1 電池廠引領行業技術進步，材料體系+封裝工藝為核心

鋰電技術持續升級，電池龍頭引領行業發展

8-10年內依舊在現有電化學體系內持續升級，龍頭引領行業發展。電化學產業嚴格意義上屬于配方試錯中平緩發展的行業，需要底層的長期試錯積累。因此過去30年鋰電池的基礎體系基本保持。我們判斷未來8-10年目前的電化學體系我們預計不會發生顛覆性改變，目前電池企業所觸及的技術布局仍將存在延續性。電池龍頭公司引領全行業技術發展。

龍頭公司技術進步的四大創新體系：材料體系創新、系統結構創新、極限制造創新、商業模式創新。材料體系創新，需要深入地理解材料內稟性質及其界面性質，幫助材料體系實現根本創新；系統結構創新，包括 CTP、CTC等，主要是通過優化系統，實現系統能耗降低、效率提高、成本降低；極限制造創新，六西格瑪的基礎上，產品缺陷率由PPm級做到PPb級，同時保障全生命周期的可靠性。

2 材料體系升級：正極為核心，超高鎳與錳鐵鋰為趨勢

1. 三元正極：超高鎳化、單晶化為主要方向

三元材料：能量密度高于鐵鋰，符合長續航需求

三元材料兼備高能量密度、高電壓平臺、相對較低的成本，成為正極材料的主流。常見的鋰離子電池正極材料有層狀鈷酸鋰、橄欖石結構磷酸鐵鋰、尖晶石結構的錳酸鋰以及層狀三元材料，三元層狀金屬(Co, Mn, Ni/Al等)氧化物(LiNi1-x-yCoxMnyO2)以其高理論比容量(>250mAh/g)及較高工作電壓(~3.65 V)的特點，成為正極材料的主流。但三元材料隨著鎳含量的提升，熱穩定性會降低，安全性較差于鐵鋰。

三元正極三種金屬元素作用：根據Ni、Co、Mn三種元素比例的不同，可以分為523、622、811型。鎳為電 池活性元素，提升電池能量密度的關鍵（能量密度）；鈷作為正極支架結構堅固，但價格昂貴，并對環境造成污染（循環性能） ；錳/鋁提高材料的導熱性，是熱穩定性關鍵（安全性）。

高鎳化：

2020年為高鎳元年，2021年高鎳滲透率提升至30%+，高鎳技術逐漸成熟。2020年為高鎳元年，寧德時代高鎳電池開始起量，容百綁定寧德成為絕對龍頭，隨著高鎳技術趨于成熟，21年高鎳占寧德裝機占比提升至 30%，億緯、蜂巢、比亞迪等陸續有高鎳電池出貨，且高鎳三元材料占比提升至40%+，且二線廠商開始突 破，實現大規模量產。

著高鎳技術趨于成熟，超高鎳為未來必爭之地，電池能量密度天花板進一步提升，且為降成本的有效方式。 超高鎳方向的優勢一是隨著Ni含量越來越高，容量越高，價格越便宜；二是燒結溫度隨Ni含量升高而降低，成本降低；目前高鎳三元電芯能量密度有望達到300wh/kg，成組后pack能量密度有望突破200wh/kg，超高鎳三元正極，配合硅碳負極應用，能量密度有望達到350wh/kg-400wh/kg。

單晶化：單晶三元材料穩定性更強，更耐高電壓

單晶正極材料結構穩定性更好，同時前驅體制備難度更高：在多晶正極材料中，鋰離子充放電時，鋰離子進出使單個晶體膨脹和收縮，在晶界中產生應力，造成晶界撕裂，從而使晶體分解，電池循環性能不斷下降；而單晶正極材料中，因為內部排列取向一致，不存在晶界，因此結構穩定性更強，循環性能更好，熱安全性 能也更優，在高電壓時更穩定，從而提升能量密度。

單晶正極材料穩定性更好，更適合高電壓，從而提升電池能量密度：常規的二次顆粒團聚體三元正極材料由許多小單晶一次顆粒構成，在循環過程中，由于顆粒不斷膨脹收縮，會導致整個二次球開裂、破碎，導致循環壽命縮短；單晶三元正極材料可以較好地規避上述問題，材料經壓實和高溫循環后，不易發生破碎，從而獲得更加優異的高溫循環穩定性；同時，由于大單晶一次顆粒的尺寸較大，具有更好的結構穩定性和耐高溫性能，因而具備更好的安全性能。單晶正極比多晶正極更耐高電壓，可以使用更高的電壓去充電，從而使更多的鋰離子脫嵌，有效轉化嵌入負極中，提高鋰離子的活性，從而提升能量密度。

2. 鐵鋰正極：錳鐵鋰2023年落地，M3P提供新方向

磷酸鐵鋰：安全性高、成本低，但能量密度天花板低

磷酸鐵鋰電池具有安全性高、高溫性能好、使用壽命長、原材料成本低的優點。磷酸鐵鋰電池正極材料分解溫度在700℃左右，安全性較高；循環壽命2000次以上，而三元一般1000次；且其原材料不含金屬鈷， 目前成本低于三元近20%。

能量密度天花板低，但成組效率較高。鐵鋰振實密度與壓實密度低，理論能量密度190Wh/kg，目前行業基本達到160wh/kg，成組效率85%以上，Pack后能量密度130-140wh/kg。三元理論能量密度高于 350Wh/kg，目前單體能量密度以200-250為主，成組銷量75-80%左右，Pack能量密度140-160wh/kg， 高鎳三元可達180wh/kg。

低溫性能差。一塊容量為3500mAh的LFP電池在-10℃的環境中工作，經過不到100次的充放電循環，電量將急劇衰減至500mAh，因此鐵鋰電池不適應冬季北方。

磷酸錳鐵鋰：保持鐵鋰穩定架構，同時提升能量密度

磷酸鐵鋰循環性能較好，能量密度較低。磷酸鐵鋰具有橄欖石強架構，容納鋰離子的空位相對較少（能量密度較低），但結構強度相對較強（循環性能較好）。

三元循環性能較差，能量密度較高。三元正極材料具有扁平的結構，能容納更多的鋰離子的空位（能量密度較高），但結構強度相對較弱（循環性能較差）。

磷酸錳鐵鋰保持鐵鋰穩定架構，同時提升能量密度。磷酸錳鐵鋰（LMFP），可以保持磷酸鐵鋰穩定的橄欖石架構，從而保留電池循環性能，同時通過提高電壓提升能量密度。但從結構框架上看，即使摻入其他元素，橄欖石架構所含的鋰離子空位仍與片層結構有不小差距，因此能量密度提升有限（極限25%）。

3. 負極：硅基負極方向明確，4680電池打開空間

負極：起儲鋰作用，目前以石墨負極為主

負極材料在電池中起儲鋰作用，對電池性能有直接影響，成本占比10%左右。鋰電池負極是由活性物質、粘結劑和添加劑制成糊狀膠合劑后，涂抹在銅箔兩側，經過干燥、滾壓制得，是鋰電池儲存鋰的主體，鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出負極。充電時正極鋰被氧化為鋰離子，通過隔膜到達負極，鋰離子嵌入負極中。放電時鋰離子脫出負極，在正極被還原為鋰。

人造石墨為當前主流路線，硅碳負極引領新方向。目前負極材料中應用最廣的是人造石墨與天然石墨兩類， 其中，人造石墨滲透率逐年提升，為當前主流路線，2020年中國負極材料出貨36.5萬噸，人造石墨占比達到 84%，天然石墨占比16%，2021H1人造石墨出貨量占比為85%。硅碳負極可提升電池能量密度，有望成為未來材料升級的方向。

硅基負極：硅負極高能量密度優勢明顯

石墨的理論能量密度是372mAh/g，目前應用的石墨比容量已經接近極限。而硅負極理論能量密度高達4200mAh/g，為目前已知的能用于負極材料理論比容最高的材料，硅碳復合材 料能大大提升單體電芯的容量。

硅負極安全性能優于石墨： 硅電壓平臺高于石墨，充放電過程中硅表面不容易析鋰，提高電池安全性。

硅材料成本較低：硅材料來源廣，儲量豐富，制作成本較低，對環境友好 。

3 封裝工藝改進：4680大圓柱落地，CTP/CTC體系升級

不同封裝形式各有優劣，高集成化為大趨勢

不同封裝形式各有優劣，國內以方形電池為主導。方形、圓柱和軟包為三種分裝形式，國內以方形電池為主導，歐洲以軟包電芯為主導，特斯拉使用21700圓柱電池，圓柱電池工藝成熟度和生產效率高，過程控制嚴 格，但BMS復雜，使用門檻較高；軟包電芯能量密度高，對電芯的保護程度高，但是成組效率較低；方形電芯制造工藝相對簡單，成組效率高，為國內電池主流。

4680電池及CTP/CTC技術加速落地。CTP技術全稱為Cell To Pack，CTP電池包即是電芯直接集成到電池包內，這種電池由于省去了電池模組，可以使體積利用率提升15％－20％，同時刀片電池、4680電池均通過增 大單體電池容量，進一步提升電池空間利用率，降低電池成本。

1）方形電池：CTP/CTC技術升級，刀片電池

寧德時代：CTP技術2019年推出，布局領先行業

原理：寧德時代CTP電池與比亞迪刀片電池類似，不同點在于其應用“大模組”概念，仍保留部分模組，但是通過減少模組的使用，增加電芯數量或體積，提升集成效率。

CTP鐵鋰大批量應用，CTP三元逐步切換，CTP布局領先行業：寧德時代CTP技術受多方認可，其中特斯拉鐵鋰電池采用寧德時代CTP技術，成組能量密度達150-160wh/kg，成本方面將低于三元電池15%左右。此外三元電池中CTP也逐步切換，北汽EU5、哪吒等車型率先應用，大眾MEB平臺也采取高鎳811大模組 方案，進一步提高能量密度，降低電池成本。

比亞迪：刀片電池提升安全性，大幅提升空間利用率

刀片電池是一種長電芯CTP方案（基于方形鋁殼的疊片電池），對電芯的厚度減薄，并增大電芯的長度，跳過模組由電芯直接陣列在電池包中充當結構件，從而增加整個系統的強度。

單塊刀片電池是由多個并聯的電芯組組成（電壓3.2V），兩個相鄰的極芯組之間設置有隔板，將電芯的空間 分隔成若干個容納腔，這些容納腔形成類似的蜂巢結構，并且具備密封和注液通道。

優點：增加了安全性，提升空間利用率，降低電池成本；1）邊梁內含排氣管道，防爆閥開啟后內部一旦有火焰、煙霧等，可以通過排氣管道排出，避免對單體產生二次傷害；2）扁平化設計，大大增加了散熱面積， 內部回路長；3）磷酸鐵鋰失控溫度高，產氣量少；4）陶瓷阻燃層 ；

缺點：增加電池內阻（銅/鋁箔被迫加厚），維護成本高，磷酸鐵鋰能量密度上限較低，生產效率低。

2）4680大圓柱：22Q1率先量產，遠期規劃龐大

大電芯+全極耳+干電池技術，改善電池性能

4680電池為特斯拉推出的直徑為46mm，高度為80mm的新一代圓柱電池。對于電池來講，能量密度提升時，功率密度會下降，直徑46mm是圓柱電池兼顧高能量密度和高功率密度的最優選擇。

4680電池核心創新工藝為：大電芯+全極耳+干電池技術，4680電池大幅提升了電池功率（6倍于2170電池），降低了電池成本（14%于2170電池），優化了散熱性能、生產效率、充電速度，能量密度、循環性能有進一步的提升空間，根據特斯拉測算，4680尺寸更大結構強度更高，其作為結構電池成為車結構的一部分，既提供能源，也用作結構起支撐作用，節省了空間也減少了重量（10%），續航里程有望提升 （14%）。

4 其他技術路線：鈉離子電池、固態電池等

固態電池：高性能+高安全，各項指標領超液態電池

電池發展經歷了由鉛酸電池到鎳氫電池再到液態電池的發展階段，目前液態電池技術相對成熟，但能量密度即將達到上限（350Wh/kg）以及電池起火問題未能得到有效解決，新的電池時代即將到來。

固態電池是下一代電池發展方向。從性能對比來看，固態電池在離子電導率、能量密度、耐高壓耐高溫、循環壽命等方面均優于液態電池，且固態電池安全性更高，解決了熱管理問題，有效防止燃燒事故。自 2010年出現以來不斷取得技術突破，因此固態電池有望成為下一代電池的發展方向。

固態電池制備流程簡化，但技術尚未成熟

固態電解質既具有鋰離子傳導的能力又很好的將正負極阻隔，同時替代了電解液和隔膜，減少了隔膜、注液、冷卻等步驟，制備流程簡化；同時，不再受限于電解液的流動性，可設計為柔性電池，在外部形態和內部結構等方面具有較大設計空間。但目前制備技術尚未成熟，生產成本是傳統電池2-3倍，因此固態電池在單體電芯容量、快充時長和成本等 方面仍有較大改善空間，對空氣敏感、與鋰金屬的相容性低等問題亟待解決。

固態電池電解質及正負極發展方向

固態電池的核心是用固體電解質替代電解液和隔膜。固態電解質主要有三類聚合物電解質、氧化物電解質和硫化物電解質，其中聚合物發展最為迅速，已開始小規模量產；硫化物電解質性能最優，最適用于電動汽車，商業化潛力巨大。固態電池正極材料需要滿足高比能量、高比功率、長循環壽命等條件。目前氧化物正極在全固態電池中應用較為普遍，但界面抗阻嚴重；而5V尖晶石材料因其高容量、高安全性被視為最佳選擇。在鋰離子電池中石墨負極應用廣泛，但理論容量較低，適配固態電池的可能性不大；高容量、低電位的金屬鋰負極被視為固態電池負極材料的最佳選擇，加入其他金屬合成新型合金材料可進一步改善性能。

5 新充電方向：800V高壓平臺加速應用

高電壓快充：車用/充電樁高壓部件供應鏈逐漸成熟

功率 = 電壓×電流，因此提高充電功率（輸出功率）可以從增大電流或提高電壓的方式：1）采用更大的電流：以特斯拉為代表，但大電流對應發熱增加，導線橫截面積增大，對應整車耗電增加，重量增加，減少續航里程；2）采用更高的電壓：以保時捷為代表，電壓平臺從400V提升至800V，提升整車的動力性能及續航里程，但需要串聯更多數量的電池，并將相關高壓部件重新適配。

高壓零部件逐漸成熟，電池包需適配快充+高壓BMS。從電動車端看，高壓架構下，電池包、電驅動、PTC 、空調、車載充電機等零部件都需重新適配，從全產業鏈角度看，目前PTC和空調已實現量產，高壓OBC、 DCDC等其他主要高壓零部件有望于2021年年底基本實現量產。從充電樁端角度看，高壓零部件的成熟度比車端高，只有充電槍、線、直流接觸器和熔絲等需重新選型，目前均有成熟產品。

高電壓快充：快充系統架構方案共三種選擇

純800V電壓平臺：電池包、電機以及充電接口均達到800V，車中只有800V和12V兩種電壓級 別的器件，OBC、空調壓縮機、DCDC以及PTC均重新適配以滿足800V高電壓平臺。

雙400V電池組串并聯組合：利用電池管理系統將電池組在串聯、并聯之間轉換，在充電時，兩個電池組可串聯成800V平臺高電壓快充；在放電時，兩個電池組并聯成400V平臺供汽車運行時使用，直接使用原有400V的高壓部件。

純800V電壓平臺+額外DCDC：整車搭載一個800V電池組，在電池組和其他高壓部件之間增加一個額外的DCDC將800V電壓降至400V，車上其他高壓部件仍采用400V電壓平臺。