创新驱动新一代电池繁荣( 141 页)

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目录

一、“创新”是动力电池行业发展的主旋律 ...... 1

（一）碳中和加速交通电动化转型，动力电池需求攀升 ..... 3

（二）为满足多应用场景需求、推动行业发展和稳固竞争优势，技术创新是关键..... 4

（三）材料创新、工艺创新、结构创新、体系创新是新一代动力电池的重点突破方向 ...... 11

二、新一代电池驱动下的高镍低钴/ 无钴正极材料创新发展 .... 15

（一）降本增效是新一代正极材料主要发展驱动力 ....... 17

（二）高镍低钴/ 无钴正极材料产业化进展 ....... 21

（三）高镍低钴/ 无钴正极材料产业发展瓶颈 ..... 30

（四）高镍低钴/ 无钴正极材料产业未来发展趋势 ....... 35

三、新一代电池驱动下的硅基负极材料创新发展 ...... 39

（一）提高动力电池能量密度的诉求驱动负极材料由石墨系材向硅基材料发展..... 41

（二）硅基负极材料产业化进展 ...... 42

（三）硅基负极材料产业发展瓶颈 .... 50

（四）硅基负极材料产业未来发展趋势 ...... 54

四、新一代电池驱动下的叠片工艺创新发展 ..... 57

（一）高性能、大尺寸动力电池需求是叠片工艺发展的主要驱动力 ...... 59

（二）叠片工艺产业化进展 .... 61

（三）叠片工艺产业发展瓶颈 ....... 66

（四）叠片工艺产业未来发展趋势 .... 68

五、新一代电池驱动下的结构创新发展 .... 71

（一）动力电池包成组率提高、能量密度提升、成本下降是结构创新的主要驱动力 ...... 73

（二）动力电池结构创新产业化进展 ....... 74

（三）动力电池结构创新产业发展瓶颈 ...... 79

（四）动力电池结构创新产业未来发展趋势 ....... 81

六、新一代电池驱动下的固态电池创新发展 ..... 85

（一）安全性高、能量密度高是车用固态电池产业化发展的主要驱动力 .... 87

（二）固态电池产业化进展 ..... 89

（三）固态电池产业发展瓶颈 ....... 99

（四）固态电池产业未来发展趋势 .... 104

七、新一代电池驱动下的钠离子电池创新发展 ....... 107

（一）缓解上游资源供给以及与锂离子电池兼容互补是钠离子电池产业化发展的主要驱动力 ..... 109

（二）钠离子电池产业化进展 ...... 111

（三）钠离子电池产业发展瓶颈 ..... 117

（四）钠离子电池产业未来发展趋势 ...... 120

八、稳固与提升我国新一代电池竞争力的发展建议 .... 123

（一）国家层面 ...... 125

（二）行业层面 ...... 126

（三）企业层面 ...... 127

图目录

图 25 2019-2025 年分材料类型国内动力电池装机量预测（上图）和高镍低钴/ 无钴动力电池装机量预测与在三元动力电池中的占比（下图）...... 36

图 26 2021-2025 年国内高镍低钴/ 无钴正极材料出货量预测（上图）和国内高镍低钴/ 无钴正极材料理论原材料价值预测（下图）.... 37

图 27 2018-2020 年国内三元正极出货量CR3 和CR5 市占率 .... 38

图 28 电芯能量密度提升关键因素 ....... 41

图 29 负极材料的分类 ..... 43

图 30 2016-2020 年国内锂电池负极材料出货量 ....... 43

图 31 锂离子电池硅基负极专利申请主要地域排名 ...... 47

图 32 硅颗粒粉化和电极开裂示意 ....... 51

图 33 SEI 膜变厚示意图 ..... 52

图 34 国内前100 名专利申请人中不同国别数量统计 ..... 53

图 35 2019 年1 月-2021 年6 月国内负极价格走势 ..... 54

图 36 不同锂电设备价值量占比 .... 59

图 37 卷绕工艺与叠片工艺对比 .... 61

图 38 动力电池生产工艺 .... 62

图 39 2016-2020 按国内动力电池装机量按形状占比 ..... 63

图 40 全球领先方形和软包动力电池企业叠片工艺的未来布局情况 ..... 64

图 41 2021-2025 年国内动力电池需求量预测（左轴）和相应锂电设备市场空间预

测（右轴）....... 70

图 42 动力电池包成本构成 ....... 74

图 43 电池包结构示意图 ..... 75

图 44 10 款目前市面主流车型的电池组布局情况 ....... 76

图 45 沃尔沃三代电池系统示意图 ....... 76

图 46 动力电池模组发展路线 ...... 77

图 47 CTC 技术潜在整合范围 ...... 82

图 48 2020 年全球（左图）和中国（右图）不同形状电池市场占比 .... 83

图 49 液态锂电池和全固态锂电池成组对比 ...... 87

图 50 1990-2021 年3 月按国家/ 区域全球固态电池相关专利总拥有量分布情况（不完全统计）..... 91

图 51 2016-2020 年主要国家固态电池相关专利历年拥有量变化情况（不完全统计）...... 92

图 52 1990-2021 年3 月按企业全球固态电池相关专利总拥有量分布情况（不完全统计）..... 92

图 53 卫蓝新能源基于原位固态化的混合固液电池制备工艺 ..... 93

图 54 清陶能源正负极极片生产工艺 ...... 94

图 55 清陶能源混合固液电池生产工艺 .... 94

图 56 干电极技术 .... 95

图 57 德国RWTH PEM 制备工艺——氧化物全固态锂电池 ...... 95

图 58 全球主要固态电池相关企业 ....... 96

图 59 液态电解质和固态电解质界面接触示意图 ...... 100

图 60 全固态金属锂电池中金属锂负极- 固态电解质界面的静态及动态问题示意图..... 1 0 1

图 61 丰田关于无机固态电解质方面的专利申请情况 .... 101

图 62 NCM811 液态电芯和NCM811 混合固液电芯成本对比 .... 103

图 63 基于固态电池全产业链搭建固态电池标准体系构想 ..... 104

图 64 2020 年全球锂资源储量地区分布（左图）和钠资源产量地区分布（右图）. 109

图 65 锂离子电池（左）和钠离子电池（右）工作原理 ...... 111

图 66 钠离子电池生产线原理示意图 ..... 115

图 67 不同电芯单体能量密度对比 ...... 118

图 68 不同电芯单体循环寿命对比 ...... 119

图 69 国内钠离子电池产业链梳理（不完全统计）..... 119

图 70 钠离子电池和锂离子电池材料成本对比图 ...... 120

图 71 钠离子电池下游应用场景 .... 121

图 72 宁德时代的AB 电池解决方案 ...... 122

表 1 部分国家消费者对电动汽车主要关注因素调研 ...... 5

表 2 主要国家和地区动力电池技术发展规划 ...... 7

表 3 国内外部分产业链企业在新一代动力电池技术方面的布局 ....... 9

表 4 锂电池不同类型正极材料性能对比 .... 17

表 5 不同三元体系、四元、无钴二元正极材料钴金属含量情况 ....... 20

表 6 国内外部分产业链企业在高镍低钴/ 无钴电池/ 正极材料方面的布局 .... 26

表 7 搭载高镍电池的部分新能源汽车车型情况（不完全统计）....... 27

表 8 现有三元正极材料和新一代高镍低钴/ 无钴正极材料的理论原材料成本对比 . 29

表 9 普通三元和高镍三元的工艺和设备对比情况 ....... 32

表 10 三元材料表面碱（LiOH 和Li2CO3）含量随镍含量提升而增加 .... 33

表 11 硅碳材料与石墨系材料对比 ....... 42

表 12 硅材料纳米化的方式及优缺点 ...... 44

表 13 硅与碳系材料复合后硅基负极性能改善 .... 45

表 14 硅与碳系材料复合种类及性能梳理 ....... 46

表 15 硅基负极材料的发展 ....... 48

表 16 两种商业化程度最高的硅基负极 ..... 49

表 17 国内硅基负极厂商进展 ...... 49

表 18 硅基材料理论容量及对应体积膨胀情况 .... 50

表 19 硅基负极几种生产工艺优缺点对比 ....... 52

表 20 几种补锂方式的预锂化效果对比 .... 55

表 21 叠片工艺和卷绕工艺关键性能对比 ....... 60

表 22 三种不同形状的动力电池可应用生产工艺情况 ..... 62

表 23 国内外部分动力电池企业当前方形叠片布局情况 ....... 64

表 24 叠片机类型及国内外主要锂电设备企业 .... 65

表 25 国内外部分电池/ 锂电设备企业叠片机生产效率情况 ..... 65

表目录

表 26 以2614891 方形电芯为例采用叠片和卷绕工艺的生产效率及设备投入成本估算..... 66

表 27 几种叠片工艺和卷绕工艺的良品率对比 ..... 67

表 28 PLC、直线电机、电机驱动的部分国内外供应商（不完全统计）....... 67

表 29 以MEB590 电芯为例采用叠片和卷绕工艺的生产效率及设备投入成本估算 . 69

表 30 各类电池包成组效率汇总 .... 73

表 31 国内部分动力电池企业结构创新方案和降本增效优势 ..... 78

表 32 宁德时代和弗迪电池部分结构创新应用整车进展 ....... 78

表 33 GB/T 34013-2017 规定的电芯外形尺寸数量 ...... 80

表 34 GB/T 34013-2017 规定的电池模块尺寸系列 ...... 80

表 35 液态锂电池、固态锂电池关键性能和应用对比 ..... 88

表 36 不同电解质类型的混合固液锂电池和全固态锂电池类型及特点 .... 89

表 37 三大固态电解质体系及特点 ....... 90

表 38 全球部分固态电池相关企业进展情况 ..... 97

表 39 混合固液电池对传统四大材料体系的影响 ....... 99

表 40 液态电解质和固态电解质电导率对比 ..... 100

表 41 固态电池产业化对现有电池材料体系的影响 ..... 102

表 42 锂离子电池和钠离子电池部分性能指标对比 ..... 110

表 43 钠离子电池正极材料主要路线 ..... 112

表 44 钠离子电池负极材料主要路线 ..... 113

表 45 钠创新能源主要电解液产品情况 .... 114

表 46 常用钠离子电池电解液钠盐的物化性能 .... 114

表 47 全球钠离子电池有关企业研究进展（不完全统计）...... 116

表 48 全球钠离子电池有关企业产品性能信息（不完全统计）....... 117

表 49 钠离子电池未来降本方式梳理 ..... 121