动力电池系统作为新能源汽车的核心发展如何?

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引言

2022年是新能源汽车销量大爆发的一年，国际能源署（IEA）2022年全球新能源汽车总销量超过1000万辆。中国新能源汽车总销量达到689万辆，占全球近70%，渗透率超过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。动力电池系统作为新能源汽车的核心发展如何？本文将从产业图谱、技术进步、技术路线、市场前景、竞争格局、发展趋势等方面逐一分析。

01

产业图谱

动力电池系统主要装载在新能源乘用车和商用车上，以提供驱动力。从能量承载介质的角度来看，主流动力电池包括锂电池、钠电池和氢燃料电池。

锂电池主要由电池芯、BMS和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、电解质和集流体。

图1：锂动力电池系统工业图谱

来源：火石创造产业数据中心

钠电池的工作原理与锂电池相似，结构相似。电池芯也可分为五个部分：正极、负极、隔膜、电解质和集流体。钠电池系统行业的参与者相对较少。

图2：钠动力电池系统工业图谱

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氢燃料电池系统主要由电堆、储氢罐、氢循环泵、空压机等相应的电气和结构部件组成，主要装载在商用车上。

图3：氢燃料电池系统工业图谱

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技术进步：按下加速键进行渐进演化

自19世纪末法国人以铅酸电池为动力电池制造世界上第一辆可行电动汽车以来，已有100多年的历史。但现代动力电池的真实故事始于锂电池的大规模应用。1997年，日本公司在汽车上装载了最初用于电子产品的锂电池，并制造了世界上第一辆锂电池动力汽车。

经过20多年的发展，特别是近年来，锂电池在材料、配方、结构、高压、硅基、高镍、锰、钴、半固态、低温控制、快速充电技术、刀片电池、麒麟电池、弹匣电池、龙鳞电池、4680大圆柱形电池、单能量密度从最初不到100Wh/公斤增加到200Wh/公斤以上，宁德时代通过高镍NCM技术与硅混合锂技术和CTP集成技术取得了265Wh/kg能量密度的突破，千公里行驶里程不再遥不可及；电力电池的成本也在一路波动下降，每千瓦时电力电池的市场价格下降到1000元以内；电池被动安全性能大大提高，针刺无火灾，枪击无爆炸，成为行业入门级标准。

图4：动力电池的发展趋势

来源：火石创造产业数据中心

相对而言，钠电池的成本较低，综合成本比锂电池低30%-40%。第一代蜂巢能源钠离子电池原型样品的能量密度已达到110Wh/kg，未来，随着能量密度和循环寿命的提高，钠离子电池将成为锂离子电池的强大竞争对手和替代品。

氢燃料的能量密度远高于传统燃料，远高于锂和钠，具有清洁燃烧产品、快速加注燃料的优点。它是理想的动力能源。从长远来看，它是一个重要的发展方向。

03

技术路线：不同技术路线电力电池系统短期并行发展

目前，锂电池技术更加成熟和广泛。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、输出功率和制造成本方面都有自己的特点，可以适应不同的应用场景，并将在短期内并行发展。多技术路线布局也已成为许多汽车公司的共同选择。

图5：不同类型的电池优先应用领域

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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%，装机市场规模超过2000亿元。在动力电池装机中，三元电池装机量为105GWh，占40%，较2021年下降13%，磷酸铁锂电池装机量为155GWh，占59%。氢燃料电池总装机量小于1GWh，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。

图6：全国动力电池装机量趋势图

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其中，锂离子电池系统将保持稳定快速增长，半固态/固态锂、钠离子和氢燃料电池系统将迎来爆炸性增长。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、200亿元和100亿元。

表1：不同类型的动力电池市场预测

来源：火石创造产业数据中心

随着新能源汽车的发展，动力电池企业开始跑马圈地。长三角、粤港澳、川渝是R&D和产能布局的重点领域。从动力电池企业发布的2025年规划产能来看，总计突破4TWh，规划产能严重过剩，需要长时间消化。从实际投产来看，有的企业开工严重不足，但同时，优质动力电池供应不足。该行业显然具有“总量过剩、结构性短缺”的特点。

表2：城市动力电池企业布局城市布局城市布局

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竞争格局:市场份额集中在龙头企业和国内企业

市场集中度显著提高。TOP10企业的市场份额从2019年的86.9%提高到2023年Q1的94.6%，提高了7.7个百分点。TOP5企业的市场份额从2019年的75.6%提高到2023年Q1的80%，提高了4.4个百分点。

国内企业的市场份额显著增加。在前十名中，国内企业从2019年的4家增加到2023年的5家Q1，市场份额也显著增加。特别是宁德时代的市场份额从27.9%增加到35%，多年来一直位居世界第一。比亚迪也从9.5%增加到16.2%，超过了LG、在全球出货量排名第二的松下。

图7：2019年全球动力电池装机市场份额

图8：Q12023年全球动力电池装机市场份额

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发展趋势：平衡技术和成本，规范发展

通过不断的技术创新，探索能量密度的上限，追求电池的基本安全仍将是电池企业发展的主要任务，同时，平衡先进技术与成本的关系，甚至部分牺牲先进技术实现低成本和市场可接受性也是电力电池企业必须考虑的选择。

适度的产能过剩有助于激活市场竞争，但产能过剩会造成资源浪费，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”

随着动力电池技术的日益成熟，技术标准和规范也被列入议程，如动力电池规格和尺寸标准化。同时，作为动力电池的第一方阵国家，建立“中国动力电池标准”也是中国参与国际竞争、建立核心能力的必然选择。

作者|火石创作 王迎利