能源结构转型下的锂电池材料发展趋势

前 言

双碳目标下，中国能源结构转型正在加速。提升能源使用效率，推动能源革命，追求“无限能源”。因此，如何可持续、低成本、大规模地获取和使用更多能源，提升能源使用效率，推动能源革命，既是国家双碳目标达成过程中需要解决的关键问题，也是提升“信能比”核心两面中的关键一面。

新材料的研发与应用，是通过第二条路径提升“信能比”的关键环节。发展新材料，使用新材料，是突破能源使用效率的底层基础，也是我国摆脱关键材料与技术封锁的重要途径。目标“无限能源”的能源革命势必将是未来人类科学技术发展的百年大计，新能源领域的新材料正在迎来长久的高景气周期，充满无限想象空间。

一、新能源汽车与储能应用为锂电池长期需求筑基，锂电池仍是未来中长期的主流选择

储能与新能源汽车迸发超级需求，储能/动力电池前景广阔。对比其他常见二次电池，锂离子电池综合性能仍具备比较优势。

p 虽然补贴正在退坡，但得益于续航里程的不断突破，以及驾乘体验的稳定进步，新能源汽车的渗透率不断增长，动力电池装机量大增。储能方面，风力发电与光伏发电的建设如火如荼，总发电量不断增长，但风光发电因其间歇性、周期性以及随机性的特点，会对电网整体的安全性和供电稳定性造成威胁，因此需要配备储能系统，以解决电力的就地存储，在国家层面提升绿色能源占比。

p 相较此前常见的可充电电电池，锂离子电池有着工作电压高、能量密度大、循环寿命长、可高功率放电等性能特点。电池充电时，正极材料中的锂脱出来，穿过隔膜进入到负极石墨中；电池放电时，锂离子又从负极石墨中脱出来，穿过隔膜回到正极材料中。

p 从材料成本上看，当前锂电池的正极材料占比最高，但随着2023Q1的碳酸锂价格下跌，正极材料成本占比有所下降。

二、市场需求与锂电池的发展，推动动力电池的技术发展路线

材料与化学体系的持续更新迭代，向“高能量密度”与“高性价比”发力。

p 新能源汽车等下游市场需求的放量增长，对电池的能量密度与量产价格提出了高要求，而若想满足不断精进的市场需求，需要电池厂商和上游原材料厂商在材料体系和电池结构等方面做出针对性的革新。

p 高能量密度代表着未来的发展方向，而高性价比意味着更快的商业化进度。

随着下游应用面不断开拓，市场对锂电池不断提出新的要求。

p 随着锂电在新能源汽车动力电池、风光储能电池方面的应用不断加深，多元化的应用场景也对锂电池的性能提出更高、更多元的需求。

p 主要体现在锂电池的能量密度、安全性能、使用寿命/循环次数、高压快充匹配、材料经济性等方面。

三、锂离子电池的新材料梳理

近年来锂电行业涌现了众多新型材料，从多角度尝试破局现存桎梏。

p 通过全面梳理锂电池各部分生产制备过程中用到的各种材料和辅材，挖掘未来锂电池产业链中的潜力新型材料。

p 若想取代已经成熟量产的主流材料，需要至少在能量密度、高压工作、稳定性、经济性等方面有一项有突出优势，方有取代潜力。

1、正极新材料：高镍三元的优势和市场格局

三元继续高镍化趋势，9系超高镍或在2024年落地。

p 高镍三元正极材料具有更高的能量密度与较低的综合成本，是高端新能源汽车的理想选择。随着特斯拉4680电池和宁德时代麒麟电池量产，高镍三元电池批量上车，进入快速发展期。

p 在富锂锰基、半固态电池材料规模商业化之前，三元正极材料的高镍化趋势有强确定性，未来9系超高镍将进一步提升高端动力电池性能。

9系三元是当前8系的迭代演进，主要企业均在部署超高镍研发。

p 目前NCM811已经进入规模量产并批量上车的时间点，而厂商也在延续着高镍化路线，向超高镍（Ni90及以上）的三元产品演化。

p 高镍三元的生产制备对三元正极产线提出更高要求，技术壁垒较高，高镍三元正极的头部企业有先发优势。

2、正极新材料：富锂锰基

三元材料之后，富锂锰基材料或是层状结构正极的下一代选择，但当前尚无商业化基础。

p 新能源汽车等下游应用对锂电池的容量密度提出了更高要求，高比容量和更高电压的正极材料正在成为正极的发展方向；富锂锰基材料以廉价的锰为主要过渡金属元素，放电比容量可以达到250mAh/g以上，如果能够现存问题，将能够替代三元正极材料与部分铁锂正极，进而被广泛应用在新能源汽车与3C电子领域，潜力巨大。

3、负极新材料-硅碳负极

硅基材料的掺杂可大幅提升电池负极的锂离子嵌入潜力，有效提升电池容量。

p 特斯拉4680电池的量产开始带动硅基负极材料的需求量激增，2022年出货量已经达到1.5万吨。硅基材料的应用，在能量密度外，主要还是针对石墨负极在快充场景产生的锂枝晶问题：高压大电流充电过程中容易发生锂沉积、析出，形成锂枝晶，可能会刺穿隔膜，危害电池安全。

4、隔膜新材料-涂覆改性膜

基膜+涂覆一体化的企业更能迎合产业对高性能薄膜的需求。

p 固态电池是未来锂电的发展方向，但它的商业化节点预计将在10年之后。在此之前，产业对隔膜的需求将维持高位。

p 隔膜行业的竞争壁垒高，强调前期的重资产投入与客户资源，对应的产品毛利率也比较高，恩捷的隔膜毛利可达50%。头部基膜企业已经纷纷布局涂覆工艺，涂覆一体化的战略布局将为这些企业打造第二增长曲线，在基膜的基础之上，继续消化涂覆的高利润，以继续保持隔膜厂在锂电产业链中的高议价能力。

四、固态&半固态电池：未来趋势所向

固态电池优势明显，但技术瓶颈有待突破，商业化阶段尚未到来。

p 相较传统液态锂离子电池，固态电池的理论能量密度更高（高能密度的正负极材料），安全性能更高（机械强度更好，热稳定性更强），电池重量和体积降低（不再需要电解液和隔膜）；

p 但固态电池技术尚未成熟，界面阻抗与锂离子迁移率问题尚需解决，距离量产商业化仍有较长的距离，未来大概率沿“液态-半固态-固态”的路线循序渐进。

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