動力電池行業(yè)是新興行業(yè)，對技術(shù)水平要求較高，在政策扶持下快速發(fā)展，吸引了大量產(chǎn)業(yè)投資，包括傳統(tǒng)鋰電池企業(yè)、鉛酸電池企業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)等。

一、動力電池發(fā)展史

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌（充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，放電時則相反）。相對于傳統(tǒng)鉛酸電池和鎳鉻電池等，鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、充放電性能好、使用電壓高、無記憶效應(yīng)、污染較小和安全性高等優(yōu)勢。

鋰電池按下游應(yīng)用主要分為消費(fèi)類鋰電池、動力電池和儲能電池。從其發(fā)展脈絡(luò)來看，鋰離子電池主要應(yīng)用于3C領(lǐng)域，既消費(fèi)類鋰電池。隨著技術(shù)的發(fā)展和電池性能的不斷提高，鋰離子電池逐漸被應(yīng)用在為電動工具、電動汽車等交通工具提供動力，既動力電池。2015年以來，儲能領(lǐng)域的發(fā)展使得鋰離子電池又產(chǎn)生一片全新的市場需求；但由于儲能領(lǐng)域?qū)﹄姵丶夹g(shù)水平要求較低，因此所用電池主要為動力電池企業(yè)淘汰和剩余產(chǎn)能或回收再利用的動力電池。

從市場發(fā)展速度看，由于3C行業(yè)市場規(guī)模增速在2010年左右達(dá)到峰值后持續(xù)下滑，市場逐漸趨于飽和，消費(fèi)類鋰離子電池增速持續(xù)下滑，雖然2017年略有反彈，但整體增速仍低于10%。2014年以來，全球新能源汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，使得鋰電池行業(yè)出貨量近四年以每年27%的速度高速增長。截至2017年末，動力電池出貨量達(dá)到62.35GWh，占鋰離子電池出貨量比例已提高到42%。此外，2015~2017年，儲能電池保持40%左右的增速，但在鋰電池出貨量中占比仍然較小。

二、動力電池基礎(chǔ)知識

1、產(chǎn)業(yè)鏈

動力電池行業(yè)處于新能源動力產(chǎn)業(yè)鏈的中游。上游主要為生產(chǎn)電池所需原材料（正極、負(fù)極、電解液、隔膜、包裝物、其他零部件）等產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)以及再上游的金屬材料生產(chǎn)和礦產(chǎn)資源開采環(huán)節(jié)（鋰、鈷、猛金屬化合物的冶煉和鈷礦、錳礦、鎳礦、石墨礦開采等）。下游主要為新能源汽車企業(yè)[按汽車種類分為乘用車、商用車和專用車，按動力來源分為純電動車和混動車]。動力電池企業(yè)主要產(chǎn)品為電芯、電池模組和電池包（詳見表1）。此外，由于部分電池企業(yè)僅生產(chǎn)電芯并將電池包（PACK）業(yè)務(wù)外包，因此在電池企業(yè)和車企之間，還派生出一些專門做模組和PACK的細(xì)分行業(yè)。

產(chǎn)業(yè)鏈地位方面，由于電池企業(yè)上游資源主要為有色金屬大宗商品，價格受行業(yè)供需及資金面影響較大。中游電池和正負(fù)極材料企業(yè)僅為價格的被動接受者。在鋰、鈷等原材料價格大幅波動且動力電池行業(yè)產(chǎn)能快速擴(kuò)張的背景下，電池企業(yè)較難完全將成本的增長完全傳導(dǎo)至下游（后篇研究將詳述企業(yè)加工費(fèi)及盈利情況），存在較大的成本控制壓力。同時，在補(bǔ)貼退坡、“3萬公里”等政策影響下，下游車企盈利和獲現(xiàn)能力有所減弱。運(yùn)營壓力由車企逐步向電池企業(yè)傳導(dǎo)，導(dǎo)致動力電池企業(yè)產(chǎn)品持續(xù)降價，應(yīng)收帳款規(guī)模不斷上升，盈利和獲現(xiàn)表現(xiàn)普遍弱化。整體看，動力電池企業(yè)對上下游的議價能力均較弱，盈利空間及現(xiàn)金流情況較易受上下游行業(yè)影響，產(chǎn)業(yè)鏈地位較低。

2、動力電池的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)主要包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜以及外殼。生產(chǎn)流程一般可以分為前段、中段和后段三個部分。其中，前段工序包括配料、攪拌、涂布、輥壓、分切等，中段工序包括卷繞/疊片、封裝、烘干、注液、封口、清洗等，后段主要為化成、分容、PACK等。

前段生產(chǎn)工藝是決定電池性能的關(guān)鍵。例如在相同的配料下，充分且高質(zhì)量的真空攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)，也是提高電池能量密度和穩(wěn)定性的前提；高質(zhì)量的輥壓使單位面積內(nèi)鎳含量提高，亦可以提高電池的能量密度。同時，涂布和輥壓的均勻程度高亦會提高電池的穩(wěn)定和安全性。因此，鋰電池生產(chǎn)的前端設(shè)備（攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)等）是關(guān)乎整條生產(chǎn)線的質(zhì)量的核心設(shè)備，技術(shù)含量高，設(shè)備價值也高（約占整條生產(chǎn)線價值的40%~50%）。中段設(shè)備（模切機(jī)、卷繞機(jī)、疊片機(jī)、注液機(jī)等）占比約為30%（疊片模式設(shè)備價格高于卷繞模式），后段設(shè)備（化成機(jī)、分容檢測設(shè)備、過程倉儲物流自動化等）占比20%。目前，前段設(shè)備對進(jìn)口依賴仍然很大，中后端設(shè)備基本可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，但對于設(shè)備一體化要求較高的企業(yè)來說，全生產(chǎn)線仍完全依賴進(jìn)口。

3、動力電池單位Gwh投資

動力電池項(xiàng)目投資主要包括土建、設(shè)備及安裝、流動資金等。其中，土地方面，據(jù)高工鋰電統(tǒng)計(jì)，一般建設(shè)1Gwh產(chǎn)能約需用地100~150畝，購地成本差別較大，但普遍處于2000~3000萬之間；建筑工程費(fèi)約6600~15000萬元。生產(chǎn)設(shè)備方面，根據(jù)設(shè)備是否進(jìn)口、設(shè)備技術(shù)路線和設(shè)備自動化程度，價值差異較大。一般來說，國外先進(jìn)生產(chǎn)線價格明顯高于國內(nèi)生產(chǎn)線價格（國產(chǎn)設(shè)備價格區(qū)間3.6~5萬元、進(jìn)口設(shè)備7~10萬元）；一體化生產(chǎn)線明顯高于組裝生產(chǎn)線價格；軟包疊片技術(shù)生產(chǎn)線價格明顯高于硬包卷繞式生產(chǎn)線。此外，流動資金和其他稅費(fèi)約1.7~1.9億元?？傮w看，國內(nèi)主流動力電池廠商單位Gwh投資約6.5~9億元。

4、電池性能的主要性能指標(biāo)

動力電池的核心技術(shù)指標(biāo)包括能量、能量密度、充放電倍率、循環(huán)壽命、安全性、一致性、可靠性等多項(xiàng)指標(biāo)。其中，在整車重量給定、正常工況行駛的情況下，主要由電池的能量決定新能源汽車的續(xù)航里程。電池能量（Wh）等于能量密度（Wh/L）乘以電池體積（L），或者比能量（Wh/kg）乘以電池質(zhì)量（kg）。由于新能源汽車生產(chǎn)商在某特定車型中要嚴(yán)格控制電池在車身中所占空間，因此在動力電池體積一定的情況下，能量密度越高的電芯，電池的能量越大，續(xù)航里程也就越長。因此，國家從2017年開始將動力電池能量密度[電芯的能量密度稱為單體能量密度，在電芯PACK成組后，整體的能量密度會有明顯下降，該能量密度稱為系統(tǒng)能量密度，國家政策考核的為系統(tǒng)能量密度]指標(biāo)納入補(bǔ)貼考核范圍（詳見系列研究第二篇），用以推動動力新能源汽車及電池行業(yè)技術(shù)發(fā)展。綜上所述，能量密度是動力電池設(shè)計(jì)時考量的重要指標(biāo)。

動力電池的一致性是另一個重要指標(biāo)。單只電池的性能指標(biāo)包括能量、內(nèi)阻、開路電壓等。電池系統(tǒng)中串并聯(lián)的單體電芯個數(shù)很多（一輛特斯拉用到的圓柱18650電芯多達(dá)5000~7000只）。如果眾多單體電池的內(nèi)阻等方面不能保持高度一致，在相同電流流過時，內(nèi)阻大的電芯就會發(fā)熱，進(jìn)而發(fā)生爆炸等安全事故。另一方面，由于電池系統(tǒng)的能量和壽命存在短板效應(yīng)（由系統(tǒng)中能量小、壽命短的電池決定）。因此，對于動力電池生產(chǎn)企業(yè)來說，不僅要在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)出高能量密度的電池，還要保證生產(chǎn)電池的一致性較強(qiáng)，才能滿足車企對電池的要求。保證電池的一致性需要有較為先進(jìn)的電池生產(chǎn)設(shè)備、嚴(yán)格的流程管控以及相關(guān)配套技術(shù)。

追求動力電池的各種性能指標(biāo)的目標(biāo)往往存在矛盾。如提高電池能量密度往往降低電池一致性，提高快速充電性能往往降低電池壽命，提高功率往往犧牲電池能量密度。想要同時提升多個方面的性能指標(biāo)，需要企業(yè)提高自身設(shè)備、技術(shù)、管理水平，同時在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時對多個目標(biāo)進(jìn)行取舍。

5、分類

鋰離子電池按正極材料不同，可以分為鈷酸鋰電池、三元電池（鎳鈷錳酸鋰NCM或鎳鈷鋁酸鋰NCA）、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池。其中三元電池NCM又可以按三種金屬配比不同進(jìn)行分類，如NCM111、NCM532、NCM622、NCM811等。

雖然鈷酸鋰電池能量密度高，但成本高、安全性差，因此主要被應(yīng)用于3C領(lǐng)域。三元電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池雖然能量密度方面不及鈷酸鋰電池，但因在安全性、循環(huán)性等方面優(yōu)勢明顯，因此被廣泛應(yīng)用于動力電池領(lǐng)域。2017年，動力電池市場中磷酸鐵鋰和三元電池出貨量幾乎各占一半，錳酸鋰電池占比較小。三元材料在電池能量密度、比功率、大倍率充電、耐低溫性能等方面占據(jù)優(yōu)勢，但成本、循環(huán)性、安全性上弱于磷酸鐵鋰電池。加之政策引導(dǎo)因素（詳見系列研究第二篇政策部分），因此新能源汽車市場中，客車采用的電池以磷酸鐵鋰為主，轎車以三元電池為主。三元電池可以看做是鈷酸鋰、錳酸鋰和鎳酸鋰電池的混合升級版，中和了三種電池在能量密度和安全性、循環(huán)性方面的優(yōu)缺點(diǎn)，成為動力電池領(lǐng)域主流技術(shù)路線之一。根據(jù)正極材料中鎳鈷錳三種金屬比例不同，三元電池可以細(xì)分為NCM111、NCM532、NCM622、NCM811等。例如NCM532即為三元電池中鎳、錳、鈷的比例為5:3:2。一般來說，三元電池中，鎳的含量越高，電池能量密度越高（詳見表6），但安全性越差。

目前動力電池行業(yè)新技術(shù)為高鎳三元鋰電池，主要包括NCA和NCM811。其中，NCA為鎳鈷鋁的混合，常見配比為8:1.5:0.5，單體能量密度可達(dá)300Wh/kg，高于目前能量上限約為280Wh/kg的NCM811電池，為目前世界上能量密度高的鋰離子電池。NCA生產(chǎn)環(huán)境極為嚴(yán)苛，生產(chǎn)成本及技術(shù)要求高。目前，對于新的高鎳三元鋰電池技術(shù)，日韓主要選擇NCA，但產(chǎn)量不高，主要的原因?yàn)槭袌鲂枨蟛蛔?。國?nèi)在NCA技術(shù)上仍不成熟，因此在高鎳三元領(lǐng)域主要選擇了NCM811。部分正極材料企業(yè)和電池企業(yè)已小批量出貨，但商業(yè)化程度仍然較低。隨著產(chǎn)業(yè)政策要求的不斷升級、技術(shù)的不斷成熟以及下游中高端車需求量的不斷上升，預(yù)計(jì)2020年以后高鎳電池的市場份額將逐步增長。2016年，上游三元正極材料出貨量中NCM111、NCM523和NCM622占比分別為61%、34%和5%。但到2018年一季度，MCM111已經(jīng)退出市場，NCM523占比上升為78%，成為行業(yè)主流；同時NCM622上升為14%，高鎳三元材料亦有少量出貨。

采用更高效的三元鋰電池

與華晨寶馬之諾品牌旗下1E電動車采購中國南方某電池企業(yè)生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池不同，寶馬i品牌及寶馬其他混合動力車型采用的電池都是更高效的三元鋰電池。

基于比亞迪此前的宣傳，磷酸鐵鋰電池曾一度被認(rèn)為是新能源電動車恰當(dāng)?shù)膭恿δ茉?，成本低、易于安全管理，也是磷酸鐵鋰電池作為動力能源的優(yōu)勢。國內(nèi)絕大部分電動車企業(yè)都選擇了磷酸鐵鋰電池。但“磷酸鐵鋰的能量密度幾乎達(dá)到了天花板，必須尋找新的材料替代，新能源汽車動力電池才能取得重大突破。” 國家“863”計(jì)劃新能源汽車項(xiàng)目電池責(zé)任專家肖成偉在接受媒體采訪時說：“國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行電池材料研發(fā)，從現(xiàn)有情況來看，要達(dá)到國家相關(guān)部委規(guī)定的要求，磷酸鐵鋰幾乎不可能，三元材料能夠?qū)崿F(xiàn)這個目標(biāo)。”

但同樣三元鋰電池的弱點(diǎn)也非常明顯，電池對溫度特別敏感，隨著溫度的升高，能量流失加快，長此以往電池壽命也會受影響。因此如果采用三元鋰電池作為電動車的動力電池，需要汽車生產(chǎn)企業(yè)有很強(qiáng)的電池控制系統(tǒng)，如果控制不當(dāng)，很容易發(fā)生起火事故。目前，特斯拉和寶馬都有非常強(qiáng)的電池控制技術(shù)。

此外，盡管與2008年相比，中國動力電池材料在國際上的影響力有很大的提升，但野村證券同時也指出，現(xiàn)已出現(xiàn)供過于求的局面，在高端膜材料和陰極材料方面，中國鋰電池生產(chǎn)企業(yè)與日韓還有很大差距。