一、車用動力電池發展的主要問題與總體認識

1.動力電池發展仍然存在不確定性

當前，電動化已成為汽車產業不可逆轉的大趨勢。而車用電池作為影響電動汽車可持續發展的關鍵因素之一，其發展仍存在一定的不確定性。這其中既有科學問題，也有產業應用問題。

從科學的角度來看，車用電池技術目前尚未收斂：一方面，電池材料體系仍面臨多樣選擇，主要包括磷酸系電池、三元系電池、鈉電池、無鈷電池以及固態電池等，其下又可細分為磷酸鐵鋰電池、磷酸錳鐵鋰電池，三元5系電池、三元8系電池，半固態電池、全固態電池等。另一方面，電池技術及工藝的開發，包括電池性能潛力的可開發程度、關鍵的時間節點、電池與整車集成趨勢下的創新方向等，也存在不確定性。

從應用的角度來看，電池還涉及到多種不同應用場景的選擇，以及對這些場景潛力的判斷：例如，不同材料體系的電池是適用于儲能，還是適用于車輛動力系統？是適用于低端車型、中端車型，還是高端車型？又如，某種電池在各種特定場景下的應用狀況，有無替代性的競爭電池，市場空間的大小以及市場爆發和飽和的時間點，產能布局和建設的情況，等等。

顯然，上述問題對于企業在電動化方向上進行戰略決策及保持戰略定力至關重要，并將直接影響汽車產品的研發周期、成本乃至綜合競爭力。為此，蓋斯特基于長期持續的深入研究，結合產業發展的最新實踐，對主流動力電池當前的現狀及未來的趨勢進行了研判。特將觀點分享如下，供行業同仁參考。

2.動力電池的創新發展仍有很大空間

動力電池的創新主要涉及材料創新、結構創新、集成創新和裝備創新等。其中，材料創新是根本因素，工藝結構創新、電池與整車集成創新是重要因素，裝備創新則是支撐因素。這些創新既有各自的獨立性，又彼此影響、密切相關。四個創新領域的不斷拓展，特別是“四合一”的協同創新，將是今后動力電池優化的主要方向。參見圖1。

圖1車用動力電池的創新方向與相互關系

具體來說，首先，材料創新深度影響結構創新。動力電池需要基于材料的固有特性，有針對性地設計適配的封裝、集成形式。同時，結構創新也會反向推動材料創新。例如，高集成化、結構極簡化等結構創新要求電池材料進行摻雜、包覆等改良性創新，以更適配于結構。其次，電池與整車的集成創新對電池材料和結構提出更高、更多的創新要求。最后，電池材料、結構和集成創新都會對裝備提出創新要求。如果沒有裝備的支撐，再先進的電池設計方案也很難落地。

總體而言，動力電池創新仍有很大的發展空間，而不同材料體系的電池創新各有不同的側重點，這將帶來磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、半固態電池、全固態電池以及鈉離子電池等不同的應用前景。下面逐一進行分析。

二、不同材料體系電池的現狀及發展趨勢判斷

1.磷酸鐵鋰電池

蓋斯特判斷：磷酸鐵鋰電池的近期發展及未來潛力均會超出預期。得益于其高安全、低成本及性能提升潛力，磷酸鐵鋰電池在今后10年仍將占據主導地位。

一方面，磷酸鐵鋰電池具有低成本、長壽命、產業鏈成熟等突出優勢。低成本和長壽命的特點，決定了磷酸鐵鋰電池更適用于儲能；同時產業鏈成熟，又進一步增強了其相對于其他儲能技術的競爭力。不過磷酸鐵鋰電池的安全性與其儲存的總能量成反比，目前大容量磷酸鐵鋰電池的安全性還面臨一定挑戰，這是未來需要解決的關鍵技術問題之一。另一方面，磷酸鐵鋰電池也有能量密度較低、快充性能和低溫性能較差等劣勢，導致其在車端應用存在局限，只能作為中低端車型的主流選項。

當前磷酸鐵鋰電池以車端應用為主，且呈現出快速增長的態勢，2020-2023年磷酸鐵鋰電池在汽車市場上的占有率分別為36%、51%、55.6%、67%；同時儲能應用尚處于示范階段，多個省份陸續發布了示范項目，不過儲能應用的長期潛力是非常巨大的。需要注意的是，隨著產能的迅速攀升，近期磷酸鐵鋰電池或將出現日益嚴重的產能過剩問題。據統計到2023年底，磷酸鐵鋰正極材料的產能達到349萬噸，支撐著約1500GWh的電池產能，遠超實際需求。

對于企業來說，必須從自身產品的市場定位和特性需求出發，進行磷酸鐵鋰電池的技術開發。如果是用于商用車或者儲能，應著力研發長循環壽命的磷酸鐵鋰電池；而如果是用于乘用車，那循環壽命夠用即可，更多地應考慮如何提升磷酸鐵鋰電池的能量密度。

展望未來，預計磷酸鐵鋰電池將基于場景需求驅動，在以下幾個主要方向上進一步優化：一是提升能量密度。通過負極引入硅氧，其能量密度可提升10%左右；通過正極摻雜錳元素，其能量密度理論上可提升20%左右，實際上也可提升10%以上。由于能量密度的提升會帶來循環壽命的下降，因此這方面的優化主要面向車用場景。二是提高循環壽命。如果不追求更高的能量密度，磷酸鐵鋰電池相對容易實現1萬次以上的循環壽命。這方面的優化主要面向儲能場景。三是提升耐低溫性能，通過電解液改進等類似的小優化持續進步，可實現在-20℃下放電容量保持率達到85%甚至更高。

綜上，磷酸鐵鋰電池的性能特點及成本優勢決定了其在近中期的車用/儲能市場上均有較大的應用空間。蓋斯特對磷酸鐵鋰電池市場空間的預測見圖2。

圖2磷酸鐵鋰電池的市場空間預測

如圖2所示，在可預期的未來，磷酸鐵鋰電池在車用和儲能雙輪驅動下，市場空間將持續擴大。車用方面，2030年前磷酸鐵鋰電池都將處于主流地位，不過市場占有率會先升后降，中期的替代可能來自于磷酸錳鐵鋰電池，而長期的替代將來自于三元鋰電池。儲能方面，2030年前磷酸鐵鋰電池會有較大的發展機會，之后將面臨日益加劇的多元儲能方式競爭。其中，退役電池的數量正快速激增，有望在儲能場景得到應用；同時鈉電池約在2025年、V2G（車輛與電網互動）約在2030年、氫能約在2035年開始，將對儲能市場格局產生較大影響。此外，海外市場也是磷酸鐵鋰電池的重要機遇，且目前正處于有利時期。因為中國企業已有成熟經驗（包括技術、工藝、裝備、設計等），再加上中國電動車的加快出海，預計磷酸鐵鋰電池在海外市場將迅速進入爆發期。

2.三元鋰電池

蓋斯特判斷：三元鋰電池雖然目前的發展速度低于預期，但是后續潛力很大。憑借其能量密度、快充性能等優勢，三元鋰電池將是今后15年中高端車型上的主流選項。

一方面，三元鋰電池在能量密度、快充性能和低溫性能等方面具有優勢。例如，其單體能量密度可達300Wh/kg以上，極限可做到500Wh/kg，遠超磷酸鐵鋰電池；又如，三元鋰電池正在開發可支持6C甚至8C超快充（C為電池充放電倍率，等于充放電電流/額定容量）的高倍率充電，而磷酸鐵鋰電池通常只能做到1.5C左右，即使領先的產品，目前也僅做到4C，快充速度相差很大。另一方面，三元鋰電池在成本、安全性、循環壽命及資源依賴等方面仍有劣勢。例如，三元鋰電池能量密度的提升將帶來其安全性挑戰的升級；又如，鋰、鈷等主要材料的價格波動會影響三元鋰電池的成本。針對這些問題，三元鋰電池正向單晶化、高壓化、高鎳化的方向發展，同時回收技術也日益受到重視。

當前，三元鋰電池在中高端車型上占據絕對核心地位，盡管裝車占比有所下降，不過得益于新能源汽車的高速增長，絕對數量仍在提升。當然，三元鋰電池的市場空間主要集中在車用，因為其受循環壽命和成本的限制，不太適合儲能應用；同時在消費電子領域雖有一定優勢，但總體上需求有限。此外，三元鋰電池的產能存在結構性過剩，即總體產能過剩，而高端產能仍然不足。預計到2025年，三元正極材料的產能可達200萬噸，足以支撐1150GWh的電池產能；但在高安全、高品質管控、高能量密度的高端電池市場上，還會有較大的缺口。

對于企業來說，要充分認識到三元鋰電池較大的開發潛力，尤其應著力做好正負極的潛力挖掘與電池的安全管控，同時也應加快推進材料回收，以降低電池成本并減少對資源的依賴。

展望未來，預計三元鋰電池將向更高能量密度、更高安全性以及提高循環壽命、降低成本等方向發展。其中，在能量密度方面，5系電池中鎳高壓化后可達到8系電池水平，且有成本優勢，短期內有一定的競爭力；長期來看，則需在超高鎳正極（增鎳降鈷）和硅碳負極（增硅）等方面持續優化。在此過程中，所需的主要技術支撐，一是降低電解液中液體含量，這就需要實現材料改進、電極設計優化以及制造升級；二是攻關復雜性越來越高的安全技術，特別是與電動汽車的熱管理有效結合。在成本方面，需從產業鏈布局和模式創新等維度入手來降低成本，而做好回收與電池成本息息相關，直接關乎未來產品的核心競爭力，應成為企業關鍵性的長期戰略。

綜上，由于三元鋰電池的開發潛力大，同時其他替代性電池的量產應用尚待時日，所以，三元鋰電池雖然近期市場份額有所下降，但中長期的發展前景仍然值得期待。蓋斯特對三元鋰電池市場空間的預測見圖3。

圖3三元鋰電池的市場空間預測

如圖3所示，在可預期的未來，三元鋰電池將有很大的增長空間，而當前痛點的解決將推動其得到更廣泛的應用。從時間上看，未來15年三元鋰電池都將是主流的車用電池，且市場占有率會逐漸回升。其原因有二：一是全新材料體系的全固態電池具有充分替代三元鋰電池的可能性，但這種替代將是工業體系的替代，涉及到產業鏈配套、產能調整、政策支持（屆時很難再有針對動力電池的補貼等激勵政策）以及成本控制等一系列關鍵問題，因此這注定需要很長的時間跨度，不可能一蹴而就；二是相對于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在快充、低溫和能耗等方面的性能優勢是機理性的，不會改變，而其安全性可以持續提升，成本劣勢也有望不斷改善，這將使三元鋰電池的應用車型逐步下沉，在更多的中端車型上得到使用。而從區域上看，通過技術合作、本地化生產、投資并購等方式，三元鋰電池也有出海機遇，近期應以歐洲為主，酌情探索亞洲、北美地區。

3.半固態電池

蓋斯特判斷：半固態電池的潛力有限，其發展恐將不及預期。這是因為半固態電池仍處在傳統鋰離子電池的范疇，屬于技術改進性質，并不具有顛覆性。

由于全固態電池面臨量產難題，未來發展存在不確定性，同時高能量密度的液態電池存在安全性問題，所以才產生了半固態電池的發展需求。半固態電池并沒有改變現有電池的機理，只是致力于提供一種能量密度和安全性更高的改進方案。為此，需要基于技術可行性和性能、安全訴求，選擇合適的電解質?？蛇x的材料主要有氧化物和聚合物等，當前氧化物電解質是主流。

通過這樣的改進，半固態電池的安全性和能量密度都會有所提升，當然這并不會是顛覆性的突破。同時，其快充性能面臨挑戰，必須在技術和工藝方面進一步創新。此外，還需克服相對于現有電池的成本劣勢，這種劣勢主要來自制造環節（工藝/裝備調整、涂布效率低、產線良品率低等）的成本增加。

在過去一段時間里，一些企業紛紛宣布開始量產半固態電池，因此可視為半固態電池投入應用的開端。不過，后續系統及整車級的各種驗證還有大量工作要做，其產業化進程還只是剛剛開啟。據調研統計，到2025年半固態電池的規劃產能有近100GWh，遠期規劃產能大于200GWh。

對于企業來說，可以把半固態電池作為改進三元電池的重要方案之一，但必須清楚，這種改進方案并非一定必要，只是選項之一。

展望未來，半固態電池可能的應用將率先在中高端以及特定場景的車型上實現，不過其發展需要一定的時機，從根本上講取決于全固態電池的發展進程。具體來說，半固態電池的關鍵訴求是補齊短板，核心工作是做好各種性能的平衡和提升，主要發展方向包括：第一，采用相應的正負極材料以提高能量密度，如正極使用超高鎳三元材料，負極使用高硅碳、含鋰復合材料。第二，挖掘快充性能潛力以及提高循環壽命與穩定性，如設計新型電極材料、優化電解質材料和改進界面工程等。第三，在規?；a中降低成本，包括提高制造效率、提升良品率和擴大生產規模等，這部分的成本增量遠超材料成本。

總體而言，半固態電池的需求與全固態電池的發展速度息息相關，全固態電池應用得越快，半固態電池的空間就越有限。半固態電池的市場應用有兩個關鍵拐點：拐點1是半固態電池的成本與液態電池基本持平之時，蓋斯特估計大約在2027年前后可以實現，同時半固態電池在兼顧主要性能方面也會持續進步。由此，半固態電池將由小批量裝車進入到規?；慨a應用的階段。拐點2是全固態電池開始規?；慨a，兩者的成本大約在2035年左右有望持平。在此之后，半固態電池的市場空間將逐步被全固態電池所取代。實際上，目前磷酸鐵鋰、三元鋰電池基本可以滿足車用需求，半固態電池在常規場景下并無明顯優勢。后續隨著成本和性能的優化，半固態電池或可在B級以上的中高端車型上得到一定的應用。因為這類車型的成本敏感度相對較低，同時一些注重技術領先的企業也可以將其作為打造品牌的一項技術加以宣傳和推廣。

未完待續，請繼續關注《蓋斯特研報：車用動力電池發展現狀與未來趨勢預判（下篇）》