00 2022中国锂电行业发展报告：德勤观察2.0 电池“风云”-德勤.pdf

中国锂电行业发展 德 勤观察 2.0“电池风云” 德勤管理咨询 | 2022年 4月 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 2 150,000 200,000 250,000 0 50,000 100,000 400,000 450,000 550,000 350,000 300,000 500,000 502,500 222,500 94,000 275,000 491,500 88,000 来源： Wind，德勤分析 单位：元 /吨 中国电池级锂材料价格走势图 2021/12/31 2021/06/30 2021年下半年 电池级碳酸锂价格 +212.5% 电池级氢氧化锂 价格 +136.7% 2020年电池级锂材料 价格相对平稳 电池级锂材料价格走势 2021年下半年以来， 锂电池市场强势增长， 电池级锂材料价格持续走高，远超市场预期 电池级氢氧化锂 电池级碳酸锂 2020Q1 2020Q2 2020Q3 2020Q4 2021Q1 2021Q2 2021Q3 2021Q4 2022Q1 2022/3/31 2022年第一季度 电池级碳酸锂价格 +82.7% 电池级氢氧化锂 价格 +120.9% © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 3 核心观点 • 材料迭代 ：正负极 材料是决定动力电池能量密度的核心因素 ， 正极材料的突破 最有可能带来动力电池能量密度颠覆性的 提升。 中短期 内正极材料仍 将 维持 磷酸铁锂和三 元材料并行的格局 ， 并在当前化学体系基础上进行技术 迭代； 高 镍三元 在半固态向 全固态发展的过程中仍有适配价值，前景广阔。 • 结构革新 ：在已实现成熟应用的锂电池材料体系下， 在 电芯、模组、封装方式等方面进行结构上的改进和精简 ，以提升电池的系统性能，如比亚迪刀 片电池、宁德时代 CTP技术等，结构革新是除材料迭代以外另一条重要的技术发展路径。 在全球碳中和大趋势和新能源汽车渗透率快速增长的背景下，全球锂电行业保持高度景气，其中 动力锂电池是拉动行业增长的主要因素 。随着行业成熟度不断提升， 动力锂电池的技术革新已由政策驱动过渡为市场驱动 ，供应端企业积极布局各项技术推动锂电池中期到远期的发展。 • 固态趋势明确 ：固态电池相较于传统液态电池在能量密度和安全性方面的优势明显，产业链上的锂电企业及整车企业都积极增加研发投入以布局固态 电池 技术，目前 行业进度处于 半固态向全固态发展 的 阶段。 • 全固态难度大 ：虽然行业内对向固态发展的趋势普遍持有 共识，但全固态电池界面阻抗等 关键技术难题 攻克挑战大，实现规模上车仍较 遥远；从现实 角度综合考虑技术困难和成本问题， 将 电解液含量降到极低 的固液混合电池 可能是更符合商业实际的解决方案 。 • 钠锂互补格局 ：钠 离子 电池在资源丰富度和成本上具备显著优势 ， 但因其化学体系在能量密度上的局限 ，在乘用车动力电池 领域 目前 难以 撼动锂电池 的地位 ， 可 在 低能量密度要求或中低端场景替代锂电池 ，预计未来 率先 在 储能、低速车等 场景实现规模化商业应用。 从锂电池 中期 发展来看，主要通过 现有材料体系的迭代升级和结构革新 推动能量密度提升，实现 增效 降本： 从锂电池 长期 发展 来看， 不断降低电解液 含量向固态电池发展 是行业内较 明确 的趋势，但全固态电池仍面临相对大的技术挑战： 从锂电池 远期 发展将受锂资源短缺制约来看， 钠离子电池 已 展现成为重要的备选路线 ，实现商业化后将与锂电池形成互补的格局： © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 4 电池结构总览 来源：公开信息，德勤分析 锂离子电池结构及技术趋势 负极材料 石墨材料主导， 向硅基材料升级 正极材料 主流材料迭代： • 三元材料高镍去钴 • 磷酸铁 锂向磷酸锰铁锂升级 新材料研发： • 富理锰基材料等 电解液 液体含量逐步降低， 向固态电解质发展 封装外型 方形 、 圆柱 、 软包 三大路线并行 结构革新 • 电芯结构改造 • 电池 结构精简 锂电池主要由正负极材料和电解液等构成，企业在各结构环节都积极寻求技术创新与突破 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 5 动力电池的技术发展主要可以分为高能量和性价比两条路线，化学体系的迭代是动力电池行业发展的核心 动力电池技术路线图 来源：专家访谈，公开信息，德勤分析 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 …… 2030 电池能量密度 180Wh/Kg 220-260Wh/Kg 280-350Wh/Kg 400Wh/Kg 180-200Wh/Kg 220-230Wh/Kg 230-260Wh/Kg 10%-20% 15%-25% 10%-20% 20% 10%-20% 续航 700公里 续航 400-700公里 续航 300-500公里 固态电池 无钴材料 磷酸锰铁锂 高 镍 三元 石墨+ - 高压三元 石墨+ - 高 镍 三元 硅基+ - 高 镍三元 /富锂 金属锂+ - + + 磷酸铁锂+ 500Wh/Kg 600Wh/Kg 无稀有金属电池 锂空电池 240-280Wh/Kg © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 6 动力电池技术发展德勤观察与观点 01 锂电池正负极材料升级与迭代 02 锂电池结构 革新与封装 路线 发展 03 固态锂电池发展展望 04 钠离子电池及应用展望 06 动力电池 技术发展 趋势对相关企业 的启示 05 从整车企业角度考虑 电池技术发展 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 7 锂电池正负极材料 升级与迭代 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 8 具备能量密度优势的三元电池高镍去钴是锂电企业和整车企业共同努力的方向，但无钴电池突破概念炒作实现性 能的实质提升仍有待观察 正极材料升级方向 —— 三元电池高镍去钴 来源：经济观察网，公开信息，德勤分析 三 元电池高镍去钴是发展趋势 镍钴锰比例 变化 1:1:1 5:2:3 6:2:2 8:1:1 • 为了降低成本 和提升能量密度， 全球电池供应商和车企在电池产品研发中都在尽 力降 钴和突破钴在三元材料中的最低含量界限。 • 目前 NCM811是已实现量产的钴含量 最低的镍钴锰三 元电池。 提升能量密度 钴在三 元 电池中的起到稳定结 构的作用，不 参与 电化学反 应，降低钴占比，提升镍占比 可提升电池的能量密度。高镍去钴降低成本 钴是稀缺资源， 价格昂贵， 且供应情况不稳定，减少钴 含量有利于控制三元电池的 材料成本。 真正意义的三元去钴电池道阻且长 • 目前 市面上宣传的无钴电池多为直接采用不含钴的正极材料或将三元中的钴替换 为其他起稳定作用的元素，但性能都比不上钴。 • 三元电池真正去钴后的安全性、电解液匹配等技术难题仍有待突破。 蜂巢能源“无钴”电池 • 2021年 8月，蜂巢能源研发的无钴电 池率先实现量产装吸引了业界广泛关 注，同时其技术路线也引发了争议。 • 蜂巢能源无钴电池的正极材料为 镍锰酸锂，并不是真正的三元去 钴，而是直接采用了一类本来就 不含钴 的二元材料 。 • 真正意义的 三 元去钴后能量密度 应该 有 所提升， 而蜂巢能源的无 钴电池 能量密度 240Wh/kg只与 早期的 NCM523相近，与 NCM811的能量密度难以相比。 正极材料 能量密度 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 9 磷酸锰铁锂并非完全是新技术，随着磷酸铁锂因其安全性和经济性日益受重视，被视为升级版磷酸铁锂的磷酸锰 铁锂重新受到热议，企业产业化布局脚步也有所加速，未来短期内预计将以复合使用为主 正极材料升级方向 —— 磷酸锰铁锂 来源：招商证券，中泰证券， 专家 访谈，公开 信息，德勤 分析 磷酸锰铁锂的性能优势及发展方向 综 合 性 能 突 出 两 大 发 展 方 向 磷酸锰铁锂 磷酸铁锂 三 元（镍钴锰） 理论能量密度 697 Wh/kg 578 Wh/kg 1204 Wh/kg 安全性 高 高 一般 理论寿命 长 长 一般 成本 低 低 高 • 与目前主流的正极材料相比，磷酸锰铁锂的理论能量密度较磷酸铁锂更高， 同时安全性和成本相较三元材料有优势。 替代磷酸铁锂 三元复合使用 企业积极布局， 2022下半年四轮有望放量 • 磷酸锰铁锂能量密度比磷酸铁锂提高 15%-20%， 而价格只高 5%-6%， 在 性 价比上有替代磷酸铁锂 的机会 。 • 磷酸锰铁锂包覆三元材料配合使用，兼具低成本、 高安全性及高能量密度的优势 ，可以成为下游整 车成本控制的解决方案之一。 力泰锂能 天能股份 德方纳米 宁德时代 • 拥有 2000 吨磷酸锰铁锂生产线。 2021 年 9 月至 2022 年 3月 ，计划新增建设年产 3000 吨磷酸锰铁锂 设备； • 两 轮 车 到 2021年底对磷酸锰铁锂电池的采购 量已经 很大， 四 轮 车预计 2022年下 半年大规模上量。 • 集团旗下天能锂电 2021年推出衡科技系列电池产品，采用 其自主研发的 磷酸锰铁 锂体系电芯材料。 • 2021年公司公告称拟 在曲靖经济技术开发区建设“年产 10万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目” 。 • 新型磷酸锰铁锂已开始送样，预计 1-2年后可实现 产业化。 • 2017年申请磷酸锰铁锂和石墨烯复合正极材料及其制备方 法的专利，拥有磷酸锰铁锂技术储备 。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 10 3.7 4.5 额定电压 (V) 富锂锰基正极材料的特性具备一定颠覆性，被视为下一代电池的突破口，但其产业化道路仍受掣肘 正极新材料 —— 富锂锰基 来源：专家访谈，德邦证券，中科院，公开信息，德勤分析 富锂锰基具备成为 新一代正极材料的特性 350 400 能量密度 (Wh/kg) 220 400 比容量 (mAh/g) 9系三元材料 富锂锰基材料 • 富锂锰基正极材料可以认为是由 Li2MnO3与 LiMO2(M=镍钴锰 )两种组分构成的层状 氧化物。 • 即使与高镍三元材料相比，富锂锰基因其高电压和高放电比容量的先天优势，已显 现出了将现阶段锂电池能量密度“天花板”提升到 400Wh/kg的曙光。 • 2021年由 中国汽车工业协会牵头发布的项目成果中发现富锂锰基电池对比三元锂电 池的成本可降低 30%，展现其利用前景。 富锂锰基产业化应用仍处于较初期阶段 能量衰减严重 ，富锂锰基正极 材料循环过程中晶粒 表面化学反应 和内部 扩散的共同作用导致电压严重衰减，影响电池寿命。 首次库伦效率低 ，富锂锰基 正极 材料在首次 放电过程 中造成较高 不可逆的容量损失，影响电池的容量和循环性能。 应 用 制 约 • 目前，富锂锰基正极材料的产业化应用主要受其待解决材料劣势制约： 1 2 产 业 化 现 状 宁波富理电池材料科技有限公司是中科院宁波材料所动力锂电 池工程实验室技术 团队在 2016成立的初创公司。 • 重点 开发用于长续航动力锂电池的新一代正负极 材料： 富 锂 锰基正极材料 和硅碳复合负极材料 。 • 目前 已建成富锂锰基正极材料 中试 生产线 ，是全球唯一能批 量供应高容量富锂锰基正极材料的企业。 • 宁波富理 公司率先开展富锂锰基正极材料产业化，北京当升、江特电机、 容百科技、桑顿新能源 等也有研发布局。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 11 人造石墨和天然石墨是当下最广泛应用的锂电池负极材料，为突破能量密度极限，具备更高理论容量的硅基负极 材料成为主要研发方向之一 负极材料升级方向 —— 硅基负极材料 来源： GGII，开源证券，公开信息，德勤分析 2015-2025年中国锂电池负极 材料 出货类型 占 比及预测 • 人造石墨在循环性能、安全性能、充放电倍率等性能表现上均优于天然石墨，且成本与克 容量均与天然石墨接近，使其成为目前锂电负极材料的主流选择。 • 天然石墨主要供应松下、 SDI等海外企业，国内企业逐步转向人造石墨。 单位：万吨 主流负极与硅基负极材料理论容量对比 • 目前市场 上的高端石墨材料已经可以达到 360～ 365 mAh/g的 容量，相 应地锂电池能量密度的提升也相当 有限，而理论 容量更高的硅基负极材 料被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极 材料。 负极 材料 碳材料 非碳材料 人造石墨 天然石墨 硅基材料 310-360mAh/g 340-370mAh/g 400-4000mAh/g 类型 材料 理论容量 0% 1%27% 2025F 67% 26% 68% 19 2% 2017 1% 30% 24% 12% 71% 81% 78% 15 2019 62% 2% 2016 18% 2% 2020 27 7 86% 16% 37 2018 0% 2015 145 12 其他负极 硅基负极 天然石墨 人造石墨 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 12 硅基负极材料研发 和 应用皆存在技术壁垒，国内尚未实现大规模量产，部分 先 行企业已有批量化应用 硅基负极材料的技术路线及产业化进程 来源：光大证券，开源证券，公开信息，德勤分析 硅 基负极材料技术路线 国内主要玩家及产业化进程 • 硅基负极材料虽在容量上与石墨材料相比具备绝对优势，但因硅材料本身膨胀大， 导电性能差等特点，要实现大规模应用还有技术问题待解决，在 技术路线选择上 ， 主要 分为两种 ： 氧化亚硅负极材料 硅碳复合负极材料 • 日 韩企业在这一路线上起步较 早，处于领先地位，已经推出了 多种较为成熟的 SiOx产品。 • 国内厂家近年来也开始尝试将 SiOx负极材料推向市场，但是相 比于日韩厂家仍然有一定的差 距。 • 硅 基负极材料的生产集中度很 高 ，国内大多 企业处于研发及小试阶段 。 • 材料性能的技术突破、材料成本有待降低以及整体生产工艺未够成熟 是目前硅基 负极材料产业化的制约 因素。 • 国外部分企业已经实现了硅碳负 极材料的量产。日立化成是全球 最大的硅碳负极供应商，特斯拉 使用的硅碳就由其供应。 • 而大部分国内企业硅碳负极的产 业化应用都在推进中，动作相对 较慢。 贝特瑞 杉杉股份 国轩高 科 璞泰来 / 紫宸科技 • 于 2013 年实现硅基负极材料的产业化并批量销售，是国 内最早量产硅基负极材料的企业之一。 • 2022年，公司公告拟在深圳市光明区投资建设年产 4 万吨 硅基负极材料 项目。 • 硅碳负极材料已建成一条中试产线， 开始 逐步放量 ，但目 前出货 占比不高 。 • 高容量硅合金负极材料已 产业化并 已 对宁德时代供货 。 • 2016年投建 5000吨硅基负极材料项目。 • 2021年 1月， 210Wh/kg软包磷酸铁锂电芯正式发布，并 宣布首次在磷酸铁锂化学体系中成功应用硅负极材料。 • 与中科院物理所 合作建立中试车间，第二代硅基产品已具 备产业化的基本条件；在溧阳还建立了氧化亚硅中试线。 • 璞泰来全资子公司紫宸科技研发的硅碳负极材料系列可用 于 3C数码电池、储能电池、动力电池等 。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 13 锂电池结构革新与 封装路线发展 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 14 比亚迪刀片电池在现有材料体系上通过结构改进有效切中并解决电池起火、续航里程不足和低温性能不佳等动力 电池行业的发展痛点 结构改进 —— 比亚迪刀片电池（ 1/2） 来源 ：比亚迪 发布会 ， 光大证券， 公开 信息，德勤 分析 比亚迪刀片电池技术改进 磷酸铁锂电池 将电芯设计成扁片长条形状 提高动力电池包 的空间利用率 保证电芯有足够 大的散热面积 提升电池包的 能量密度 匹配 更 高 能量密度 • 比亚迪研发的刀片电池属于新一代的磷酸铁锂电池，通过改变 电芯现状设计和利用电池包内部的空间排布， 在 相同体积下有 效提升电池包能量密度。 在动力电池关键性能指标上，比亚迪刀片电池表现优异 刀片 电池 安全性 • 热安全性能远超国标要求 • 当液冷板泄漏或整包密封失 效时依然能保证安全性 强度 • 在 振动、模拟碰撞、挤压 和抗压强度方面，刀片电 池均表现优异 续航能力 • 可轻松实现高 续航，包 体最 大电量可超 100KWh， C级 轿车可实现 700km续航 低温 • 在 -35℃~55 ℃ 均能保持最佳 的性能状态，低温放电能力 可维持在常温的 90%。 寿命 • 储存 寿命和循环寿命均 远 大于整车使用年限要求。 功率 • 瞬间最大功率 363kW，约 500马力，支持 3.9秒百公里 加速。 能量密度 50% © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 15 比亚迪通过收购、新建、旧产线改造等方法积极提升刀片电池产能；除了自产自销以外，刀片电池也开启外供， 产品性能得到行业认可 结构改进 —— 比亚迪刀片电池（ 2/2） 来源 ：比亚迪 发布会 ，比亚迪公司年报，乘联会，光大 证券 ，天风证券，公开 信息，德勤 分析 比亚迪：弗迪电池 1国内产能规划 刀片电池商业化应用 弗迪电池 基地 产能规划 广东惠州 20GWh 广东深圳 14GWh 青海西宁 24GWh 重庆璧山 45GWh 陕西西安 30GWh 湖南长沙 20GWh 贵州贵阳 15GWh 安徽蚌埠 20GWh 安徽无为 40GWh 江苏盐城 30GWh 山东济南 30GWh 江西抚州 20GWh 湖北襄阳 30GWh 吉林长春 45GWh 安徽滁州 一期 5GWh 浙江绍兴 产能未定 20 75 100 20212020 2022 +400% 单位： GWh 刀片电池 产能规划 公开透露为 生产 刀片电池 几乎 每一个你能想到的汽车品牌，都在与弗迪电池洽谈合作。刀片电池 将陆续搭载在国内外各主流品牌的新能源车型上 。 —— 比亚迪 CEO王传福 “ 自 销 外 供 • 2021年比亚迪以 超过 59万 的销量成 为中国新能源乘用车年度销量冠军。 纯电动车型 混动车型 320,810 辆 272,935 辆 • 除全系列 新款 纯电动车型外， DM-i混动车型也搭载刀片电 池。 搭载刀片电池 的 红旗 E-QM5纯电 轿车正式 上市 搭载刀片电池 的 丰田 bZ SDN 量产版将于 2022年内上市 20222021.06 注： 1. 2019年比 亚迪将电池业务 独立，成立全资子公司弗迪电池。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 16 比电池更大的野心：为车企降本增效的同时提高了自身在车型开发过程中参与度，要实现 CTC的构想未来或将把 电池系统和电驱系统有机结合 结构精简 —— 宁德时代从 CTP到 CTC1 来源：宁德时代发布会，宁德时代公司公告 ，光大证券，公开信息，德勤 分析 宁德时代电池结构技术路线 CTC CTP 传统 结构 电芯 模组 电池包 底盘 电芯 模组 电池包 底盘 电芯 模组 电池包 底盘 • 继 2019年提出 CTP概念后， 2020年宁德时代公布了关于电池结构的开 发路线图，除了第二代、第三代 CTP电池系统以外，还提出了从电芯 直接跨越到底盘的集成化 CTC电池系统。 CTP/CTC优势及商业化应用 空间利用率 15%-20% CTC CTP 降低成本 CTC技术将使新能源汽车成本可以直接 和燃油车竞争 能量密度 10%-15% 零件数量 40% 电池包成本 2 10%-15% 与传统结构电池相比 注： 1. CTP-Cell to Pack， CTC-Cell to Chassis； 2. 根据光大证券动力电池成本模型估计 商业化情况 已配套上车多款新能源车型 • 三元电池 +CTP方案 北 汽新能源、蔚来、威马 • 磷酸铁 锂 +CTP方案 特斯拉 Model 3 提升续航 CTC技术最大 程度降低电池包重量和空 间，续航里程至少可达到 800公里 • 计划在 2025年左右 推出第四 代 高度集成化的 CTC电池 系统。 • 2021年 9月 ，宁德 时代公告披 露计划设立 专注电动汽车驱动 控制系统的合资公司 ，其核心 目的 是掌握 CTC技术推广应用 的基础，加快 CTC技术落地。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 17 方形、圆柱和软包是动力电池的三个主要封装路线， 2017年以前各路线份额国内外趋势较为一致，但近年来随 着不同路线代表企业的崛起和实现放量，国内外呈现出不同的发展趋势 动力电池封装路线市场份额 来源： GGII，公开 信息，德勤分析 68% 58% 74% 84% 81% 80% 21% 28% 12% 6% 13% 14% 11% 14% 14% 10% 6% 6% 2016 2017 2018 2019 2020 2021E 方形电池 软包电池 圆柱电池 • 近年来，国内动力电池封装外型以方形电池主导，宁德时代和比亚迪是主要代表，方形电池的出货份额遥遥领先。 • 而海外市场近三年的趋势则与国内截然不同，圆柱电池在特斯拉和松下的带动下，份额在 2018年快速提升； 2020年，随着软包大本营欧洲新能源车型的快速渗透和 LG化学放 量，软包电池的份额翻番； 而 方形电池的份额则不断受到挤压。 67% 60% 36% 27% 28% 27% 20% 27% 49% 52% 29% 29% 13% 13% 15% 22% 42% 44% 20182016 2017 2021E20202019 动力电池封装外型出货占比 国内 海外 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 18 • 尺寸变化灵活度高，重量轻 • 能量密度高 • 内阻小，安全性好 • 成组灵活度高 • 工艺技术成熟，产线高度标准化 • 成本较低 • 安全性高 • 系统 能量效率 高，能量密度较高 • 结构较简单， 稳定性 好，扩容 相对 方便 三种封装路线的未来发展主要受到龙头企业和技术创新的影响，固态电池的发展趋势 或将 搅动封装路线的格局， 拉动软包封装路线的份额提升 三种封装路线对比及未来展望 来源：鑫椤锂电，钜大锂电，公开信息，德勤分析 方形电池 圆柱电池 软包电池 • 机械强度差，封口工艺难 • 成组结构复杂，设计难度大 • 成本较高 • 成组后散热设计难度大 • 单体容量小，能量密度较低 • 工艺 难 统一，单体 差异性 较大 • 在 大规模应用中，存在系统寿命远低于 单体寿命的 问题 • 但从长期来看，基于固态电池 的 发展趋 势，未来不再需要液态电解液后，硬壳 的 必要性 下降，因此软包被认为 是固态 电池适配的封装方式。 • 中期来看，为突破电池能量密度上限，业界纷纷在电池结构上求 创新 ，其本质是 利用电芯外壳 的 支撑 作用 ，减少 模组结构件使用，提升电池包的能量密度。软包外壳缺乏支撑作用 ， 在 精简 模 组环节难度 较大，因此中期来看方形和圆柱电池更能适应结构上的创新。 技术优势 技术劣势 代表企业 未来展望 长期发展趋势 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 19 特斯拉 4680电池计划掀起大圆柱电池研发热潮，带动上游电池厂商产能布局，国内厂商也加快步伐，有望加入 特斯拉 4680电池订单争夺 案例分析 —— 特斯拉 4680大圆柱电池 来源：特斯拉电池日，公司官网，华尔街见闻， 36氪，公开信息，德勤分析 特斯拉圆柱电池发展历程 20 10 0 5 15 25 1865 2170 4680 直径 18 mm 21 mm 46 mm 高度 65 mm 70 mm 80 mm 容量 2.65 Ah 4 Ah 22 Ah 用量 7000节 /车 4000-5000节 /车 900-1000节 /车 容量 (Ah) +50% +400% • 随着圆柱电池外径的增加，电池能量有显著的提升，同时成本也将逐步降低。 特斯拉 4680大圆柱电池应用规划及对电池厂商的影响 2020 2020年 9月，在特斯拉电池日宣 布了 4680大圆柱电池计划。规划 2022年产能达到每年 100 GWh， 2030年达到每年 3 TWh。 2021 2021年 7月，特斯拉第二季度财 报电话会议透露， 4680电池正取 得重大进展。 2021年 11月， 特斯拉宣布在加拿 大建设电池设备工厂，推动 4680 电池量产，计划 2022年初 4680电 池在美国开始装车，德州量产基 地 2022年底产能达 100GWh。 • 圆柱电池的应用主要由特斯拉带动 ，电池厂商加快大圆柱研发，储备相关技术 2022 2022年 2月宣布第 100万块 4680电 池已于今年 1月完成生产。 特斯拉 电池厂商 在财报中透露公司正加快 4680 研发速度，原型生产设备计划 在 2022财年内完成安装 松下 公司于 2021年 3月 发布 4680大 圆柱电池，表示预计 2023年实 现批量生产 比克电池 2021年表示已 完成大圆柱电池 战略布局 ，具备 46系大圆柱电 池的技术储备 亿纬锂能 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 20 固态锂电池发展展望 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 21 液态锂电池难以实现中长期动力电池能量密度发展要求，固态锂电池优势显著，但仍有极大的技术 难题 待突破 固态锂电池发展展望 来源：光大证券，专家访谈，公开信息，德勤分析 固态锂电池发展路线 及动力电池单体能量密度发展 要求 全固态准固态半固态凝胶液态锂电池状态 10wt%液体含量： 25wt% 5wt% 1wt% 0wt% 固态锂电池优势明显 • 能量密度高： 与传统液态锂电池相比，得益于更高 的电化学窗口，可以匹配高能正极材料和金属锂负 极，固态电池的理论能量密度更高。 • 安全性 能高： 液态电池的安全隐患主要归因于液态 电解质，固态电池以固态电解质替换，热稳定性更 强，大大降低了自燃、爆炸的风险。 • 电池重量低： 固态电池不需要电解液和隔膜，可简 化封装、冷却系统等，整体电池包的重量和体积得 以缩减，提升续航能力。 全 固态电池商业应用的技术瓶颈仍面临较大挑战 • 界面 问题 影响电池 性能： 固与固的 界面阻抗大，影 响电池功率，同时界面接触差在循环过程中界面将 不断被破坏，影响电池寿命。 • 固态电解质影响快充性能： 固态电解质中锂离子的 迁移率较低，尤其是聚合物和氧化物固态电解质， 电池的快充性能将有所受限。 负极材料 工作温度 能量密度 发展要求 《 中国制造 2025》 石墨负极 预锂化负极 富锂复合负极 金属锂负极 5wt%锂含量： 0wt% 30wt% 50wt% 80-100wt% 250-300Wh/Kg 55ºC 80ºC 150ºC 350Wh/Kg 400Wh/Kg 500Wh/Kg 2020 2025 2030 单体能量密度达到 300Wh/Kg 达到 400Wh/Kg 达到 500Wh/Kg 预计量产 2023~2025年左右 2030年左右 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 22 动力电池需求的大幅 上升将成为全球锂行业上游需求 的主要增长 动力，固态 电池的发展 将丰富负极 材料端的 锂应 用场景，预 锂化和金属锂 负极等应用将 对 锂需求 有显著拉动 作用 固态电池发展对锂需求的影响 来源： 五 矿证券研究所，公开信息，德勤分析 57% 2017 1,130 2016 40% 45% 2018 2019 59% 2020 68% 2021E 523 118 68% 2022E 70% 2025E2023E 98 73% 2024E 75% 58% 161 194 250 387 687 873 +26% +35% 电动汽车（含存量替换） 储能（含通信储能与风光） 电动工具 消费电子 电动两轮车 单位： 千 吨 /碳酸锂当量 (LCE) 全球电池级锂应用及需求变化预测 锂 应 用 准 /全固态凝胶 /半固态液态 凝胶 /半固态电 池已崭露头角， 锂将在负极材 料预锂化等技 术中得到更多 应用。 随着准 /全固态 电池商业化试 点，金属锂负 极将得到应用， 进一步增加锂 应用场景。 现阶段动力电 池以液态电池 主导，锂目前 主要被应用于 正极材料和电 解液中。 电动汽车锂需求（千吨 /LCE） 20-25 CAGR2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 147 262 358 483 635 849 42% • 中期内全球锂需求将维持快速增长，主要由锂在电动汽车领 域的应用拉动，电动汽车的普及率增加及随电池固态化发展 而更加丰富的锂应用场景是重要原因。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 23 固态电解质目前主要有三大技术路线，聚合物最早实现商业化但存在 致命 缺点，氧化物体系目前进展较快，而硫 化物处于开发进度早期但潜力巨大 固态电解质技术路线 来源：天风证券，光大证券，公司官网，公开信息，德勤分析 性 能 对 比 布 局 企 业 聚合物固态电解质 氧化物 固态 电解质 硫化物 固态 电解质 固态 电解质材料三大技术路线 材料： 聚环氧乙烷、聚丙烯腈等 优点： 高温下工作性能好，易大规模制备薄膜 缺点： 常温下电导率低，电化学窗口窄 成本： 高 材料： LiPON、 NASICON等 优点： 循环性能良好，电化学稳定性高 缺点： 材料总体电导率较低，界面接触差 成本： 低 材料： LiGPS、 LiSnPS、 LiSiPS等 优点： 电导率高，工作性能表现优异 缺点： 易氧化，界面稳定性较差 成本： 较低 • 选择聚合物路线的以 欧美企业 为主，高能聚合物 是未来的研发方向。 • 国内企业 较多选择氧化物路线，非薄膜型已尝试 打开消费电子市场。 • 硫化物路线受 日韩企业 热捧，性能好且最适配全 固态电池，但同时研究难度也最大。 电导率低 电导率高 • 氧化物体系因研发成本和难度相对较低，较多新玩家和国内企业选择这一路线，也有望在半固态和准固态电池中应用最快实现规模化上车；从长远的角度来看，硫化物固态电 解质虽然研发难度高，但因其优异的性能和巨大的潜力吸引实力和资本雄厚的电池玩家不断投入研发，头部玩家已有十几年的技术积累，一旦实现突破将形成高技术壁垒。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 24 辉能科技从穿戴设备电池切入车用动力电池，持续迭代核心技术，产业化速度领先固态电池行业强手 案例分析 —— 氧化物路线代表：辉能科技（ 1/2） 来源：辉能科技公司官网，公开信息，德勤分析 专注于固态电池研发，目前主要靠融资手段进行研发布局 • 辉 能科技专注于研发 氧化物固态电池 ，目前 主要有三方面的核心技术，分别是分别是锂陶瓷电池技术（ LCB）、多轴双极电池包（ MAB）和主动安全机制（ ASM） 。 • 目前辉能电 芯 中 胶状物质的 体积占比小于 10%，重量占比小于 4%，实现从准固态到全固态产业化大概只需要 15%的微调，不存在大的技术难题，预定 在 2023年 进行全固态锂金 属电池试产 ， 2024年量产 。量产全固态电池将在 IT产业试用后再应用到动力电池领域。 固态电池布局起步早 转攻动力电池，开启产业化道路 规模化产能布局 • 2006年，辉能科技 成立，成立 之初创始人已确立将 固态电池产业化的 目标。 • 2012年，推出 软板固态 电池。 • 2014年 ，推出推出软包固态 电池，并在消费者电子 领域实现 商业化 运用。 • 消费性电子及 穿戴设备客户给辉能带来 稳定的收入 ， 并累积了小 容量固态电池的量产 经验。 • 2017年，建成 40MWh中试线并实现自动化卷式生 产，走向量产的 开端。 • 2018年，发布 BiPolar+技术，威 马展示搭载辉能科技 固态电池的样 车。 • 2019年，发布 Multi Axis BiPolar+ (MAB)车用固态电 池 包，陆续与 蔚来、爱驰、天际 等车企达成 战略 合作 以实现规模化搭载目标， 天际展示搭载辉能科技固态 电池的样 车。 • 2020年，完成 D轮融资，一汽产业基金参与其中，深 化与一汽集团的 合作。 • 确定 大陆区总部及全球产业基地项目落户杭州，规划 2023年产 能达到 7GWh。 • 2021年 ，正式 推出 CIP (cell is pack)技术。 • 已 与多家车企签订示范运营框架协议，每家规模约为 3000-5000台，将会 真实 投入到市场。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 25 辉 能量产规划路线清晰，稳步提升能量密度同时积极规划产能，计划于 2022年中期实现规模化上车搭载 案例分析 —— 氧化物路线代表：辉能科技 （ 2/2） 来源：辉能科技公司官网，公开信息，德勤分析 固态电池量产品能量密度规划 250 270 288 314 335 0 100 200 300 400 500 2021 2022 20242023 2025 Wh/kg 固态电池量产产能规划 1 2 7 17 35 0 10 20 30 40 50 20222021 2023 2024 2025 GWh • 虽然电芯成本高于同等能量密度的液态电芯，但整体电池包有明显的成本有优势，根据辉能公布的测算数据，当量产规模达到 7GWh时，固态电池价格就能与液态电池持平。 • 目前辉能量产品主营市场为消费电子（ FLCB、 PLCB）、极端环境耐受设备（ LCB） 领域、储能等领域，同时未来将聚焦新能源汽车市场的不同车型定位 ，提供固态铁锂（平价 车型）和固态三元（高端车型）两种 方案。 而 在 研发方面 ， 2021年辉 能已 制造 出能量密度 达 383Wh/kg 的原型电池。 2021年 10月 29日，辉能宣布完成 3.26亿美元投资，用于固态锂电池 量产建设及全球扩产。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 26 内燃机领军企业丰田以电动转化为己任，以实现碳中和为目标，多年致力于电池研发，大力投资全固态电池 案例分析 —— 硫化物路线代表：丰田（ 1/2） 来源：丰田公司发布会，公司官网，公开信息，德勤分析 基于整车制造视角布局固态电池 • 丰田早期坚持走混动路线，纯电动车型发展较慢， 但实际上新能源技术也处于多元发展的状态， 如燃料电池、固体电池、镍氢电池、锂电池、氟电池以及新能源汽车技术每个 环节或 零部件都有布局， 在纯 电动汽车的技术 储备上并没有 掉队。 • 丰田已将全固态电池搭载原型车进行试验，而缺乏工作原型正是许多固态电池创业公司的短板 之一。 从混动搭载初衷开始的固态电池研发 期望通过本土龙头抱团加速量产计划 循序渐进实现全固态商业化 • 1997年推出第一代普锐 斯，是新能源汽车的先驱。 • 2004年 ，丰田开始全 固态电池的 研发，初始目的是 通过提升能量密度，缩小用于混动汽车的电池尺寸。 • 2010 年， 丰田推出硫化物 固态 电池。 • 2014 年有消息称，丰田实验原型固态电池能量密度 已达 400 Wh/kg。 • 2017年，丰田投入 200余人加速研发固态电池技术 。 • 2018年，丰田与松下、本田、日产等 23家汽车、电 池和材料企业，以及京都大学、日本理化学研究所等 15家学术机构，共同合作研究全固态电池核心技术。 • 2019年，与松下宣布将共同设立开发、生产电动汽 车（ EV）等车载电池的合资公司，该公司致力于开 发、量产固态电池 。 • 2020年，丰田制造 了一辆配备全固态电池的 汽车并 在 测试路线上进行了试运行 ，获得 了行驶数据 。同年 获得 了全固态电池车辆的牌照并进行了试驾 。 • 2021年，丰田表示希望在纯电动车型上应用固态电 池，目前正在构建稳定的电池供应体系，致力于实现 全固态电池商业化。 • 2022年，丰田表示第一款配备全固态电池的丰田汽 车将为混动车型 。 © 2022。欲了解更多信息，请联系德勤中国。 27 丰田 丰田已在固态电池领域深耕多年，是硫化物电解质路线的技术领头羊，具备全固态电池量产规划 案例