冬日裏的新能源電池：「糾結」的正極材料與投資機遇

冬日裏一輪寒潮的來襲，卻擋不住新能源汽車的“火熱”。

2020年接近尾聲，縱觀年初至今,新能源汽車的火熱行情前所未有：特斯拉（TSLA.US）一騎絕乘，繼續着去年10月開啓的行情，市值已超七大傳統造車企業市值總和,到達了約6300億美元（約合人民币41300元）。國内新能源汽車三家公司：小鵬汽車（XPEV.US）、蔚來汽車（NIO.US）、理想汽車（LI.US）帶來的新行情也如火如荼。小鵬、理想上市不到半年漲幅均超100%，蔚來汽車截止12月29日更是實現了年内996%驚人漲幅。

乍眼一看遠超預期的絕對高估，其核心價值支撐在哪？

12月21日，國新辦發布了《新時代的中國能源發展》白皮書，提出了2030年力争二氧化碳排放達到峰值，2060年前實現碳中和的戰略目标。中國對能源改革的快速推進，将給市場帶來巨大的挑戰與機遇。

中汽數據聯合世界汽車用鋼聯盟、英國諾丁漢大學、沙特阿美石油公司、生态環境部對外合作與交流中心等16家國内外機構開展的《中國汽車低碳行動計劃2020》研究表明，2019年中國量産乘用車生命周期碳排放總量爲6.2億噸二氧化碳（15萬公裏)。

作爲對比數據，2019年全國碳排放爲106億噸，傳統燃油汽車的巨量碳排放必然成爲我國碳中和戰略目标的重要改革對象。

另一方面，近日在北京順利召開了新能源汽車産業發展“工信沙龍”，會上提到了2020年全年新能源汽車銷量預計将達到130萬輛，年内市場雖然受到了新冠疫情、補貼退坡、和油價下跌的影響，但仍實現了接近8%的同比增長。

與此同時，工信部預測2021年市場表現會有極大提升，增速可能超過30%，全年銷量達到180萬輛。我們預測，随着電動車裏程續航的不斷提升，清潔、環保且更經濟的電動車，滲透率無疑将繼續提升。

作爲新能源汽車廠商最爲關注的核心組件——新能源電池——一直是市場關注的焦點，然而，新能源電池的成本一直居高不下。以蔚來汽車的ES6爲例，ES6汽車在2019年采用的是84kWh電池，根據2019年蔚來汽車動力電池主要供應商甯德時代（300750.SZ）财報中披露的運營成本276億元以及總銷售電池系統40.96億瓦時，粗算得到其動力電池成本約爲631元/千瓦時，蔚來汽車的ES6單車電池成本就超過了53,000元。

新能源電池作爲電動汽車動力/續航的決定性部件，在近幾年電動汽車市場行情持續走高的背景下，其各大電動車品牌核心競争力的地位也被不斷鞏固。

新能源電池：正極材料

電動汽車所使用的動力電池主要由正極材料、隔膜、負極材料以及有機電解液組成。正極材料作爲電池系統中的核心部件，是影響到電池的綜合性能的關鍵。其成本也占據了電池總成本的40%以上。根據使用材料的不同，目前市場上的兩種主流正極材料分别是磷酸鐵锂和鎳钴錳，而使用後者構成的電池也就是三元聚合物電池，簡稱三元電池。

一、磷酸鐵锂電池與三元電池

磷酸鐵锂電池作爲早期純電電動車的搭載電池，如比亞迪（002594.SZ）在2010年上市的首款純電電動車使用的就是其自主研發的磷酸鐵锂電池，具有高安全性和成本較低的特點。

同時，磷酸鐵锂電池的技術在純電汽車發展的早期已經較爲成熟，由此迅速成爲了各電動車品牌電池系統的首選方案。

而随着純電汽車市場的迅速發展，各大廠商技術的不斷提升，市場對于純電汽車的續航能力也愈發重視。續航能力開始成爲了衡量一個純電汽車品牌的首要指标之一。

與此同時，國家四部委于2017年出台的《促進汽車動力電池産業發展行動方案》提出了2020年前實現300Wh/kg的指導要求也推高了新能源車補貼标準。

在這樣的環境下，由于物理限制，能量密度已經接近研發極限的磷酸鐵锂電池出現頹勢，三元電池開始占據市場主流。

市場開始追求三元電池的開發主要有兩個原因：第一，政策補貼對能量密度的要求磷酸鐵锂電池難以達到；第二，電車廠商開始将電動車的高續航作爲賣點開發新車型。

在三元電池的發展過程中發現，三元電池中鎳的占比提升可以顯著提高電池的能量密度。

同時，钴作爲主流三元電池的成分之一，新能源汽車市場的全球火熱大大提升了钴需求，精煉钴的産能也無法短時間内提升，最終導緻了钴價的迅速飛漲。

即使在經曆了2018年市場飽和後的迅速降溫，目前99.8%純度的電解钴仍然高達每噸270,000元。對比之下，99.5%純度電解鎳每噸隻需要132,750元。

钴價走勢圖（單位：美元/噸）（來源：TRADING ECONOMICS）

鎳價走勢圖（單位：美元/噸）（來源：TRADING ECONOMICS）

當這些因素相結合，三元電池研發思路中提升鎳比例，降低钴比例就成爲了市場所普遍認同的研發路線。

然而，伴随着高鎳電池的熱度不斷提升，研發過程中鎳比例的提升所帶來的負面影響也逐漸暴露出來。

如下圖所示，以鎳錳钴（NCM）三元電池爲例，當鎳的比重從33%（鎳、錳、钴比例爲1：1：1）上升到60%（鎳、錳、钴比例6：2：2）時，能量密度有了15%的顯著提升，但同時熱穩定性和容量保持性能也有了明顯下滑。

而當鎳比例提升到80%——即“811電池”時，熱穩定性和容量保持性能繼續下滑。這主要是來源于高鎳環境下高倍率充放電時“枝晶”産生的概率更大，從而影響了電池的整體性能。最近幾年，高鎳電池引起的自燃和爆炸事故也是頻頻發生。

僅今年5月，搭載甯德時代“811電池”的廣汽新能源Aion S在廣東、海南發生了多起自燃事故。電池的安全問題逐漸引起業界的關注。

鑒于上述原因，高鎳電池繼續開發受阻，低钴/無钴電池的全面量産也一拖再拖，三元電池最大的成本問題難以解決。更另新能源汽車感到壓力的是，新能源市場補貼開始退坡，這種壓力同時傳導至了對成本的控制上。

随着2018年年底政策取消了300Wh/Kg的補貼指導方向，原本因爲能量密度瓶頸而受冷落的磷酸鐵锂電池重新受到了市場的重視。

截至2020年11月工信部公示的新能源汽車推廣應用推薦車型目錄（2020年12批)文件所示，上榜純電轎車車型數量爲24輛，其中實裝三元電池的轎車14輛，占比58%；實裝磷酸鐵锂電池的轎車9輛，占比37.5%；其他種類電池轎車1輛，占比4%。

而如果對比2018年的同期數據，2018年第12批車型目錄上所公示的45個純電轎車車型之中，當時搭載三元電池的汽車占比73%，相比之下，磷酸鐵锂汽車僅有17%。相比2018年的懸殊差距，磷酸鐵锂電池的占比已經在迅速回複。

而在客車領域，國内行業龍頭制造商宇通客車2019年全年6米長以上新能源客車銷量爲4007輛，市場占有率達24.75%。

而根據工信部公開資料披露，2020年11月宇通客車最新申報新産品中共有純電動客車19輛，其中采用磷酸鐵锂作爲電池的17輛，占比89.47%，其他兩輛均爲氫氣電池。客車市場出于對安全性與成本問題的考慮，一邊倒地傾向了更具穩定性與性價比磷酸鐵锂電池。

能量密度的短闆也因爲客車空間的充裕而被一定程度地抵消了，宇通最新上報的純電動磷酸鐵锂客車平均續航達到了462公裏。

相比較占據絕對優勢的客車市場，磷酸鐵锂在乘用車領域的市場份額雖然開始出現明顯提升，但是它與三元電池的主要劣勢仍沒有得到解決，在2020年這同一文件中，9個選擇了磷酸鐵锂作爲電池的車型平均單次續航能力爲333公裏，平均能量密度爲130Wh/Kg。與此同時,14個三元電池車型的平均續航能力則達到了445公裏，平均能量密度爲163WH/Kg。

各大新舊造車勢力并沒有嘗試繼續提升磷酸鐵锂的能量密度和續航能力，而是選擇将磷酸鐵锂裝配在強調性價比的車型上，将三元電池裝配在強調性能的車型上，讓消費者自己選擇不同的電池車型。

以特斯拉爲例，特斯拉中國在今年新推出了Model 3的長續航版，通過進一步降低钴占比以及能量密度，續航達到了668公裏。

另一方面，今年10月特斯拉發布了磷酸鐵锂版的Model 3，官方标注的續航能力高達468公裏，雖然依舊存在着冬天低溫環境下電池容量劇烈縮水的問題，但其性價比仍是特斯拉目前産品線中數一數二的。

随着市場開始重新重視磷酸鐵锂電池，電池制造商方面也開始重新規劃。甯德時代作爲國内乃至全球範圍的新能源電池領軍企業，在今年6月份加大了磷酸鐵锂電池的出貨量。

根據真锂研究統計數據披露，甯德時代今年6月所有電池裝機裏，磷酸鐵锂電池占比達到了44.76%，相較5月份增長近14%。甯德時代在繼續保持其高鎳三元電池行業領先地位的同時，加大了磷酸鐵锂電池投入。前文提到的磷酸鐵锂版Model 3所使用電池組就是由甯德時代提供的。

二、刀片電池，一枝獨秀

與此同時，國内另一大電池研發巨頭比亞迪（002594.SZ）把更多注意力放在了磷酸鐵锂電池繼續開發上，并于今年3月正式發布了其自研的新一代磷酸鐵锂電池——刀片電池。比亞迪以一種“彎道超車”的姿态将傳統磷酸鐵锂電池包進行了重塑，通過省去模組和大部分結構件，使得刀片電池的空間利用率大大提升。

雖然沒有從本質上解決磷酸鐵锂作爲正極材料能量密度的短闆，但從體積能量密度的角度上大大提升了刀片電池的性能，使得刀片電池在具備傳統磷酸鐵锂電池高安全性和低成本的同時，很大程度上解決了低能量密度導緻的續航問題。

今年七月，首個搭載了刀片電池的純電車比亞迪“漢”正式上市，截至11月底，累計銷量已達28467輛，11月單月銷量便已破萬，頗有成爲爆款的趨勢。

截至12月25日，比亞迪收盤價爲185.21元每股，充分反映了市場對于一定程度上解決磷酸鐵锂電池能量密度瓶頸的同時、繼續發揮了低成本高穩定性優勢的刀片電池的認可。

結合12月21日比亞迪接待機構投資者調研活動時透露“刀片電池或将獨立對外銷售的信息”，相信比亞迪能借此再次挑戰甯德時代的行業地位。

新技術：選颠覆的還是選改進的？

當下新能源電池發展陷入瓶頸，除了比亞迪刀片電池另辟蹊徑的研究路徑外，電池廠商們還在探索着别的可能，如固态電池與四元電池。

固态電池本質上當然還是锂電池，但與目前的動力電池在正極材料上尋求突破的思路不同的是——固态電池的進化更體現在電解質。傳統電解質爲液态電解質，也就是電解液，固态電池即固态電解質。

固态電池由正負活性物質，集流體，導電劑以及固态電解質五個主要部分組成，目前固态電池技術路線差異主要體現在三種不同的固态電解質：氧化物、硫化物以及聚合物。

聚化物與氧化物的研究尚處于概念階段，硫化物雖然已較爲成熟，但成本的居高不下以及能量密度提升幅度較低導緻了商業化的可能較低。而聚化物與氧化物的商業化,市場普遍預計會在2030年左右。

固态電池在能量密度潛力大幅度上升的同時，由于其固态電解質不可燃不漏液的性質，穩定性也大大提升。在保障電池穩定性的前提下，目前對于固态電池能量密度的預估潛力值已經高達900Wh/Kg，足足是三元電池預估能量密度的三倍，電池容量保持性能及充電速度都将得到大幅提高。

此前元氣資本的研究已做詳細闡述，在此不做過多展開。

比爾蓋茨入股的美國固态電池研發企業Quantum Scape Corp自2020年11月上市以來，截至12月25日，已上漲388%，幅度驚人。A股市場目前共有12隻固态電池概念股，近期市場表現也很亮眼，當升科技（300073.SZ）、杉杉股份（600884.SH）等公司僅12月上漲幅度已超20%。

此指數上線時間爲2020年12月11日

固态電池雖然展現出了極大潛力，但研發難度高、距離大規模量産及商業化應用尚有較長時間的客觀事實也應當注意。豐田公司作爲整車廠，雖然計劃明年展出首款固态電池原型電車，但是實際量産預計最早将會在2025年展開。

豐田公司目前的能量密度計劃是2025年實現400Wh/Kg，2030年實現500Wh/Kg，距離市場主流宣傳的900Wh/Kg能量密度潛力相去甚遠。更可以預見的是，固态電池早期投入市場的高成本将無法回避，由于技術開發難度相對相對較大，核心能力将更集中于市場頭部企業。

除固态電池外，四元電池的開發情況也備受矚目。四元電池作爲三元電池的升級改良産品，實質是用鋁元素部分取代钴元素，在降低钴成本同時并不會像三元電池因爲钴比重下降而失去穩定性和續航能力，性能也将得到保持。

根據最新的LG新能源公告，其最早的一批鎳钴錳鋁四元電池将于2021年下半年交貨，該款四元電池鎳含量将超過90%，钴含量下降到5%以下，單次續航能力超過600公裏。

雖然四元電池作爲一種承接三元電池的升級品還未像固态電池一樣出現颠覆行業的潛質，但考慮到“遠水解不了近渴”，四元電池的市場空間仍然很大。如果四元電池能從真正意義上解決三元電池的钴元素占比下降引起一系列隐患，那麽刀片電池這類升級産品所獲得的成功同樣适用于四元電池。

随着技術研發不斷完善，哪怕原本隻是作爲填補固态電池空檔期的升級産品，四元電池也具備着快速占據市場的潛力，并能憑借完善技術帶來的成本優勢與固态電池相抗衡。

除了LG新能源外，中國廠商蜂巢能源早在2019年就公布了其自主研發的四元正極材料電池。

今年12月2日，公司在蜂巢電池日上也表示研發中并做好量産準備的四元電池和目前80%鎳濃度三元電池具有相同能量密度的同時，安全穩定性得到了提升，并由于降低了钴元素比例，成本也得到了很大改善。

結語

新能源汽車電池在經過了多年發展後，再次來到了一個重要節點。本世代磷酸鐵锂以及三元電池的技術研究已接近瓶頸，下一代産品尚未做好商業化準備。造車新舊勢力的産品側重點已開始分化——選性價比還是性能，取決于消費者。

關于新能源電池相關公司的研究，請繼續關注元氣資本“新能源産業鏈”系列研究。

參考文獻：

《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄(第314批，338批)》，工信部

《Tesla Model 3 greater range from better batteries》，Carrie Hampel

《高鎳電池的發展狀況》，钜大電池

《2020年中國固态電池行業研究報告》，前瞻産業研究院

真锂研究院

www.Tradingeconomics.com