鋰離子電池的發展始于消費領域，目前在動力和儲能領域發展迅速。

動力鋰電池、儲能鋰電池分別有哪些關鍵技術？電池材料的新技術發展方向是什么？

鋰電池技術路線。

鋰離子電池是指以鋰為能量載體的二次電池(充電電池)。充電時，鋰離子脫離正極，通過電解液和隔膜嵌入負極，放電相反，也稱為搖椅電池。

根據正極材料的不同，鋰離子電池分為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。

磷酸鐵鋰材料生產資源豐富，成本、循環壽命、熱穩定性優于三元材料，適用于商用車、低端乘用車、儲能等領域。三元鋰電池理論比容量(能量密度)高60%，充電率更高，低溫性能更好，適用于中高端乘用車等領域。

磷酸(錳)鐵鋰電池與三元鋰電池的性能對比。

鋰電池封裝工藝。

根據包裝工藝的不同，鋰離子電池可分為方形電池、軟包電池和圓柱形電池。

根據封裝工藝對鋰離子電池進行分類。

方形電池的優點是包裝可靠性高，結構簡單，單體能量密度高，系統組裝效率高，穩定性好。缺點是型號多，工藝難統一，單體差異大，使得系統使用壽命低于單體使用壽命。

軟包裝電池采用鋁塑膜包裝，具有能量密度高、電池組小、循環壽命長的優點。缺點是高端鋁塑膜依賴進口，生產效率低，成品率低。

圓柱形電池硬殼包裝可靠性高，具有電池一致性高、工藝成熟、成本低、電池產品良率高、散熱性能好等優點。但缺點是組裝后散熱設計難度大，系統能量密度低。

分析三種鋰離子電池的優缺點。

動力鋰電池技術路線。

磷酸鐵鋰動力電池回歸主導地位。

近三年來，隨著政策補貼力度的下降，磷酸鐵鋰在成本和安全方面的優勢逐漸顯現，市場安裝迅速增加，市場份額逐年增加。2021年，三元電池安裝量實現反超，2022年上半年動力電池份額增至55%。

中國動力電池產品結構裝機量在2018-2022H1年的比例發生了變化。

到2025年，中國動力電池安裝能力保持高速增長，復合增長率達到49%。由于中國新能源汽車的快速增長，2022年上半年中國動力電池安裝能力達到110.1GWh，同比增長109.8%，預計2022年安裝能力將超過280GWh，2025年安裝能力將超過750GWh。

在高比能量方面，三元軟包電池的單體能量密度最高可達300Wh/kg。現在三元方殼電池的單體能量比接近300Wh/kg，系統能量密度達到255Wh/kg。磷酸鐵鋰刀片(方形)電池的能量密度接近170Wh/kg，系統能量密度超過140Wh/kg。三元軟包電池的能量比已經達到300Wh/kg，系統能量密度接近220Wh/kg。

動力電池單體結構系統能量密度的發展。

動力鋰電池的主要技術方向。

在高安全性方面，現階段電池的安全性能主要通過三種方式提高:本體安全、過程安全和消防安全。本體安全主要依靠不燃和不燃電解液、高熔點隔膜和正極材料的改性和涂層來提高電池的本體安全性。

動力電池安全防控技術。

就長壽命而言，磷酸鐵鋰電池的使用壽命一般高于三元電池。磷酸鐵鋰刀片電池使用壽命超過5000次，其次是三元軟包電池，使用壽命超過3000次，再次是方形電池，使用壽命超過2000次，圓柱形電池使用壽命略低，約1000次。

在快充性能方面，三元電池倍率從目前的2C左右發展到5C倍率，充電時間縮短60%。通過提高充電電壓和電池大電流耐受性，許多企業正在提高三元電池的能量補充速度，提高電池的快充性能。

中國動力電池技術分析與發展趨勢。

鋰電池儲能技術路線。

主要應用場景是大型儲能。

未來三年，中國儲能電池出貨量將保持高速增長，年均增長率將超過50%。2021年，中國儲能電池出貨量達到48GWh，同比增長167%，預計2022年裝機量將超過90GWh，同比增長88%，2025年裝機量將超過324GWh。

中國儲能鋰電池2019-2025年出貨量及預測(GWh)

資料來源：GGII。

國產儲能電池主要用于大型儲能(電力系統儲能)、通信系統儲能、家庭儲能和便攜儲能。大型儲能是儲能電池的主要應用場景，主要用于發電側、電網側和用戶側的儲能集裝箱系統。出貨量占61%，其次是通信系統儲能，主要用于通信基站備電，占25%。家用儲能產品主要出口國外。便攜式儲能占比最小，只有3%。

國內儲能電池2021年出貨量結構。

資料來源：GGII。

許多企業以儲能電池進入儲能電池市場。

儲能電池正處于快速發展階段，市場結構尚未確定。當代安普瑞斯科技有限公司以其強大的控本能力和規模優勢而居上。目前與國家電網、五大發電集團、科士達、星云、陽光電源等企業建立了廣泛合作，暫居第一；借助海外市場，鵬輝能源在家庭儲能方面迅速擴張，占據國內出貨量第二；比亞迪深入歐美市場，客戶和渠道優勢穩定，暫時在中國排名第三。

中國儲能電池企業2021年全球儲能電池出貨量(MWh)

資料來源：CNESA。

儲能電池產品的發展趨勢是產品標準化、大電池化、去模塊化，所有企業都在進入這個行業，努力做大做強。三年后會出現強者恒強的局面，沒有規模優勢和高性能電池R&D設計能力的中小玩家會加速被淘汰。

2022年國內主要新建儲能電池項目。

磷酸鐵鋰電池已成為國內主流路線。

鋰電池的性能要求包括能量密度、功率密度、成本、使用壽命和安全性。儲能應用放寬了對電池能量密度和功率密度的要求，強調降低了儲能成本。儲能電池需要低成本、長壽命，保證電池應用的安全。

磷酸鐵鋰電池的性能和儲能需求適應性較高，已成為國內主流路線。

三元鋰電池的能量密度和功率密度高，但成本高，安全性相對較弱。2022年6月，國家能源局綜合司《25個關鍵要求(2022年版)防止電力生產事故(征求意見稿)》提出，三元鋰電池和鈉硫電池不得用于中大型電化學儲能電站，動力電池不宜用于梯級使用。

磷酸鐵鋰電池安全性好，循環壽命長，金屬資源儲量豐富，成本低，環保，已成為儲能電池的主要選擇。

大型儲能技術的發展方向。

大型儲能裝機規模一般在MWh級以上，大型電芯有望成為主流。

大型儲能系統是促進可再生能源大規模應用和構建新型電力系統的重要設施。它可以起到調峰、調頻、備用容量、平滑輸出、緩解電網堵塞等作用。，包括發電側和電網側的儲能。通常，使用的電池主要是大容量方形電池。

在儲能應用中，280Ah及以上的大容量電池可以有效降低儲能系統的成本，降低集成難度，具有明顯的優勢。原來的50Ah和100Ah電池產品正在逐漸被電力儲能場景所取代。

大電池280Ah及以上的優點和挑戰。

電力儲能大電池的發展趨勢是顯而易見的。在需求方面，大型電力儲能設施的業主和投資者對280Ah大電池的關注度迅速上升。華能、中國能源建設等業主在最新的儲能電池招標中要求單體容量不低于280Ah。

供給方面，自2019年寧德時代推出280Ah電池以來，國內已有10多家電池企業推出280Ah電池產品；海辰、中創新航等電池廠商均加碼擴產280Ah電池。

2020年以來，國內280Ah電池生產線的擴張(部分)

戶儲技術的發展方向。

家庭場景對電池能量密度的要求相對較低。影響用戶體驗的主要是產品的整體設計，包括電池管理和全屋能源配置。對電池性能的要求相對放寬，主要強調安全和降低成本。

家庭儲能系統規模為10kWh級，大型圓柱形電池(單體容量10Ah-50Ah)，方形(50Ah-300Ah)，軟包(30Ah-80Ah)方案均為公司選擇，目前家庭儲能所采用的電芯封裝路線尚未定型。

軟包、圓柱等都可以作為家庭儲電芯的選擇。

小電池可能會成為家庭儲存的主流。目前，歐洲家庭儲備市場正在經歷低壓向高壓系統的產品迭代。高壓平臺可以降低電流，從而控制系統的發熱，提高放電效率。當儲能系統容量不變時，高壓系統對應的電池容量會降低。比如低壓平臺的儲能電池大多是100Ah，高壓平臺逐漸向50Ah過渡。100Ah以下的小容量電池在家庭儲存領域的應用壽命仍然很長。

電池材料的關鍵技術。

五種電池材料。

鋰電池的主要直接材料是正極、負極、電解液、鋰電銅箔和隔膜。

中國五大關鍵電池材料市場占比在2015-2021年發生變化。

資料來源：EVTank。

正極材料是最重要的材料成本，約占55%。鋰離子電池主要分為磷酸鐵鋰電池和三元電池，不同的正極材料。動力電池都有。目前國內幾乎所有的儲能電池都是磷酸鐵鋰電池。

包括人造石墨和天然石墨在內的負極材料占總成本的14%左右。人造石墨可用于動力電池和儲能電池，而天然石墨多用于消耗電池。

電解劑占總成本的13%左右，其主要成分是溶質、溶劑和添加劑。溶解劑包括LiPF6和新鋰鹽LiFSI，是主要成本來源。PC、EC、DMC、DEC、EMC等溶劑主要用于成膜、過充保護、耐低溫、阻燃、提升倍率等，VC、FEC、PS、LiBOB、DTD、LiDFOB等常用產品。

鋰電池銅箔為電解銅箔，成本占8%左右。鋰電池銅箔用于鋰電池負極集流體。

隔膜占總材料成本的4%，分為濕隔膜和干隔膜。濕隔膜的主要成本是PE，干隔膜的主要成分是PP。

鋰離子電池材料2021年市場結構估算。

資料來源：EVTank。

鋰電池的上游原料主要包括鋰礦、鎳礦、鈷礦、錳礦、鐵礦等金屬資源，以及石墨礦、硅、磷酸鹽等非金屬礦物資源，主要包括正極材料、負極材料、隔膜、電解液、鋰電池銅箔等。

電池產業鏈全景圖。

鈷、鎳、鋰在電池材料上游礦產資源中依賴海外進口。全球電池材料如中國正極/負極/電解液/隔膜的市場份額分別為55%/92%/86%/73%，但中國重點基礎材料鈷、鎳、鋰僅占全球儲量的1.95%/1.57%/6.31%，鈷/鎳/鋰依賴進口。鈷/鎳/鋰市場景氣度較高，新能源汽車需求迅速增長。

正極材料。

2021-2022年磷酸鐵鋰供應緊張，產能擴張加快。2023-2025年存在結構性過剩風險。預計2022年國內磷酸鐵鋰出貨量約為95萬噸，年初產能分別為94萬噸，產品供應緊張。隨著2023年磷酸鐵鋰產能的快速釋放，產能存在結構性過剩風險。

中國磷酸鐵鋰材料企業2021-2025年產能規劃及需求預測。

(萬噸，不完全統計)

2022-2025年三元材料供應緊張，三元材料企業產能擴張謹慎。預計2022-2025年國內三元材料出貨量分別預測為62/88/123/170萬噸，而每年年初產能分別為62/100/125/155萬噸，產能供應相對緊張。

中國三元材料產能規劃和需求預測2021-2025。

(萬噸，不完全統計)

磷酸鐵鋰正朝著高壓、低溫、高能密度的方向發展。

磷酸鐵鋰材料的性能接近理論瓶頸，很難大大提高材料本身的性能。目前，磷酸鐵鋰正極材料正在低成本、長循環地發展。目前正在開發的材料包括高壓密度、快充和高能密度材料(如磷酸錳鐵鋰)。

為了進一步提高電池的能量密度和快充性能，三元材料向高鎳、低鈷(無鈷)、單晶、四元等方向發展。，并探索包覆和摻雜固態鋰電池材料、富鋰錳基正極材料等技術的發展方向。

負極材料。

石墨負極產能在2021-205年相對緊張。2021-2025年，石墨負極需求分別預計為78/109/146/196/270萬噸，而當年年初的產能分別為53/81/133/213/259萬噸。

中國負極材料企業2020-2025年產能規劃和需求預測。

(萬噸，不完全統計)

主流負極材料是人造石墨的負極材料，占市場總量的80%以上，而且市場份額仍在上升。

負極材料細分產品占有率。

硅基材料結合了碳材料的高電導率、穩定性和硅材料的高容量優點。

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