利用。
歐洲：碳排放約束+補貼，能源轉(zhuǎn)型的先行者
2020年九月，歐盟委員會推出了《2030年氣候目標計劃》，明確了將《巴黎協(xié)定》下的歐盟國家自主貢獻從先前的與1990年相比減排40%的目標提高到至少減排55%，并制定了各經(jīng)濟部門實現(xiàn)目標的政策行動，其中到2030年計劃可再生能源發(fā)電占比從目前的32%提高至65%以上。在能源轉(zhuǎn)型和碳排放約束方面，歐洲走在全球的前列，是有力的先行者、倡導者。
在碳排放考核趨嚴的背景下，歐洲各政府（尤其是德國、法國）頻繁公布政策支持新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，重要為消費補貼政策，還涉及到基礎設施建設、車企升級扶持、產(chǎn)業(yè)鏈投資等各方面。
2019年四月出臺的歐洲碳排新政于2020年一月開始執(zhí)行，新政規(guī)定2025、2030年歐盟新登記乘用車CO2排放量在2021年95g/km的基礎上減15%和37.5%，分別達到81g/km和59g/km，若不達標將面對巨額罰款：每超標1g/km，罰款95歐元。假設年銷量1500萬輛燃油車，單車排放115g/km，要罰款（115-95）×1500×95=285億歐元。碳成本成為推動歐洲新能源汽車放量的重要驅(qū)動力，低CO2排放成為歐洲電動汽車技術的側重點。
歐盟政策加碼，2035年起提前結束內(nèi)燃機時代。2021年七月九日，根據(jù)Bloomberg，歐盟的監(jiān)管機構歐盟委員會計劃要求新車和貨車的排放量從2030年起下降65%（相比于1990年水平），并從2035年起降至零，更嚴格的污染排放標準將輔以規(guī)定各國政府加強車輛充電基礎設施的規(guī)定；運輸?shù)那鍧嵈笮藿抵料轮芄嫉囊幌盗械拇胧┮徊糠?，以制定更嚴格?030年氣候目標，將溫室氣體排放從1990年水平減少55%。
同時，歐洲各國持續(xù)加大對新能源車購車補貼等政策扶持，單車補貼最高可達9000歐元。如此一來，盡管2020年疫情肆虐導致汽車整體銷量萎靡，新能源汽車銷量卻在大力度優(yōu)惠政策下迎來前所未有的上升。此外，碳成本在各能源要素、汽車產(chǎn)業(yè)鏈、不同地區(qū)的轉(zhuǎn)移會成為全球碳市場完善后更重要的考量因素，涉及碳交易、碳關稅等，也會充分改變?nèi)蛐履茉雌嚠a(chǎn)業(yè)及供應鏈的格局。
美國：拜登政府雄心勃勃，積極提振新能源發(fā)展
與特朗普政府不同的是，拜登政府出于國際競爭、內(nèi)部政治、提振經(jīng)濟等因素大力推動“綠色經(jīng)濟”及新能源發(fā)展。美國總統(tǒng)拜登上任時宣布了2萬億美元的基建計劃，其中有1710億美元專門用于一系列電動出行措施，比如：支持汽車制造商建立國內(nèi)原材料供應鏈，消費者將因購買美國制造的電動汽車而獲得補貼和稅收優(yōu)惠，還要求白宮近65萬臺的聯(lián)邦車隊全部換成電動汽車。
（1）拜登政府規(guī)劃至2026年美國的電動汽車份額將達到25%，電動汽車年銷量達到400萬輛；
（2）到2030年，計劃建立50萬個電動汽車充電站組成全國性網(wǎng)絡；美國輕型汽車銷量的95%至100%將達到零排放標準；
（3）2035年實現(xiàn)無碳發(fā)電；
（4）2050年實現(xiàn)凈零排放目標和100%的清潔能源經(jīng)濟。
美國的政策取決于如何平衡各利益勢力，與執(zhí)政黨和總統(tǒng)的政策密不可分，激進的新能源發(fā)展策略一方面體現(xiàn)了拜登政府強化綠色發(fā)展執(zhí)政思路，另一方面體現(xiàn)了美國對我國新能源快速發(fā)展和其供應鏈安全的擔憂。因此，我國各新能源產(chǎn)業(yè)鏈某些環(huán)節(jié)假如不受美國的制裁，將受益于美國新能源行業(yè)的發(fā)展；但部分核心環(huán)節(jié)也將受制于美國的打壓；我們認為，資源品、電池關鍵技術和部件、芯片產(chǎn)業(yè)鏈等將首當其沖受制衡。
1.1.2、全球新能源汽車銷量大漲，動力鋰離子電池出貨量攀升
盡管2020年的新冠疫情導致全球汽車總銷量下降了14%，但全球電動汽車的銷量卻在2020年逆勢大漲，達到320萬輛以上。根據(jù)EVvolumes數(shù)據(jù)，2020年全球新能源汽車的的銷量為324萬，而2019年同期為226萬，同比上升了43.36％。
2020年新能源汽車銷售最多的國家分別是我國（137萬輛）、德國（40萬輛）、美國（30萬輛）、法國和英國均為20萬輛。在全球幾大重要電動汽車市場中，歐洲電動汽車總銷量139.5萬輛，占全球電動汽車銷量的43％，成為前列大上升極。
新能源汽車良好的銷量走勢帶動了動力鋰離子電池裝機量的連年攀升。根據(jù)SNEResearch數(shù)據(jù)，2020年全球汽車用動力鋰離子電池裝機量同比上升17%，達到137GWh。我國市場上升放緩，2020年我國電池裝車量累計63.6GWh，同比上升2.3%。公司方面，寧德時代和LG新能源逐漸呈現(xiàn)雙寡頭格局，2020年出貨量分別為50GWh和48GWh，占據(jù)了全球電池市場的半壁江山。
我國市場：2020年電動汽車滲透率5.4%，寧德時代裝機大幅領跑
得益于我國強大的抗疫組織能力，2020年我國新能源汽車銷量態(tài)勢良好，四月起銷量便企穩(wěn)并不斷回升。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，2020年我國新能源車銷量136.7萬輛，同比上升10.9%。其中，純電動汽車銷量為109.4萬輛，同比增11.6%；插電式混合動力汽車銷量為24.9萬輛，同比上升8.4%，電動汽車滲透率從2019年的4.7%提升至2020年的5.4%。
裝機公司方面，寧德時代以總裝機量31.79GWh無懸念登頂，且大比分領先其他對手，占國內(nèi)市場總裝機量的一半；比亞迪排名第二，市場份額達到14.9%；第三名LG化學裝機量與前兩名有不小的差距，為4.13GWh，占市場總裝機量的6.5%。
1.1.3、未來新能源汽車及相關材料需求預測
預計2025年我國新能源汽車銷量突破800萬輛，動力鋰離子電池裝機量406GWh
《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》倡導的電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化將成為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機遇。經(jīng)過本輪升級，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)未來將更加具備國際競爭能力，并迎來更好的發(fā)展期。我們預計我國新能源汽車銷量未來5年復合上升率在40%左右，到2025年有望超過800萬輛，是2020年的6.4倍，是2021E（260萬輛）的3.3倍。按照2025年汽車總銷量2500萬輛預計，新能源車銷量滲透率達32%。
在電動汽車市場快速上升帶動下，動力型鋰離子電池繼續(xù)保持快速上升勢頭。按照正極材料分類動力鋰離子電池可分為三元電池、磷酸鐵鋰離子電池及其他電池。根據(jù)目前各細分車型的單車帶電量，我們預計2025年國內(nèi)裝機量可達406GWh，2020-2025ECAGR超過40%，市場規(guī)模將達到2640億元；其中三元電池裝機量達247.5GWh，磷酸鐵鋰裝機量達158.8GWh。
預計2025年海外新能源汽車銷量1500萬輛，動力鋰離子電池裝機量757GWh
我們根據(jù)各國新能源銷量情況，預測2025年海外新能源汽車銷量1500萬輛，CAGR-5達到50%。根據(jù)單車帶電量假設，預計2025年海外動力鋰離子電池裝機量757GWh，CAGR-5將達到51%。據(jù)乘聯(lián)會數(shù)據(jù)，2020年全球汽車銷量7803萬輛，海外5303萬輛，假設2025年汽車總銷量維持，則海外新能源車銷量滲透率達28%。
預計2025年全球三元正極材料需求量34.6萬噸，磷酸鐵鋰34.9萬噸
原材料方面，根據(jù)單位耗用量假設1kWh所需三元材料1.4kg，1kWh所需磷酸鐵鋰正極材料2.2kg，考慮動力鋰離子電池、3C電池、儲能電池以及其他領域的需求量，我們測算到2025年全球三元正極材料需求量34.6萬噸，市場規(guī)模589億元；磷酸鐵鋰材料需求量為34.9萬噸，市場規(guī)模達到140億元。同樣地，負極材料到2025年的市場規(guī)模達到195億元，總需求量40.6萬噸。
假設1GWh所需電解液950噸，制備1噸電解液要六氟磷酸鋰0.1噸，那么到2025年全球六氟磷酸鋰的需求量為12.8萬噸；1kWh所需隔膜面積為17平方米，2025年全球隔膜需求量為176.5億平方米，市場規(guī)模為60億元。
1.2、比較三種動力能效、排碳及經(jīng)濟性，鋰電成長確定
1.2.1、燃油、鋰、氫三種動力源排碳、能效及經(jīng)濟性
汽、柴油作為傳統(tǒng)車用燃料，統(tǒng)治汽車領域約百年的時間，在新能源革命的大潮及全球碳中和的趨勢下，車用動力的變革已經(jīng)開始?！百I得起、用得起”已經(jīng)成為不同動力汽車能否商業(yè)化推廣放量的關鍵。
（1）“用得起”：燃料要清潔、且成本要低。根據(jù)歐陽明高2021年我國電動汽車百人會發(fā)言，從基于可再生能源的能源動力組合全鏈條能效分析，假如能源供給側端的電價相同，總體能效差別等于成本差別，充電電池能做的事情就可以不用氫燃料動力鋰電池，因為制氫的電價不會比充電電價更便宜。有一些場景用氫燃料依然是不錯的選擇：長距離客運、貨運（重卡、大巴、公交）、鋰電能量衰減比較快的地區(qū)（北方）、物流叉車、輪船等；以及大規(guī)模儲能、工業(yè)原料等。
效率：根據(jù)殼牌公司，充電電動汽車全鏈條效率77%，其中燃料生產(chǎn)環(huán)節(jié)效率95%；氫燃料動力鋰電池車全鏈條30%，其中燃料生產(chǎn)端61%；電燃料內(nèi)燃機汽車全鏈條13%，其中燃料生產(chǎn)端44%。
針有關不同車用動力源的全生命周期排碳水平，全球氫燃料動力鋰電池龍頭巴拉德公司也進行了測算，其核心結論在于：能源供給側的清潔程度是決定因素，無論是鋰離子電池汽車還是氫燃料動力鋰電池車，假如電力或者氫氣來自于化石能源，那么其排碳水平依然較高。所以若要能源需求側的汽車使用端減碳，還是要推動能源供給側使用清潔能源。假如能源供給側均使用清潔能源，那么鋰離子電池汽車和氫燃料動力鋰電池汽車全生命周期排碳水平分別為65-75g/km；60-70g/km。
我們進一步分析：2025、2030年歐盟新登記乘用車CO2排放量目標要在2021年95g/km的基礎上分別減15%和37.5%，分別達到81g/km和59g/km，若要達到此目標，歐洲要在2030年達到以清潔能源為主的能源體系，屆時可以同時采用鋰電或者燃料動力鋰電池車為主的汽車動力體系。
我們基于當前各類動力汽車能源成本的經(jīng)濟性測算也可以得出類似結論：當前時點在乘用車方面，電動（插電混動）汽車的使用經(jīng)濟性遠好于汽油車和燃料動力鋰電池車（有關轎車類型，電動汽車的百公里成本約10元人民幣，而汽油和燃料動力鋰電池車的百公里成本分別達到33元人民幣和63元人民幣）。
（2）“買得起”：通過技術研發(fā)、規(guī)?；当荆蛊囐徺I成本下降，達到可平價消費區(qū)間。目前看，鋰離子電池車購買成本已經(jīng)可以與傳統(tǒng)燃油車相抗衡，進入市場化快速放量階段；氫能燃料動力鋰電池車目前因為還處于規(guī)模化初期，仍要5-10年時間通過規(guī)?；当?，作為鋰電的互補，未來也值得期待。
1.2.2、鋰電行業(yè)成長確定，龍頭公司大舉擴張
為了滿足全球快速上升的動力鋰離子電池需求，全球重要動力鋰離子電池公司大舉擴張，進入了產(chǎn)量擴張期。根據(jù)重要動力鋰離子電池廠公司通告整理，2020年國內(nèi)、海外動力鋰離子電池產(chǎn)量為181/279GWh，2021-2023E產(chǎn)量規(guī)劃國內(nèi)分別為311/517/757GWh（YOY71%/67%/46%)，海外分別為429/604/754GWh（YOY54%/41%/25%）。
1.2.3、產(chǎn)量周期、設備國產(chǎn)化、能耗約束將強化周期
電解液：擴產(chǎn)周期較長，6F、VC供應緊張
電解液供應緊張，尤其受限于上游的6F、VC供應。2021年以來，電解液價格持續(xù)上漲，上游的6F價格漲幅大于電解液價格漲幅。根據(jù)wind數(shù)據(jù)，三元圓柱2.2Ah/磷酸鐵鋰/4.4V高電壓電解液價格2021年一月出的價格為3.4/4/7.15萬元/噸，到2021年六月末，價格已上漲到7.2/7.5/9.25萬元/噸，漲幅為112%/88%/29%；6F價格2021年一月初的價格為11.25萬元/噸，到2021年六月末，價格已上漲到31.5萬元/噸，漲幅為180%。
6F較長的擴產(chǎn)周期使得今年供應持續(xù)緊張。6F的擴產(chǎn)周期約18個月，目前全球僅天賜、多氟多、新泰在今明年有新增產(chǎn)量，天賜材料的6萬噸液態(tài)六氟要四季度上線。近期各大廠商陸續(xù)宣布擴產(chǎn)計劃：六月十五日，永太科技宣布投資年產(chǎn)2萬噸六氟磷酸鋰項目，建設期預計為3年，可根據(jù)實際建設進度分次投產(chǎn)；六月十七日，天賜材料宣布投資建設年產(chǎn)15萬噸六氟磷酸鋰項目，建設周期為18個月。但需注意的是這些產(chǎn)量需到2023年才能逐步釋放。
VC在Q3會有新產(chǎn)量陸續(xù)投放，將有效緩解短缺情況。2021年以來，VC供應一直是電解液生產(chǎn)的重要瓶頸，根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，Q3會有多家公司的VC產(chǎn)量陸續(xù)釋放，屆時才會有效緩解VC供應的瓶頸問題。
隔膜：設備面對國產(chǎn)化瓶頸、海外設備廠商不擴產(chǎn)
隔膜需求量大漲，供應情況緊張。2021年以來，根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，恩捷股份、星源材質(zhì)、中材科技三家頭部隔膜公司持續(xù)滿產(chǎn)運行，訂單供應緊張；河北金力、中興新材、滄州明珠、惠強新能源等第二、三梯隊隔膜公司的產(chǎn)量利用率也有明顯提升。
隔膜生產(chǎn)對設備穩(wěn)定性要求很高。隔膜設備停機時間越短越好，在不停止機器運轉(zhuǎn)的情況下，產(chǎn)品的合格率會越來越高。假如設備穩(wěn)定性較差，就會頻繁停機處理，導致隔膜的質(zhì)量和一致性得不到保證。國產(chǎn)隔膜設備最重要的問題就在于設備的穩(wěn)定性較差，這使得隔膜廠商的設備重要依賴于進口。
海外設備廠商不擴產(chǎn)，上游瓶頸明顯。隔膜設備市場相對小眾，重要的設備廠商僅有日本制鋼所、日本東芝、韓國明勝、德國布魯克納、法國伊索普等幾家。這幾大廠商基本沒有擴產(chǎn)計劃，且未來幾年的產(chǎn)量已經(jīng)與各家隔膜公司綁定。在下游電池需求大幅上升的情況下，未來2-3年隔膜產(chǎn)量將會成為整個產(chǎn)業(yè)鏈中的一大瓶頸。
負極：能耗約束帶來石墨化瓶頸
負極需求旺盛，主流廠商持續(xù)滿產(chǎn)。根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，2021年1-四月，重要負極公司產(chǎn)量利用率分別為99%/95%/106%/111%。行業(yè)產(chǎn)量已經(jīng)超負荷生產(chǎn)，部分廠家已經(jīng)開始依賴于外協(xié)代工新增產(chǎn)量。當前公司面對的不是訂單壓力，而是生產(chǎn)量力瓶頸，特別是石墨化產(chǎn)量。
石墨化瓶頸持續(xù)，預計2022年H1可以得到緩解。負極石墨化能耗較高，重要產(chǎn)量（約40%左右）分布在電價低廉的內(nèi)蒙古地區(qū)。由于內(nèi)蒙古能效雙控原因，今年石墨化產(chǎn)量受到很大影響。石墨化產(chǎn)量的擴建要一定周期，根據(jù)鑫欏鋰電數(shù)據(jù)，新增石墨化產(chǎn)量今年Q4將陸續(xù)上線，預計2022年上半年石墨化產(chǎn)量得到有效緩解。
1.3、資源約束、地緣政治，鋰或成為行業(yè)發(fā)展掣肘
2021年四月IEA出版的研究報告《關鍵礦物在清潔能源轉(zhuǎn)型中的用途》(TheRoleofCriticalMineralsinCleanEnergyTransitions)顯示，隨著各國逐漸向清潔能源邁進，電動汽車取代燃油車進程加速，2040年鋰的需求可能會比現(xiàn)在高出50倍，這意味著世界將面對鋰的嚴重短缺。
鑒于鋰資源區(qū)域分布不均以及控制權高度集中，鋰電市場會不可防止地受到價格波動、地緣政治的影響。
2021年二月二十五日，美國白宮官網(wǎng)發(fā)通告稱，拜登政府簽署了第14017號行政命令，將對四種產(chǎn)品的供應鏈展開為期一百天的審查，重要針對半導體芯片、電動汽車大容量電池、稀土礦產(chǎn)品和藥品領域。
六月八日，拜登政府公布了一份逾250頁的審查報告：“大容量電池行業(yè)：美國嚴重依賴從國外進口制造先進電池組的原料，這使美國面對供應鏈漏洞，威脅到依賴它們的關鍵技術和制造它們的勞動力的可用性和成本。到2030年，全球鋰離子電池市場預計將上升5到10倍，美國必須立即投資，擴大國內(nèi)高容量電池的安全、多樣化供應鏈，支持高薪、高質(zhì)量的工作，并自由公平地選擇加入工會和集體談判。這意味著要抓住一個關鍵的機會，新增國內(nèi)電池生產(chǎn)，同時投資擴大整個鋰離子電池供應鏈，包括電池生產(chǎn)中使用的關鍵礦物的采購和加工，一直到報廢電池的收集和回收?！?/p>
六月九日，美國參議院以68票贊成、32票反對，通過一項總額2,500億美元的《2021年美國創(chuàng)新及競爭法》。這項法案就是旨在提高美國科技，去面對我國的競爭力。美國強化與盟友之前的聯(lián)系，在鋰資源層面對我國進行限制恐成為現(xiàn)實，另外禁止我國供應鏈公司在外進行投資、擴張也會是美國的重要制裁手段。
我國鋰資源雖豐富，但受生產(chǎn)工藝的制約，資源品位較高的電池級碳酸鋰、高純碳酸鋰等還需從國外大量進口。我國優(yōu)質(zhì)的鋰資源與世界其他地區(qū)相比較少，考慮我國是鋰電中游產(chǎn)業(yè)鏈以及下游應用市場核心，因此要考慮資源掣肘。
1.3.1、鹽湖提鋰：未來新增鋰礦產(chǎn)量的重要主體
資源稟賦決定提鋰路線，我國鹽湖提鋰開發(fā)潛力巨大
據(jù)我國有色金屬工業(yè)協(xié)會鋰業(yè)分會統(tǒng)計，鋰資源儲量約為714萬噸（金屬鋰噸），其中青海地區(qū)的儲量占全國的43.4%，西藏地區(qū)的儲量占全國的31.1%，是占比最高的兩個地區(qū)。我國鋰資源重要以鹽湖鹵水形式存在，占比高達81.6%。因此在全球鋰電市場大跨步邁向TWh時代之際，加大我國鹽湖鋰資源的開發(fā)力度勢在必行，鹽湖提鋰也將構成未來我國甚至全球新增鋰礦產(chǎn)量的主體。
國內(nèi)外不同鹽湖鎂鋰比差異較大，各鹽湖往往是根據(jù)資源稟賦特點采取不同的技術路線。海外由于鋰鹽湖資源鎂鋰比低，攤曬條件優(yōu)越并且礦區(qū)周邊電力及運輸?shù)扰涮自O備齊全，因此多以鹽田濃縮沉淀法為主，包括SQM、南美SalardeAtacama、SalardeOlaroz等鹽湖均采用該技術。我國大部分鹽湖鹵水鎂鋰比高、鈉鋰比高、分離難度大，導致提鋰過程中開發(fā)成本高、開采環(huán)境惡劣、利用程度低、國外鹽湖提鋰技術在國內(nèi)也不適用，這些原因?qū)е挛覈壳胞}湖鋰產(chǎn)量小、提純技術不完善。
我國鹽湖提鋰產(chǎn)量概況：已建成8萬噸，規(guī)劃產(chǎn)量約12萬噸
經(jīng)過20年提鋰工藝的不斷探索，我國初步形成了三類可行的鹽湖提鋰路線，包括膜法（包括電滲析法和納濾膜分離法）、吸附法和溶劑萃取法。
吸附法是在低濃度的鹵水中可以將鋰分離出來，缺點是雜質(zhì)含量高，要進一步的除雜工藝。
目前國內(nèi)比較成熟的膜法提鋰工藝重要有電滲析法與納濾膜法，重要應用在具有高鎂鋰比的鹽湖。電滲析膜法重要應用于高濃度鹵水，低濃度體系不適用。
溶劑萃取法提鋰工藝的優(yōu)點是該技術適用于較高鎂鋰比鹽湖，鋰回收率能達到97%以上。萃取法應用的核心是萃取劑，但是由于萃取劑對管道腐蝕嚴重并且萃取劑對環(huán)境破壞較為嚴重，因此環(huán)境友好型是萃取劑迭代更新以及目前行業(yè)研究的重要方向，目前多數(shù)新型萃取劑仍處于研究階段。
四月九日，青海省政府召開專題會議，審議通過《行動方法編制工作方法》，五月八日編制《建設專家級鹽湖產(chǎn)業(yè)基地行動方法》，五月十五日順利通過省內(nèi)專家論證評審；五月二十日在北京召開專家論證會，獲評審通過。
1.3.2、鋰電回收：產(chǎn)業(yè)閉環(huán)與擺脫鋰約束的必然之選
動力鋰離子電池回收的必要性
在動力鋰離子電池日益劇增的回收再生需求面前，我國政府自2016年以來已公布10余條相關國家級政策，搭建20余項重點國家標準體系框架，并在今年兩會首次將“動力鋰離子電池回收”話題寫入政府工作報告。
構成鋰離子電池的成分和結構較為復雜，包括鋼/鋁殼、鋁集流體正極負載鈷酸鋰/磷酸鐵鋰/鎳鈷錳酸鋰等、銅/鎳/鋼集流體負載碳、聚烯烴多孔隔膜、六氟磷酸鋰/高氯酸鋰的碳酸二甲酯/碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯溶液等，假如不對已廢棄的鋰離子電池進行回收，會對自然環(huán)境造成嚴重影響，將回收后的鋰離子電池進行技術提取，很多材料可以得到二次利用。
未來，廢舊動力鋰離子電池回收將會形成一個十分龐大的市場。目前全球有關鋰和稀土資源供給（電池和電機的核心礦物資源），還是圍繞一次資源提取供給為主。根據(jù)IEA的報告，當下中鎳、鈷的回收率還可以，但鋰幾乎沒有回收能力（回收率＜1%）。我們可以預見進入TGWh時代后，鋰離子電池大規(guī)模退役，上游礦物資源缺口會引發(fā)龐大的回收浪潮。
鋰電回收工序復雜，濕法和火法是重要技術路線
鋰離子電池的詳細回收過程非常復雜，電池必須先進行預處理，包括放電、拆解、粉碎、分選，通常采用火法和濕法兩種技術路線：
（1）火法冶金回收?；鸱ㄒ苯鸩捎酶邷貭t將金屬氧化物成分還原為Co、Cu、Fe和Ni等合金。該方法成功實現(xiàn)了從LCO/石墨電池中優(yōu)先回收Co、Li2CO3和石墨，從LCO/LMO/NMC廢電池中優(yōu)先回收Li2CO3，從LMO/石墨電池中優(yōu)先回收Li2CO3和Mn3O4。
（2）濕法冶金回收。濕法冶金采用水溶液從正極中提取目標金屬，其中最常用的水溶液電解質(zhì)是H2SO4/H2O2體系。這種方法容易在室溫下進行，但可能出現(xiàn)大量廢水，要額外的廢水處理成本。但是該方法可實現(xiàn)Mn的單獨分離、高純度Co的提取以及Li與Co的高效分離。
目前火法冶金工藝重要應用在歐洲和北美，該工藝從正極機料中回收Co和Ni，從負極集電器中回收Cu，這僅占LIBs的重量的約30%，因此只能回收少數(shù)材料。濕法冶金工藝是國內(nèi)主流路線，回收重點在于價值最高的正極材料的回收。
火法冶金和濕法冶金回收工藝都很大程度上取決于設備中鈷的濃度高低。但是由于電動汽車電池中的越來越低的鈷含量，這些商業(yè)模式也可能越來越不適用。
動力鋰離子電池梯次利用與回收市場空間測算
我們對未來三元電池的金屬回收市場空間及磷酸鐵鋰離子電池的梯次利用與回收市場空間設計了測算模型。
有關三元電池，我們預測：2019年預計可回收三元正極0.13萬噸，隨后逐年遞增至2030年的29.25萬噸。
1）NCM333：隨著2014年安裝的NCM333三元電池于2019年開始退役，2019到2022年NCM333回收量逐步新增，2022年達峰值1.28萬噸，隨后由于NCM333的退出而逐步減少，至2026年回收量歸零；
2）NCM523：2016年開始進入市場的NCM523于2021年開始報廢回收，隨后回收量于23-28年穩(wěn)定在4-6萬噸之間，預計2030年上漲至10.78萬噸；
3）NCM622：2017年進入市場的NCM622于2022年開始報廢回收，回收量小幅上漲，直到28年上漲幅度新增，預計30年可回收6.03萬噸；
4）NCM811：2018年進入市場的NCM811于2023年開始報廢回收，預計30年可上升至12.44萬噸。預計30年可回收鋰2.09萬噸，鎳11.47萬噸，鈷2.80萬噸，錳3.23萬噸。
有關磷酸鐵鋰離子電池，我們預測：
1）2030年，報廢鐵鋰離子電池將達到31.33萬噸；
2）隨著梯次利用逐年上升，預計2030年可梯次利用的鐵鋰離子電池達109.93GWh，共25.06萬噸；其余6.27萬噸進行拆解回收，可回收鋰元素0.28萬噸；
3）2027年梯次利用的磷酸鐵鋰離子電池將在2030年達到報廢標準，此時拆解回收8.604萬噸，可回收鋰元素0.379萬噸。二者總計可以回收鋰元素0.65萬噸。
1.3.3、鈉電產(chǎn)業(yè)化初期，未來或成為重要備選路線
鈉資源豐度高，新生代鈉電池嶄露頭角
鋰在地殼中的含量較少，約占0.0065%且分布不均勻，70%的鋰資源集中分布在南美洲地區(qū)，而我國是全球鋰資源第一進口國，80%的鋰資源供應依賴進口。假如不對鋰離子電池進行回收提取二次利用，以現(xiàn)今鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展速度，幾十年后鋰離子電池行業(yè)將因鋰資源的缺少受到嚴重限制。
鈉與鋰處于主族，具有相似的物理化學屬性，但鈉在地殼中的含量非常豐富，而且鈉分布于世界各地，相比于鋰完全不受資源和地域的限制，所以鈉離子電池比起鋰離子電池有更多的優(yōu)勢。
2021年五月二十一日，寧德時代董事長曾毓群在股東大會上透露，將于2021年七月份左右公布鈉離子電池，再次引發(fā)市場對新型電池體系——鈉電的關注。
鈉電優(yōu)勢：成本低+儲量大+兼容鋰電設備
鈉離子電池的工作原理：與鋰離子電池的工作原理類似，鈉離子電池同樣是一種嵌脫式“搖椅”電池，充電時鈉離子從正極脫嵌進入負極，放電時鈉離子從負極進入正極，外電路電子從負極進入正極鈉離子被還原成鈉。
鈉離子電池的優(yōu)勢：
（1）安全性高：已經(jīng)通過了一些國標的測算。
（2）成本低儲量豐富：鈉的資源儲量豐富，鈉離子電池的配件比鋰離子電池便宜，鈉的化合物可作為電極材料，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半。
（3）兼容現(xiàn)有的鋰電設備：鈉離子電池的工作機制與鋰離子電池相同，電池公司的現(xiàn)有生產(chǎn)設備可以直接用來生產(chǎn)鈉離子電池。
（4）無過放電特性：鈉離子電池允許放電到0V，能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰離子電池相媲美，但是鈉電成本優(yōu)勢明顯，有望在大規(guī)模儲能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。
鈉離子電池與鋰離子電池差異：
（1）正極材料：這是鈉離子電池有別于鋰離子電池最大的地方。目前的正極材料重要有：鈉過渡金屬氧化物、鈉過渡金屬磷酸鹽、鈉過渡金屬硫酸鹽、鈉過渡金屬普魯士藍類化合物。
（2）負極材料：鋰離子電池重要負極材料是石墨，只有高功率負極材料會用到軟硬碳材料和鈦酸鋰等。鈉電負極是軟碳、硬碳、過渡金屬氧化物等，考慮負極材料的成本、穩(wěn)定性、循環(huán)性能等指標，最容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化仍然是碳材料，重要是軟硬碳。
（3）電解質(zhì)：鈉鹽+溶劑，除鈉鹽之外，溶劑與鋰離子電池差別不大，一般為碳酸酯。
（4）隔膜：與鋰離子電池相同。
（5）外形封裝：圓柱、軟包、方形，與鋰離子電池相同。
（6）制備工藝：與鋰離子電池基本相同。鈉離子電池商業(yè)化比較快的原因重要就是可以沿用鋰離子電池現(xiàn)成的設備、工藝。
（7）應用場景：除了高能量密度要求的手機、無人機、乘用車以外，鈉電有著非常廣泛的應用前景。如電動二輪車、電動三輪車、低速四輪車、家用儲能產(chǎn)品、數(shù)據(jù)中心、通信基站、新能源發(fā)電配套儲能、電網(wǎng)級儲能產(chǎn)品等。
鈉電產(chǎn)業(yè)化初期，中科海鈉領先全球
20世紀70年代，人們開始了有關鈉離子電池的研發(fā)。2011年，全球首家專注鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的英國FARADION公司成立后，鈉離子相關的研究迎來了全面式上升。
目前國內(nèi)外有近三十家公司對鈉離子電池進行產(chǎn)業(yè)化相關布局，重要包括英國FARADION公司、美國NatronEnergy公司、法國Tiamat公司、日本岸田化學、松下、三菱化學以及中科海鈉（中科院物理所背景）、鈉創(chuàng)新能源（上海交大背景）、星空鈉電（國內(nèi)外合作）等，此外電池巨頭寧德時代也早早布局了鈉電的研發(fā)。
在鈉電體系的研發(fā)應用層面，國內(nèi)代表公司中科海鈉處于國際領先地位。中科海鈉成立于2017年，依托于我國科學院物理研究所的技術，目前在技術開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)上都已初具規(guī)模。公司研發(fā)的鈉離子電池的能量密度已達到120Wh/kg，是鉛酸電池的3倍左右，并于2018年公布了全球首輛使用鈉離子電池驅(qū)動的低速電動汽車，于2019年建立了首座鈉離子電池儲能電站。
中科海鈉曾于2021年三月宣布完成億元級A輪融資，投資方為梧桐樹資本，融資將用于搭建年產(chǎn)量2000噸的鈉離子電池正、負極材料生產(chǎn)線。公司目前部分鈉離子電池體的產(chǎn)品處于產(chǎn)業(yè)化前期，但產(chǎn)品性能、成本控制以及適配應用場景有待進一步檢驗。
鈉電補充了現(xiàn)有技術路線，未來鋰電/鈉電將是互補格局
鈉離子電池的出現(xiàn)是現(xiàn)有鋰離子電池技術的補充，目前鈉離子電池的能量密度可以做到150Wh/kg上下，與磷酸鐵鋰離子電池、錳酸鋰離子電池接近，循環(huán)壽命可以做到3000~6000次，與磷酸鐵鋰相當，優(yōu)于錳酸鋰和三元材料，熱穩(wěn)定性和安全性與磷酸鐵鋰基本相當。
成本方面，以中科海鈉數(shù)據(jù)為例，按照等容量軟包電池成本分析，鈉離子電池BOM理論成本比鋰離子電池低30%。但現(xiàn)階段，與鐵鋰等成熟鋰離子電池相比，鈉離子電池體系由于工藝不成熟、研發(fā)設備攤銷大以及產(chǎn)品一致性等問題，造成生產(chǎn)成本難以控制，BOM成本優(yōu)勢難以發(fā)揮，鈉電的性能和價格均處于劣勢。目前鈉離子電池也尚無統(tǒng)一的標準體系及第三方檢測認證機構，性能參數(shù)要長期且具體的測試數(shù)據(jù)來驗證甄別。
鈉離子電池目前處于產(chǎn)業(yè)化初期，短時間內(nèi)難以與鋰離子電池直接抗衡，更可能承擔補充/備選角色，其應用場景更可能是非鋰離子電池主流應用領域，如低速電動汽車、部分儲能、工程機械、基站通信備用電源等領域。因此，在產(chǎn)業(yè)鏈的完善、產(chǎn)品系列的豐富、性能的成熟、標準的制定、市場的認可等方面，鈉離子電池仍然有很長的路要走。目前，CATL的加入以及雙碳目標的制訂，可以大大加速這個過程，我們預計在更遠的未來，鋰電/鈉電將可能成為互補格局。
2、動力鋰離子電池材料及結構創(chuàng)新未來展望
鋰離子電池重要由正極、負極、電解液和隔膜構成，目前廣泛應用的正極材料選用Fe、Ni、Co、Mn等金屬氧化合物；負極選用石墨、硅碳等；電解液選用六氟磷酸鋰的有機溶劑；隔膜是聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）高分子膜。
動力鋰離子電池技術的更迭在于原材料體系的性能優(yōu)化以及封裝工藝的改良，因此，材料和結構創(chuàng)新是動力鋰離子電池行業(yè)的兩條優(yōu)選賽道，也是降本的必由之路。
（1）我國動力鋰離子電池技術創(chuàng)新已從政策驅(qū)動向市場驅(qū)動型；
（2）電池材料創(chuàng)新重要平衡能量密度、壽命、快充、安全、成本等指標；
（3）電池系統(tǒng)結構創(chuàng)新已成為近年來技術創(chuàng)新的鮮明特點。
2.1、正極：高鎳三元、磷酸鐵鋰路線將長期并行
動力鋰離子電池中正極材料占整個電池成本的40%以上，且在當前的技術條件下，整體電池的能量密度提升重要取決于正極材料的優(yōu)劣，因此，正極材料是鋰離子電池研究和開發(fā)的重中之重。在設計和選取鋰離子電池正極材料時，要綜合考慮比能量、循環(huán)性能、安全性以及成本等因素。
根據(jù)不同的材料體系，常見的正極材料可分為鎳鈷錳酸鋰（NCM）、磷酸鐵鋰（LFP）、鈷酸鋰（LCO）、鎳鈷鋁酸鋰（NCA），以及新型材料如無鈷正極、四元正極材料等。各類正極材料的性能有差異，目前磷酸鐵鋰和三元是電動汽車行業(yè)的兩大主流電池技術路線，也是裝車數(shù)量最多的兩類動力鋰離子電池。
2.1.1、安全+成本優(yōu)勢明顯，結構創(chuàng)新推動磷酸鐵鋰應用擴大
基于LiFePO4正極的鋰離子電池充電時，鋰離子經(jīng)由電解液進入負極，F(xiàn)e2+氧化成Fe3+，放電時則相反。本質(zhì)上就是LiFePO4與FePO4的相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中兩種物相晶胞參數(shù)的差距并不大，體積變化率也很低，這種微量的變化確保了結構的穩(wěn)定性，同時也保證了LiFePO4電池的安全性。
磷酸鐵鋰在安全性、循環(huán)壽命及成本優(yōu)勢明顯。磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子電池正極材料，不含任何對人體有害的重金屬元素。
相較于鎳鈷錳化合物，磷酸鐵鋰的分子結構穩(wěn)定性較好，具有更高的分解溫度，循環(huán)性能優(yōu)勢明顯，三元鋰離子電池循環(huán)壽命在1500-2000次左右，而磷酸鐵鋰在100%DOD條件下，可充放電3000次以上，倍率型電池的循環(huán)甚至可達上萬圈。
成本方面，鐵和磷都是平價且資源豐度高的化學元素，其開采和提煉成本遠沒有高鎳三元正極高，和三元電池相比，磷酸鐵鋰離子電池的正極成本和電芯成本分別約低55%和22%。
磷酸鐵鋰和三元材料的元素屬性決定了他們有各自的領域。從結構本質(zhì)上講，磷酸鐵鋰的優(yōu)勢在于：結構穩(wěn)定、充放電循環(huán)壽命較長，但同時也存在能量密度低，充放電效率低，低溫表現(xiàn)不佳的問題。相應的，三元的能量密度高、充放電效率高，但同時也不耐高溫。因此，在新能源汽車動力鋰離子電池領域，兩種電池都有各自合適的定位和市場，不會出現(xiàn)一方替代另一方的現(xiàn)象。
磷酸鐵鋰或?qū)⒅鲗磥砥絻r代步車、運營車、商用車市場。我們認為針對中高端車型及主打差異化、品牌化的車型，優(yōu)選具有大容量、高能量密度、快充效率更高的三元鋰離子電池；而針對平價代步車、運營車、商用車等對電池能量密度要求相對較低，對安全性要求較高的車型，市場會優(yōu)選具有壽命、成本、安全性優(yōu)勢明顯的磷酸鐵鋰離子電池。在未來的商用電動汽車市場，鐵鋰有望維持主導地位。當然，鋰電結構創(chuàng)新如CTP或刀片電池技術使磷酸鐵鋰離子電池提升了體積能量密度，使其應用空間逐漸擴大，同時儲能的推廣也有效的新增了磷酸鐵鋰的應用場景。
磷酸鐵鋰的技術與成本差異使得應用場景格局清晰。當前磷酸鐵鋰制備工藝重要可分為液相法和固相法：
液相法工藝（自熱蒸發(fā)液相合成法）：原材料重要有鐵源、鋰源、磷源等。其中鋰源、磷源為外購；鐵源分為外購鐵源和自制鐵源取得。液相法重要為德方納米所采用，具有循環(huán)性能好、成本低、安全性好的優(yōu)點，適用于儲能等場景。
固相法是當前技術最成熟、商業(yè)化運用最廣泛的一種方法。一般使用草酸亞鐵、氧化鐵、硝酸鐵、磷酸鐵作為鐵源，使用碳酸鋰、氫氧化鋰等作為鋰源，使用磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸等作為磷源。固相法不要復雜的設備及工藝，且方法運動條件容易控制，適合用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
鈦白粉及化工公司陸續(xù)加大磷酸鐵鋰新產(chǎn)量布局，磷酸鐵前驅(qū)體的新進入者有望通過化工一體化塑造成本壁壘。鈦白粉化工公司配套制造磷酸鐵鋰，可以消納鈦白粉生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的廢酸、硫酸亞鐵等副產(chǎn)品，此外硫酸亞鐵可以為磷酸鐵鋰帶來鐵源，大大節(jié)省綜合成本。因此部分化工公司如中核鈦白、龍蟒佰利、安納達等利用自身循環(huán)和一體化的優(yōu)勢，近期也紛紛跨界入局磷酸鐵鋰的投建。
不同的磷酸鐵公司技術路線和成本控制存在差異，從成本端而言，磷化工公司優(yōu)于鈦白粉公司優(yōu)于純磷酸鐵鋰加工公司。
2.1.2、高能量密度電池的實現(xiàn)最終取決于高鎳三元正極的發(fā)展
NCM（Li(NixCoyMnz)O2）三元材料是由LiNiO2改性而來，由于Ni、Co和Mn之間存在明顯的協(xié)同效應，因此NCM的性能好于單一組分的層狀正極材料，三種元素對材料電化學性能的影響不同。
當三元材料中添加的Ni含量大于50%為高鎳三元材料，如NCM622、NCM811和NCA（LiNixCoyAlzO2，x+y+z=1，x≥60%）具有較高的實際比容量（≥180mAh/g）以及高的工作電位（~3.8Vvs.Li+/Li），是現(xiàn)今多款新能源車型的所搭載的電池類型。
為了提高與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的競爭力，電動汽車電池的電池級能量密度要達到350Wh/kg以上，一次充電后的行駛里程超過800公里。這一目標的實現(xiàn)很大程度上取決于未來Ni含量≥90%的高鎳三元材料的發(fā)展。
2.1.3、高鎳三元正極材料改性技術總結
目前高鎳三元正極材料仍然面對著表面殘鋰、產(chǎn)氣、巖鹽相形成、微裂紋、金屬離子溶解和熱失控等問題，并且隨鎳含量的新增逐漸惡化，這些問題同時也是降低電池熱穩(wěn)定性和電化學性能，導致電動汽車熱失控和容量衰減的重要元兇。比如正極中的鋰化合物(重要是氫氧化物和碳酸鹽)殘余，是由于合成過程中過量使用LiOH，這會導致聚偏二氟乙烯粘結劑在電極制備過程中發(fā)生凝膠化而失效，碳酸鹽的分解也會析出O2和CO2，導致電池膨脹過熱。
為了解決這些問題，各大高校及研究所陸續(xù)推出了多種改性策略，重要包括表面包覆、摻雜、濃度梯度設計和一次粒子工程。
表面包覆：即為正極材料供應一個惰性保護涂層。常用的包覆涂層有Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2等金屬氧化物、金屬磷酸鹽和金屬氟化物、聚合物等，能夠隔絕主體材料和電解液的接觸，減少正極和電解液之間副反應，抑制過渡金屬向電解液溶解，從而改善循環(huán)穩(wěn)定性。
與非活性涂層材料相比，Li+/電子導電涂層更加有利于電荷轉(zhuǎn)移和獲得高速率性能。比如相較于Al2O3，使用相同量的Li+導電的LiAlO2所涂敷的NCM622明顯提高了倍率性能，降低了過電位。
離子摻雜：用離子半徑相近的惰性陽離子替換材料中的電化學活性陽離子，通過提高晶格能，來提升材料的結構穩(wěn)定性。例如，摻雜鈷替換鎳，可減少鋰離子混排，提高晶體結構的穩(wěn)定性；摻雜錳或鋁可顯著提高結構的熱力學穩(wěn)定性。其改善機理為：
（1）將電化學不活潑的元素引入主體結構；
（2）防止由層狀結構向巖鹽狀結構的轉(zhuǎn)變；
（3）摻雜劑擴大了層狀材料層間的晶面間距，促進鋰離子的輸運用途。
由蜂巢能源開發(fā)的四元正極材料，就是在NCM體系的基礎上摻雜Mx，使一次顆粒之間的邊界強度新增，在有害相轉(zhuǎn)變過程中減少微隙的形成。使其循環(huán)性能優(yōu)于NCM811材料，同時也具備耐熱性能更好、產(chǎn)氣少、安全性能更高的特點。使得動力鋰離子電池容量高、壽命長、安全性好。
濃度梯度設計：典型的濃度梯度材料是指Ni含量由內(nèi)到外逐漸降低，Mn含量逐漸新增。依據(jù)加料方式的不同，可設計出具有不同比例的濃度梯度材料，這種材料的二次顆粒在徑向上呈發(fā)射狀排列，有利于鋰離子的擴散，因此具有十分優(yōu)異的電化學性能。
濃度梯度設計高鎳層狀氧化物顆粒材料雖然具有優(yōu)異的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性，但至今仍未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，這與以下難點有關：
（1）由于各共沉淀參數(shù)難以精確控制，性能一致性不是很理想。
（2）不同成分高鎳層狀氧化物要不同的煅燒溫度才能獲得理想的電化學性能。
（3）過量梯度夾雜不可防止會限制整個材料中的Ni含量，從而限制了能量密度。
（4）表面Mn含量高的顆粒會受到Mn溶解問題的困擾。
一次粒子工程：優(yōu)化一次粒子(重塑/重排/單晶化)可以抵抗重復循環(huán)過程中的機械應變，還能改善多晶粒子的電荷均勻性。在NCM90505的晶粒間引入B作為膠納米填料，通過減小各向異性取向晶粒之間的間隙，來提高二次粒子的機械強度和導電性，并通過抑制相變來實現(xiàn)結構和熱穩(wěn)定性的改善。
未來高性能的高鎳三元正極材料設計思路：多種改性策略相結合
隨著對電池能量密度需求的日漸上升，NCM三元材料向著高鎳化和高電壓方向發(fā)展，但高鎳三元材料容易出現(xiàn)陽離子混排的現(xiàn)象，且在充放電過程中易相變，在高電壓的用途下會加劇材料結構的變化，有關電池的安全使用帶來很大的隱患。
未來要篩選出最合適的涂層材料和摻雜劑，對高鎳三元材料進行摻雜和包覆，以改善材料的內(nèi)部結構和表面結構穩(wěn)定性?；诩骖櫮芰棵芏燃鞍踩阅艿目剂?，有關三元材料常采用核殼結構設計或全梯度設計。因此，為了促進高鎳三元正極材料的大規(guī)模安全和高效應用，要將兩種或兩種以上具有協(xié)同效應的策略相結合。
2.2、負極：解決硅碳負極體積膨脹問題是產(chǎn)業(yè)化關鍵
負極材料重要分為碳材料和非碳材料兩類，常見碳類負極材料又可以分為石墨類和非石墨類。目前已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)的負極材料重要有層狀結構的炭材料(包括人造石墨、天然石墨、中間相碳微球、軟碳及硬碳等)、合金類材料(硅基和錫基類材料等)和鈦酸鋰材料等。
2.2.1、石墨負性能接近理論值，新型硅碳負極產(chǎn)業(yè)化蓄勢待發(fā)
據(jù)正略咨詢，石墨負極作為當前主流負極材料，其理論比容量上限為372mAh/g，而部分頭部公司的產(chǎn)品比容量即有365mAh/g，可見石墨性能已達理論上限。硅基負極質(zhì)量比容量高達4200mAh/g，是石墨的近12倍，可大幅度新增電池容量；硅負極的電化學嵌鋰電位才0.4V，可抑制鋰枝晶析出。因此，硅碳負極將硅與石墨復合制備，被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負極材料。
然而，硅碳材料在實際應用過程中也存在較多難點，阻礙著硅碳負極的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化進程，問題根源在于硅的體積膨脹效應，硅在滿嵌鋰后體積膨脹率達320%，巨大的體積變化會導致三大問題：
（1）顆粒粉化失效：硅顆粒在反復脫嵌鋰過程中，會由于承受不了體積形變帶來的巨大應力而導致自身顆粒的粉化而失效，導致熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性下降。
（2）容量迅速衰減：巨大的體積形變使得硅顆粒之間或者顆粒與集流體之間失去電接觸，導致活性物質(zhì)直接從集流體上脫落，致使容量迅速衰減。
（3）新增極化，惡化循環(huán)：體積形變造成硅表面的SEI膜處于破壞—重構的動態(tài)過程中，會造成持續(xù)的電解液和活性鋰消耗，同時也會新增電池的極化，惡化循環(huán)性能。
2.2.2、硅碳負極體積膨脹的改良策略
高校與公司近幾年也致力于硅碳負極的改良，目前重要的改進策略有三種，分別為：制備不同維度的納米化硅再與碳材料復合、對負極進行預鋰化、改良導電添加劑和粘結劑。
納米化：研究表明，硅顆粒尺寸越小，電池循環(huán)性能越好。硅納米顆粒在鋰離子電池應用中的臨界粒徑為150nm，粒徑＞150nm的硅顆粒在鋰離子電池循環(huán)中容易出現(xiàn)斷裂，因此把硅制備成納米球/線，再與碳材料復合，可以在體積膨脹過程中更好地釋放應力，防止自身結構坍塌，從而保持電極的殼容量，提升電池的循環(huán)性能。
預鋰化：預鋰化有關首次充放電效率提升明顯，通過溶液法或電化學的方法預先對SiO負極材料嵌鋰，使金屬鋰預先進入SiO與O反應形成硅酸鋰，使得在首次充放電時O不再消耗鋰離子。
事實上“摻硅補鋰技術、預鋰化技術”也正在被越來越多的公司引入。年初蔚來公布的150kWh電池包，正極使用納米包覆超高鎳正極，負極使用“無機預鋰化硅碳負極技術”，同時搭載半固態(tài)電解質(zhì)，單體能量密度可達350Wh/kg。
粘結劑改良：粘結劑在電極中的含量非常少(1.5%~3%)，成本約占電池總成本的1%~3%，但其用途卻不可替代。粘結劑將活性物質(zhì)、導電劑與集流體粘結在一起，以縮短鋰離子傳輸途徑，穩(wěn)定電極材料的結構。新型的硅負極粘結劑可從化學鍵連層面改良硅碳結構的穩(wěn)定性，通過化學鍵等強鍵合用途連接分子鏈段、減少膨脹，在充放電過程中保證電極結構的完整性和良好的電接觸。
2021年四月九日，中科院寧波材料所突破了石墨烯復合硅碳負極材料規(guī)模化制備技術，將SiOx和石墨烯漿料在液相體系混合均勻，以瀝青作為添加劑，通過噴霧干燥、高溫熱處理和化學氣相沉積等工藝，制備了類球形碳封裝硅氧化物復合負極材料SGC，并基于該高性能的石墨烯復合硅碳負極材料，進一步研制出能量密度達350-400Wh/kg的系列新型高能量密度鋰離子電池，并與寶能集團旗下昆山聚創(chuàng)新能源科技有限公司共同研發(fā)并實現(xiàn)了310Wh/kg動力鋰離子電池裝車應用示范。
在未來，假如單體電芯要突破400Wh/kg，電池廠商還需著眼于鋰金屬負極型的電池體系，鋰金屬負極具有3860mAh/g的比容量，以其所匹配的Li-S和Li-空氣電池比能量高達650Wh/kg和950Wh/kg，這也意味著整個商用電池制作工藝的更迭與精進。
2.3、電解液：鋰鹽待革新，固態(tài)電解質(zhì)序幕拉開
目前商業(yè)化鋰離子電池的電解液一般由碳酸酯類有機溶劑（EC）、鋰鹽六氟磷酸鋰（LiPF6）以及少量多功能添加劑組成，通常也會加入低粘度的DMC、DEC等作為共溶劑，以提高鋰離子遷移速率。電解液是鋰離子遷移和電荷傳遞的介質(zhì)，其指標直接決定了鋰離子電池的能量密度、倍率性能、循環(huán)壽命、安全性等性能。
2.3.1、雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LiFSI）：下一代溶質(zhì)鋰鹽
鋰鹽是電解液體系的重要成本來源，目前LiPF6是商業(yè)化應用最為廣泛的鋰離子電池溶質(zhì)鋰鹽，然而在使用過程中，LiPF6也存在熱穩(wěn)定性較差、易水解等問題。新型電解液溶質(zhì)鋰鹽LiFSI具有遠好于LiPF6的物化性能：
（1）更好的熱穩(wěn)定性：LiFSI熔點為145℃，分解溫度高于200℃。
（2）與硅負極相容性更好：傳統(tǒng)的LiPF6電解液會出現(xiàn)HF與SEI膜發(fā)生氟化反應，導致表面膜成分之一的LiO2消失，使電池長程循環(huán)性能較差。LiFSI不僅不會破壞負極SEI膜，相反還會促進膜成分之一的Li4SiO4生成從而提升電池電化學性能。
（3）更優(yōu)的熱力學穩(wěn)定性：LiFSI電解液與SEI膜的兩種重要成分有很好的相容性，只會在160℃時與其部分成分發(fā)生置換反應。
因此，雖然目前LiFSI由于制備困難、成本高昂（其目前價格近50萬元/噸，約為LiPF6價格的五倍）等原因只能作為副鹽添入LiPF6中，但在未來LiFSI可能成為改善LiPF6缺陷的最佳替代品，符合高性能電解液的發(fā)展趨勢。
經(jīng)過近十年快速發(fā)展，目前液態(tài)鋰離子電池已經(jīng)成為全球車用動力鋰離子電池首選，并在成本和能量密度上實現(xiàn)了大幅度改善，十年來能量密度提升了近3倍，價格下降了85%，達到了目前能效和經(jīng)濟性的最佳狀態(tài)。在市場應用方面，液態(tài)電池是目前最具經(jīng)濟性的選擇，市面上電解液產(chǎn)品規(guī)?；慨a(chǎn)的程度之高可見一斑。
2.3.2、固態(tài)電解質(zhì)：實現(xiàn)超高能量密度鋰離子電池的必經(jīng)之路
依靠現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池體系，2025年后電池能量密度難以達到國家要求的400Wh/kg以上，更不用說2030年達到500Wh/kg了。近年來電動汽車自燃事故頻發(fā)，其重要原因也是液態(tài)電解質(zhì)過熱被點燃，最終導致電池起火。因此，開發(fā)高效的固態(tài)電解質(zhì)是超安全、超高能量密度鋰離子電池的必經(jīng)之路。
固態(tài)電解質(zhì)的工作電壓能夠達到5V，而電解液只能在4V上下徘徊，這之間就是理論最大20%的差異。電壓上限的突破是固態(tài)電池能量密度大幅提升的基礎，固態(tài)電解質(zhì)“濃縮”之后取代電解液和隔膜、可與金屬鋰負極結合提升鋰容量，實現(xiàn)理論上重量能量密度的500Wh/kg，體積能量密度最大1000Wh/L，循環(huán)壽命更長（＞5000次），最終達到1000km起步續(xù)航水平。
搶占下一代電池技術高地刻不容緩，車企電池廠加快固態(tài)電池布局
早在2018年六月，大眾與QS就宣布成立合資公司QSVOperationsLLC，雙方各持股50%，期望實現(xiàn)QS固態(tài)電池的商業(yè)化生產(chǎn)，預計2025年量產(chǎn)。
2019年一眾電池廠如國軒高科、清陶新能源、贛鋒鋰業(yè)就建立了半固態(tài)電池小規(guī)模的試生產(chǎn)線。
2020年十二月蜂巢能源在電池日上對外公布了一款匹配無鈷正極的“自愈合阻燃果凍電池”，電池內(nèi)引入低比例的固態(tài)電解質(zhì)，目前量產(chǎn)推進已取得一定成果。
2021年一月九日，蔚來在NioDay上公布電池包載能量150kWh的固態(tài)電池，能量密度可達360kWh/kg，續(xù)航超過1000km，并宣稱將于2022年量產(chǎn)。
2021年三月十五日，大眾汽車在其首屆“PowerDay”上表示，未來汽車動力鋰離子電池的最終形態(tài)將是固態(tài)電池。
2021年四月九日，贛鋒鋰業(yè)宣布擬投資22億元建設高比能固態(tài)電池超薄鋰負極材料項目。
2021年四月十四日，蜂巢能源與中科院共建固態(tài)電池技術研究中心，二十八日公司與安徽馬鞍山市簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，將投資110億元建設動力鋰離子電池電芯及PACK生產(chǎn)研發(fā)基地，規(guī)劃年產(chǎn)量28GWh。
車企、電池廠商以及原材料供應商、科研機構等，紛紛下場開始布局固態(tài)電池市場和技術領域，固態(tài)電池的大幕已經(jīng)開啟。
2.3.3、技術+成本雙重制約，固態(tài)電解質(zhì)量產(chǎn)仍需時間
不管是高校科研院還是主流電池公司，有關固態(tài)電池的理論研究仍處于初級階段，固態(tài)電解質(zhì)距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化還有三大技術難關要攻克：
（1）金屬枝晶問題。不均勻沉積的鋰枝晶會刺穿固體電解質(zhì)層，進而造成電池短路。
（2）界面穩(wěn)定性問題。電極/電解質(zhì)界面處的組成和結構與材料體相有較大差別，離子阻塞或電子導電的界面產(chǎn)物會對固態(tài)電池的性能出現(xiàn)不利影響。
（3）物理接觸問題。固態(tài)電池體系最大的缺點就是離子的傳輸強烈依賴于固體顆粒的致密接觸。而這些點接觸對電化學循環(huán)過程中出現(xiàn)的應力非常敏感，應力會導致裂縫的出現(xiàn)，引起界面接觸不良。
從工藝成本上看，固態(tài)電解質(zhì)從合成到致密化再到集成各個環(huán)節(jié)仍處于研發(fā)初期，規(guī)?；慨a(chǎn)耗費巨大。
（1）合成
固相法是合成無機固體電解質(zhì)最常用的方法，但其要高溫，耗能較大，而且高溫下鋰鹽揮發(fā)嚴重，且材料與坩堝之間可能會有副反應。
機械化學法可用來合成無定形和玻璃陶瓷材料。盡管機械球磨法在工業(yè)上已經(jīng)有應用，但其規(guī)模化應用時的安全性和能量消耗還存在爭議，過程參數(shù)與產(chǎn)品性能之間的關系仍然只是相關相關經(jīng)驗性的。
（2）致密化
固態(tài)電解質(zhì)粉末要處理成高深寬比的膜或片，通過煅燒母胚、干粉熱壓或冷壓，完成電解質(zhì)粉末的致密化，獲得特定的微結構。軟的材料如硫化物和硼氫化物在這方面有優(yōu)勢，其可以在低溫下完成致密化過程。放電等離子體燒結也是一種潛在的方法，其可以對材料的微結構進行精確控制，但其成本仍過高。
（3）集成
薄膜法是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化制備完整固態(tài)電池的方法。盡管其能夠?qū)崿F(xiàn)高致密度和良好的界面接觸，但是在規(guī)模化制備大容量固態(tài)電池時仍然面對成本高昂的問題。
在技術和成本雙重制約下，我們預計固態(tài)電池從實驗室走向批量產(chǎn)業(yè)化還需5-10年時間，其發(fā)展路徑是：電解質(zhì)從液態(tài)、半固態(tài)（凝膠）、固液混合到固態(tài)，最后到全固態(tài)。
2.4、隔膜：濕法、干法可擁有各自應用場景
鋰離子電池中隔膜的用途是隔離正負極、防止短路、吸收電解液、導通鋰離子，并阻隔電子，成本占動力鋰離子電池組總成本的7%，其性能直接影響電池的壽命、容量和安全性。
有關高性能的鋰電隔膜，一般有以下要求：孔徑分布均勻，能有效阻止活性物質(zhì)的穿梭流失；對電解液有一定的親和性且在電解液中保持界面穩(wěn)定；有較好的機械強度(抗拉強度和穿刺強度)；具有良好的熱穩(wěn)定性。
2.4.1、技術難+成本高+性能優(yōu)，濕法涂覆主導三元市場
根據(jù)隔膜微孔的成孔機理不同，市場上主流的鋰離子電池隔膜生產(chǎn)工藝重要分為干法(熔融拉伸工藝)和濕法(熱致相分離工藝)兩大類。國內(nèi)動力和儲能電池重要采用PP隔膜，3C電池重要采用PE隔膜。
濕法工藝技術壁壘高，流程復雜，生產(chǎn)周期長，投資大。干法是將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結晶性聚合物薄膜，經(jīng)過結晶化處理、退火后，得到高度取向的多層結構，在高溫下進一步拉伸定型，其工藝相對簡單、附加值高。而有關濕法技術，其核心在于漿料配方，漿料在隔膜涂覆中成本占比也較大為65%，完成配比后還要經(jīng)過雙向拉伸以及二次收卷等復雜工藝，有關設備和精度要求高，前期投資巨大。
濕法涂覆隔膜綜合性能更優(yōu)良。相較于采用干法工藝的產(chǎn)品，濕法隔膜具有更好的孔隙結構一致性、更強的拉伸強度和抗穿刺強度等優(yōu)勢，并且厚度更薄、更均勻。當鋰離子電池溫度逐漸升高，超過聚烯烴隔膜的使用溫度，隔膜會依次經(jīng)過收縮、閉孔、熔融3個階段。濕法隔膜采用表面涂覆無機材料、耐熱高分子材料或兩者配合物的方法進行表面改性，使隔膜在達到聚烯烴軟化溫度后仍保持原有形狀，防止短路現(xiàn)象發(fā)生，提升電池安全性。
恩捷股份的濕法雙拉成型技術，就是對隔膜縱向預拉伸后再雙向拉伸擴孔，接著采用納米氧化鋁與水合氧化鋁的漿料對PE微孔膜進行涂覆，從而提高了隔膜在高溫下的尺寸穩(wěn)定性。得到的隔膜厚度為15pm，透氣率為175s/100mL，在120℃條件下可以保持1h的收縮率小于1.5%。
2.4.2、干法具成本優(yōu)勢，受益磷酸鐵鋰需求回暖
濕法隔膜在重視能量密度的三元電池領域應用廣泛，而干法隔膜重要應用于大型磷酸鐵鋰動力鋰離子電池中，近兩年，國內(nèi)電動兩輪車、商用車、儲能等下游市場的鋰電需求快速上升，磷酸鐵鋰離子電池復蘇，占比提升，帶動了干法隔膜出貨量的顯著新增。
相較于濕法隔膜，干法隔膜抗穿刺強度較高，工序簡單，污染小，固定資產(chǎn)投入比濕法小，綜合成本較低。因此，在對成本要求低、能量密度要求低（如儲能領域）、對倍率性能要求高（例如混動車型）的電池中應用更為廣泛，隨著磷酸鐵鋰離子電池需求回暖和儲能市場的強勁上升，干法隔膜的需求有望持續(xù)上升。
2.4.3、固態(tài)電池技術成熟后會不可防止地沖擊隔膜產(chǎn)業(yè)
在全固態(tài)電池中，正極材料、負極材料、隔膜、電解液這四大原材料，將變成正極材料、負極材料、固態(tài)電解質(zhì)三大原材料。固態(tài)電解質(zhì)將全面替代電解液與隔膜，有望縮短正負極之間的距離，大大降低電池厚度。而全固態(tài)電解質(zhì)也將防止高電壓充能時發(fā)生的電解液氧化現(xiàn)象，更易提升電池的能量密度，簡化封裝，最終全面改變動力鋰離子電池行業(yè)的格局。
固態(tài)電池技術的開發(fā)目前仍處于早期階段：成本高、產(chǎn)量小、關節(jié)節(jié)點突破較慢，距離真正的全面商業(yè)化還相去甚遠。目前固態(tài)電池行業(yè)國際公認技術領先的豐田集團正大力投入的固態(tài)電池技術，預計最早也需等到2024年才能實裝到量產(chǎn)汽車上。
隔膜行業(yè)本身還有工藝突破帶來改變的可能性，因此，我們認為現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池及其升級改進仍是未來5-10年的重要技術路線，但是更遠的10-20年后，固態(tài)電池技術慢慢成熟，會不可防止地對隔膜及電解液行業(yè)造成沖擊。
2.5、前驅(qū)體：決定正極材料性能的關鍵材料
2.5.1、三元正極60%的技術含量在于前驅(qū)體工藝
前驅(qū)體對三元材料的生產(chǎn)至關重要，三元正極60%的技術含量在于前驅(qū)體工藝，前驅(qū)體的品質(zhì)(形貌、粒徑、粒徑分布、比表面積、雜質(zhì)含量、振實密度等)直接決定了最后燒結的正極產(chǎn)物的理化指標。
NCM和NCA前驅(qū)體的制備以硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳、氫氧化鈉（鋁）為原料，在氮氣保護下，在氨水和堿溶液中發(fā)生鹽堿中和反應，得到鎳鈷錳（
