汇总 | 新能源动力电池成本，分类、优势及突破|163

导语

最近富士康因为光速IPO的事情上了头条。其实，除了富士康之外，还有一家独角兽公司也风头强劲，那就是电池巨头宁德时代。3月12日晚间，宁德时代更新招股说明书，离创业板上市再近一步。自２月２８日市场传言监管层对“独角兽”企业IPO开启快速通道后，也即监管将为独角兽企业开“IPO快速通道”，生物科技、云计算、人工智能、高端制造4个行业中，成长迅速、已处于全球领先的动力电池系统提供商龙头的宁德时代，凭借雄厚的技术优势、具备高速发展潜力和创新力引起了高度关注。一个专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统研发生产和销售的公司为何风头如此抢镜？让我们从电池说起......

2010年左右，全球动力锂电池市场开始崛起，电动化是汽车产业转型的必然趋势，从世界汽车保有量及年销量看，这是一个天花板极高的市场。从2009年到2015年，密集的政策和补贴催生了全球第一电动汽车市场，这时普遍患上动力电池饥渴症的车企有两个选择，一是起步不久，产品可靠性待验证，主打功率密度较低的磷酸铁锂国产电池，另一个选项是技术含量、品质、功率密度更高，性价比也不错的韩国电池。2017年，中国锂电池市场份额突破60%，彻底超越日韩、夺得世界第一，其中三元动力电池异军突起，装机量猛增至16.56GWh，同比大涨165%，并涌现出宁德时代、比亚迪、沃特玛、国轩高科、比克、孚能科技等装机量超过1GWh的明星企业。

中国动力电池市场以本土企业占主导，企业格局分层明显，按照技术水平和市场表现主要分为四个梯队，第一梯队企业比亚迪和宁德时代技术领先，规模效应导致成本下降明显，在竞争中占据绝对优势。第二梯队为沃特玛、国轩、力神，第三梯队为比克、万向、中航锂电、普莱德、盟固利。宁德时代创始人曾毓群说过：“日本人发明了锂电池、韩国人把它做大，中国人把它做到世界第一”。

新能源电池的成本

三元电池和磷酸铁锂电池在乘用车和商用车领域都是主导应用，目前乘用车电池以三元为主，商用车电池以磷酸铁锂电池为主。目前主流的新能源电动车，电池成本占整车的50%以上，所以电池的性能决定新能源汽车整车的“性价比”。

LG化学动力电池事业部首席执行官Prabhakar Patil透露，“大多数电动汽车的电池成本约在400美元/kWh，特斯拉是240美元/kWh”，按照ASEC和松下给出的公开信息，大多数都在350-400美元/Kwh。新能源汽车成本主要由三大部分构成：电池、电机、电控系统，电池系统成本占到了总体的30%-50%，如果没有国家补贴，这些汽车与同等价位的燃油车在性能和品牌上毫无竞争力可言。电池确实太贵！从下图新能源汽车的成本构成来看，动力系统合计占比约50%，其中电池占到38%，电控和电机占比约12%。整体来看，目前新能源汽车的成本是传统燃油车的2倍左右。

一般情况下，电池成本占车辆总成本的三分之一到二分之一之间，由于不同厂家对车身底盘的成本控制和在电池采购上的议价权有差异性，所以最后体现出来的成本比例也会略有不同。电池的价格是由瓦时来决定的，“十二五”期间每瓦时是两块钱，而“十三五”的计划则是在2020年时实现每瓦时低于一块钱。根据CATL总裁黄世霖的说法，能量密度的提升让电池成本降低二分之一，而循环次数的提升则让电池的使用成本降到五分之一，理论上，如果电力和储能电池应用恰当，到2020年，电池的成本是现在的十分之一。

过去几年间，电池成本几乎下降了一半左右。只要电池成本降到100美元/Kwh，电动车的成本将与燃油车的成本基本接近；电池成本降低到150美元/Kwh，电动车在环保等理念附加的情况下已有较强竞争力。在储能方面，薛金花等人(南京电力研究院)基于全周期寿命模型计算储能成本，磷酸铁锂（LFP）电池成本从现有的470美元/kWh降低至230美元/Kwh，即使没有补贴，电池储能也能盈利。

从生产制造的细节上简单来看的话，电池的成本可以分为电芯成本，模组成本和制造成本三个部分。从韩国SNE Research的报告中可以看到，在大众的MEB项目中，2016年，电芯成本比例为50% ，模组成本比例为13.3%，制造成本为36.7%。大众目标在2020年实现目标成本每千瓦时93美金。从2016年到2020年的计划上看，电芯的成本下降了40美金，从数值来看是最多的，而制造的成本比例从36.7%下降到34.4%，从下降比例上来看是最高的。

锂电池成本构成：

①材料占整个电池70%，人工、水电20%，折旧10%。

②原材料中，正极占30%-40%，隔膜占15%-30%，电解液占20%-30%，负极5%-15%

CATL的说法是，要通过扩大规模、技术研发和产业上下游合作三个方式来控制成本，比如，到2020年之前形成50G瓦时的有效产能，在生产制造的合作上，让上下游可以分担一些冗余的设计，让行业整体一起承担电池成本的压力。

在对规模的认知上，大家是高度一致的，而在技术研发上，则各有所长。LG化学强调的是富镍，三星考虑的则是固体电解质的升级，宣称到2017年实现400Wh/kg的能量密度目标。而特斯拉则研究硅碳负极电池，在人造石墨中加入10%的硅基材料，将电池的能量密度提升至300wh/kg 。

在生产制造上，马斯克提出了“第一原理”的考虑，他认为电池成本该由原材料来决定，制造上的成本理应得到更大比例的压缩，比如不断提高机器的生产速度，达到相当于子弹发射速度的水平。

韩国的研究机构SNE Research研究了18650电芯成本，电芯原材料成本占79.1%，组装成本占20.9%，而所有成本中，由于受钴价的影响，阴极材料所占成本比例最高，为31%。

可以肯定的是，电池成本还会逐步下降，而电动车也将很快实现市场化生存。在具体时间上，大部分的研究报告都指向了2020-2022年间。

新能源电池的分类

国外典型车型动力电池配套情况：

一、铅酸电池

铅酸电池作为比较成熟的技术，因其成本较低，而且能够高倍率放电，依然是唯一可供大批量生产的电动车用电池。北京奥运会时，有20辆使用铅酸电池的电动汽车，为奥运会提供交通服务。

但是铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都很低，以此为动力源的电动车不可能拥有良好的车速及续航里程。

二、镍镉电池和镍氢电池

虽然性能好于铅酸电池，但含有重金属，使用遗弃后对环境会造成污染。

镍氢动力电池刚刚进入成熟期，是目前混合动力汽车所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系，现有混合动力电池99%的市场份额为镍氢动力电池，商业化的代表是丰田的普锐斯。目前全球主要的汽车动力电池厂商主要有日本的PEVE和 Sanyo，PEVE占据全球Hybrid动力车用镍氢电池85%的市场份额，目前主要的商业化的混合动力汽车如丰田的Prius、Alphard和 EsTIma，以及本田的Civic，Insight等均采用PEVE的镍氢动力电池组。在我国，长安杰勋、奇瑞A5、一汽奔腾、通用君悦等品牌轿车已经在示范运行，他们采用的也都是镍氢电池，不过电池主要向国外采购，国内镍氢电池在汽车上的运用仍处于研发匹配阶段。

三、锂电池

传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟，但它们用在汽车上作为动力电池则存在较大的问题。目前，越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池。

因为锂离子动力电池有以下优点：工作电压高(是镍镉电池氢-镍电池的3倍)；比能量大(可达165WH/kg，是氢镍电池的3倍)；体积小；质量轻；循环寿命长；自放电率低；无记忆效应；无污染等。

当前许多知名的汽车制造商都致力于开发动力锂电池汽车，如美国福特、克莱斯勒，日本丰田、三菱、日产、韩国现代、法国Courreges、Ventury等。而国内汽车制造商比亚迪、吉利、奇瑞、力帆、中兴等车企也纷纷在自己的混合动力和纯电动汽车中搭载动力锂电池。

目前阻碍动力锂离子电池发展的瓶颈是：安全性能和汽车动力电池的管理系统。安全性能方面，由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境恶劣等方面的原因，加上以人为本的安全理念，因此，用户对电池的安全性提出了非常高的要求。汽车动力电池的管理系统方面，由于汽车动力电池的工作电压是 12V或24V，而单个动力锂离子电池的工作电压是3.7V，因此必须由多个电池串联而提高电压，但由于电池难以做到完全均一的充放电，因此导致串联的多个电池组内的单个电池会出现充放电不平衡的状况，电池会出现充电不足和过放电现象，而这种状况会导致电池性能的急剧恶化，最终导致整组电池无法正常工作，甚至报废，从而大大影响电池的使用寿命和可靠性能。

四、磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其比能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高，循环次数能达到2000次，放电稳定，价格便宜，成为车用动力新的选择。

比亚迪提出的“铁电池”，业界人士认为其为磷酸铁锂电池的可能性较大。

五、燃料电池

简单地说，燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

最有望用于汽车的是质子交换膜燃料电池。它的工作原理是：将氢气送到负极，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中两个电子被分离出来，这两个电子在正极的吸引下，经外部电路产生电流，失去电子的氢离子(质子)可穿过质子交换膜(即固体电解质)，在正极与氧原子和电子重新结合为水。由于氧可以从空气中获得，只要不断给负极供应氢，并及时把水(蒸汽)带走，燃料电池就可以不断地提供电能。

因为燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%~60%，而火力发电和核电的效率大约在30%~40%。

新能源汽车电池突破

“在过去一年里，电动汽车产业正在向高质量发展转型，形势很喜人。” 1月7日，在中国电动汽车百人会召开钓鱼台论坛前夕，中国电动汽车百人会理事长陈清泰在接受21世纪经济报道记者采访时表示。

高质量发展转变的主要表现为：正向开发几乎完全取代了逆向开发、创新能力持续提高、整体技术水平上了一个很大的台阶；电动汽车在用户和市场上的接受程度迅速提高；主要产品从中低档转向了中高档，部分已经提出要瞄准高档车、豪华品牌。

同时，当全球主要汽车企业争先恐后地公布向电动车转型时，我国电动汽车的产业体系在逐渐完善，主要零部件特别是动力电池方面，始终保持国际一流的水平，主要零部件水平、配套能力提升很快。

性价比将超燃油车

2017年，1-11月份我国新能源车累计销售60.9万辆，同比增长51.4%，距离完成70万辆的年度目标仅一步之遥。有专家预测，12月的销售数据还没有出来，不过2017年新能源汽车总销量可能超过80万辆。

“电动汽车再往前发展要跨越一个临界点，就是电动车的性价比达到和超过燃油车，如果跨过了这个坎，电动车就可以依托市场力量自主发展了，现在还得靠政策、靠政府补贴。”陈清泰告诉记者，当财政补贴完全取消之后，双积分政策作为替代政策，新能源汽车积分比例将在2020年12%的基础上，继续上调。

这个临界会出现在什么时候？陈清泰的判断是，大约在2025年前后。

对此，陈清泰建议车企要在以下几个方面做好准备：首先是在财政补贴退坡之后，做好可持续发展的保障工作，另外电动车自身要通过轻量化、节能化提高性价比；其次，产品技术要双线作战，其中一条战线是完善汽车的行驶功能，另一条战线则是将智能网联和共享化应用到新能源汽车上；第三，自动驾驶是争夺未来的一个制高点；第四，在有限的时间要抓紧做品牌建设。

同时，随着汽车产业与电动化、智能化、信息化等新技术的深度融合，我国涌现出了一大批新势力造车公司，从跟随到影响全球，中国汽车产业正在走出了一条由汽车大国迈向汽车强国的道路。

“要在电动汽车上真正在全球站住脚，或者干出我们的特色，要是完全依赖电动化也是没戏的，很难比传统汽车做得更好。但是如果在网联化、智能化、共享出行等方面能够发力的话，完全有可能战胜，因为这是我们的强项。我非常希望互联网企业要大跨度进入电动车行业，要分享这块蛋糕，改变传统汽车的基因。”陈清泰说。

不过，中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高强调，虽然电动汽车的核心技术通常来说是电池、电机、电控，然而对整车厂来说，它们更多地是做品牌、技术、营销服务的集成。

相比传统汽车，这一点在电动车上体现尤为明显，而我国车企与国外车企差距更多的是表现在综合电耗上。“日产的新一代聆风，在欧洲工况下40度电跑300多公里，在日本工况下甚至可以跑到400公里，我们国家车企和他们的差距还是比较大的。”欧阳明高告诉记者。

动力电池比能量突破很大

欧阳明高同时表示，2017年我国动力电池技术已经取得了实质性进展，动力电池系统能量密度已达到150瓦时/公斤甚至以上，锂离子动力电池单体比能量有望于2020年前实现300瓦时/公斤目标。

2017年3月1日，工信部、发改委、科技部、财政部四部委印发的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》(以下简称“行动方案”)中提出了动力电池发展的主要目标，到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤；系统比能量力争达到260瓦时/公斤、成本降至1元/瓦时以下，使用环境达-30℃到55℃，可具备3C充电能力。到2025年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500瓦时/公斤。

“目前国内外技术研发基本处于同一水平，不过锂离子电池的核心是安全性。”欧阳明高表示，在新能源汽车专项研究方面，宁德时代新能源、天津力神、合肥国轩已经取得了较大的技术突破。

据了解，宁德时代动力电池单体能量密度已经达到304瓦时/公斤，循环寿命基本上在1000次左右，安全性检测全部通过；另外力神和国轩团队循环寿命和能量密度与目标要求相差无几。

但我国动力电池技术发展并不均衡。欧阳明高告诉记者，当前我国动力电池研究具体可总结为四个方面：一是2020年300瓦时/公斤的单体比能量可实现产业化，但安全性要加强；二是作为实现远期目标的两类新体系，锂硫、锂空气电池方面，目前国内外进展相对缓慢，2017年没有看到突破性的进展；三是固态电池的研发产业化持续升温，但受到固/固界面稳定性和金属锂负极可充性两大问题的制约，真正的全固态锂金属负极电池还没有成熟，但是以无机硫化物作为固态电解质的锂离子电池出现突破；四是中国在高容量富锂正极材料方面，2017年取得了一些突破，基于高容量富锂正极和高容量硅碳负极的革新型锂离子电池比锂硫和锂空电池更具可行性。

据此判断，2020年，我国动力电池单体能量密度将实现300瓦时/公斤、比功率达1000瓦时/公斤，循环1000次以上，成本0.8元/瓦时以内；2020-2025年，动力电池单体能量密度从300瓦时/公斤可以提升至400瓦时/公斤，每瓦时成本从0.8元降到0.6元以内。

“2025年，具备一般性价比的纯电动轿车合理的里程是300-400公里。但2030年，最大的技术突破将体现在电解质上，固态电池会规模产业化，电池单体比能量有望冲击500瓦时/公斤。2030年，常规的性价比车型，续航里程应该可以达到500公里以上。”欧阳明高称。

汽车电池技术最新突破

前不久美国菲斯科汽车发布的一则专利消息引起了全世界的瞩目，它所研发一种固态电池，能仅用1分钟的充电时间，将电动汽车的续航能力提升到804公里，并且能在2020年通过材料和制造技术的进展将成本降到常规锂电池的三分之一。国内企业宁德时代、中航锂电、宁波材料所等单位都在积极布局全固态锂电池，2019年后或将投入量产，未来可期。CATL总裁黄世霖在接受媒体采访时表示，在10年以内，三元材料的性能和能量密度的提升，会是业内技术发展的主流，因为目前这是真正被验证的可量产和应用的方向。如果技术路线发展到极致，就是通过对固态电解质、锂金属的应用，在理论极限上把能量密度做到700瓦时每公斤的水平。

固态电池也由此进入大多数人的视野，其实从原理上说和目前的液态锂电池是一样的，最大的区别就是电解液变成了固态，凭借密度、结构优势将更多带电离子聚集在一端，可以传导更大的电流，电池容量因此大幅度提升。

固态电池最显著的特点有两个，一是能量密度大，很多实验室已经做到了300-400Wh/kg，这是传统锂电池的2.5-3倍，另外就是更安全，更大程度杜绝了电池破裂或高温等意外带来的燃烧隐患。

当然固态电池也有缺点，就是电导率总体偏低、内阻较大、充电速度慢，至于美国菲斯科汽车如何做到充电1分钟，续航800公里，那是它的核心机密了，

总的来看，如果固态电池能真正低成本产业化面向市场，将彻底解决当前电动汽车普及的核心难题，新能源汽车将真正做到杀死汽油车。

根据彭博社的研究，到2030年，电池只需要不到1%的锂，镍，锰，铜的存量，4%左右的钴的存量，而到2030年以后，在电池的研发上可能会出现更轻更小更便宜的新材料，所以无需担心原材料的储量问题。大家对原材料担心更多的是产能的锁定。为了安定民心，特斯拉表示，他们已为Model 3的量产储备了足够的原材料。

纵观中国动力电池产业全局，上游有丰富的锂矿资源，正极、负极、电解液等关键原材料，制造装备也能完全国产化；再看下游，中国拥有世界最大的新能源汽车市场，当前自主品牌几乎垄断了市场份额；政府层面又营造了良好的政策及补贴环境，未来三年将是中国动力电池企业的黄金蓄力期。

文章信息来源：网络

整理：生意汇商学院

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