2022年是新能源汽车销量大爆发的一年,国际能源署(IEA)公布2022年全球新能源汽车总销量突破1000万辆。我国新能源汽车总销量达到689万辆,占全球近七成份额,渗透率也超过25%,提前三年实现了20%的发展目标,大大超出了业内人士和消费者的预期。作为新能源汽车的心脏,动力电池系统发展得怎么样?本文将从产业图谱、技术进展、技术路线、市场前景、竞争格局、发展走向几个方面一一分析。

产业图谱

动力电池系统主要装载于新能源乘用车和商用车上,用于提供行驶驱动力。从能量承载介质来看,目前主流动力电池包括锂电池、钠电池和氢燃料电池等。

锂电池主要由电池芯、BMS及相应的电气和结构部件组成,其中,电池芯可分为正极、负极、隔膜、电解液、集流体五大部分。

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图1:锂动力电池系统产业图谱 来源:火石创造产业数据中心

钠电池与锂电池工作原理相似,结构相近,电池芯同样可分为正极、负极、隔膜、电解液、集流体五大部分。相对而言,钠电池系统产业参与者更少一些。

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图2:钠动力电池系统产业图谱 来源:火石创造产业数据中心

氢燃料电池系统主要由电堆、储氢罐、氢气循环泵、空压机及其他相应的电气和结构部件组成,主要装载于商用车。

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图3:氢燃料电池系统产业图谱 来源:火石创造产业数据中心

技术进展:渐进式演化按下加速键

自从十九世纪末法国人将铅酸电池作为动力电池造出了世界上第一台可行驶的电动车以来,至今已有100多年的时间。但真正意义上的现代动力电池故事还是从锂电池的大规模应用开始。1997年,日本企业将原本用于电子产品的锂电池装载于汽车上,制造出了世界上第一台锂电池动力汽车。

经过二十多年发展,特别是近几年,锂电池在材料、配方、结构等方面加速演进,高压、硅基、高镍、掺锰、去钴、半固态、低温控制、快充等技术层出不穷,刀片电池、麒麟电池、弹匣电池、龙鳞甲电池、4680大圆柱电池等密集面世,单体能量密度从最初的不到100Wh/kg增加到200Wh/kg以上,宁德时代通过高镍NCM技术、掺硅补锂技术、CTP成组技术,已实现能量密度265Wh/kg的突破,千公里行驶里程也不再遥不可及;动力电池成本也在一路波动式下降,每千瓦时的动力电池市场价格下降至千元以内;电池被动安全性能已得到了大大提升,针刺不起火、枪击不爆炸,成为行业入门标准。

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图4:动力电池发展趋势 来源:火石创造产业数据中心

相对而言,钠电池成本更低,综合成本比锂电池低30%-40%,蜂巢能源第一代钠离子电池原型样件的能量密度已达到110Wh/kg,未来随着能量密度和循环寿命的提升,在低速短程领域,钠离子电池将成为锂离子电池有力的竞争对手和替代者。

氢燃料能量密度远高于传统燃油,更远高于锂和钠,且具有燃烧产物清洁和加注燃料速度快的优点,是理想的动力能源,长远来看,是重要的发展方向。

技术路线:不同技术路线动力电池系统短期并行发展

目前,锂电池技术更成熟,应用也更为广泛。但这并不意味着其他类型的动力电池没有发展空间。不同类型的动力电池在能量密度、输出功率、制造成本上各有特色,可适配于不同的应用场景,短期内将并行发展。多技术路线布局也成为众多车企的共同选择。

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图5:不同类型电池优先应用领域 来源:火石创造产业数据中心

市场前景:产能过剩和供应不足将长期并存

2022年,全国动力电池装机量达到260.94GWh,同比86%,装机市场规模超2000亿元。动力电池装机中,三元电池装机105GWh,占比40%,较2021年下降13%,磷酸铁锂电池装机155GWh,占比59%,氢燃料电池等装机量合计小于1GWh,占比不到1%。

保守估计,到2025年全国动力电池装机量将超过600GWh,装机市场规模将超过5000亿元。

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图6:全国动力电池装机量趋势图 来源:火石创造产业数据中心

其中,锂离子电池系统将保持平稳较快增长,半固态/固态锂、钠离子、氢燃料电池系统将迎来爆发式增长。预计2025年,锂离子电池系统、半固态/固态锂电池系统、钠离子电池系统、氢燃料电池系统等市场规模将分别达到4000亿元、700亿元、200亿元、100亿元。

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表1:不同类型动力电池市场预测 来源:火石创造产业数据中心

借新能源汽车发展之东风,动力电池企业开始跑马圈地,长三角、粤港澳、川渝地区是研发和产能布局重点区域,从动力电池企业已发布的2025年规划产能来看,合计突破4TWh,规划产能严重过剩,需要较长时间消化,从实际投产来看,部分企业开工也严重不足,但与此同时,优质的动力电池却存在供应不足的情况,行业明显呈现“总量过剩、结构性短缺”的特征。

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表2:动力电池企业布局城市 来源:火石创造产业数据中心

竞争格局:市场份额向龙头企业和国内企业双集中

市场集中度明显提升。TOP10企业市场份额由2019年的86.9%上升至2023年Q1的94.6%,提升了7.7个百分点。TOP5企业市场份额由2019年的75.6%上升至2023年Q1的80%,提升了4.4个百分点。

国内企业市场份额明显增加。TOP10中,国内企业由2019年的4家增加至2023年Q1的5家,市场份额也大幅增加。特别是宁德时代市场份额由27.9%增加至35%,长年占据全球出货量第一位。比亚迪也由9.5%增加至16.2%,超越LG、松下,跃升至全球出货量第二位。

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图7:2019年全球动力电池装机市场份额

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图8:2023年Q1全球动力电池装机市场份额

发展走向:平衡技术和成本、规范化发展

通过不断的技术创新,探寻能量密度的天花板、追求电池的本质安全仍将是电池企业发展的主线任务,同时,平衡技术先进性与成本之间的关系,甚至部分牺牲技术的先进性以实现低成本和市场可接受也是动力电池企业必须考虑的选项。

适度的产能过剩有助于激活市场竞争,但产能大量过剩将造成资源浪费,不利于行业的健康发展,动力电池企业从“卷产能”转向“卷创新”,行业从无序发展走向规范发展是必然选择。

伴随动力电池技术越来越成熟,技术层面的标准与规范也提上议事日程,如动力电池规格尺寸标准化问题。同时作为动力电池第一方阵国家,建立“动力电池中国标准”也是我国参与国际竞争、构筑核心能力的必然选择。