动力电池研究报告

动力电池研究报告

电池（Battery）指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。具有正极、负极之分。而动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车提供动力的蓄电池。

动力电池要求电池具有高能量、高功率和高能量密度的特点，并且对电池的寿命，安全性能及容量等方面有着苛刻的标准。

一．动力电池的种类

一般的动力电池结构包括以下几个部分：电池盖、正极材料、隔膜、负极材料、有机电解液。

图一：动力电池的一般结构

目前能够被电动车采用的有以下四种动力蓄电池，即阀控铅酸免维护蓄电池、胶体铅酸蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子电池。

1.铅酸蓄电池

这是目前电动车主要采用的电池品种，因为铅酸蓄电池成本低，性价比高，使用中不需要经常补充水分，免维护。

铅酸蓄电池充电时变成硫酸铅的阴阳两极的海绵状铅把固定在其中的硫酸成分释放到电解液中，分别变成海绵状铅和氧化铅，电解液中的硫酸浓度不断变大；反之放电时阳极中的氧化铅和阴极板上的海绵状铅与电解液中的硫酸发生反应变成硫酸铅，而电解液中的硫酸浓度不断降低。

当铅酸蓄电池充电不足时，阴阳两极板的硫酸铅不能完全转化变成海绵状铅和氧化铅，如果长期充电不足，则会造成硫酸铅结晶，使极板硫化，电池品质变劣；反之如果电池过度

充电，阳极产生的氧气量大于阴极的吸附能力，使得蓄电池内压增大，导致气体外溢，电解液减少，还可能导致活性物质软化或脱落，电池寿命大大缩短。

2.胶体蓄电池

胶体蓄电池是对液态电解质的普通铅酸蓄电池的改进。它采用凝胶状电解质，内部无游离的液体存在, 在同等体积下电解质容量大，热容量大，热消散能力强，能避免一般蓄电池易产生的热失控现象；电解质浓度低，对极板腐蚀弱；浓度均匀，不存在酸分层的现象。

3. 镍氢蓄电池

镍氢蓄电池是九十年代涌现出的电池家族中新秀，发展迅猛。主要优点是：比能量高（一次充电可行使的距离长）；比功率高，在大电流工作时也能平稳放电（加速爬坡能力好）；低温放电性能好；循环寿命长；安全可靠，免维护；无记忆效应；对环境不存在任何污染问题，可再生利用，符合持续发展的理念。但是，镍氢蓄电池成本太高，价格昂贵。

4.锂离子电池

锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池。已经在便携式信息产品中获得推广应用。

锂离子电池被普遍认为具有如下的优点：比能量大；比功率高；自放电小；无记忆效应；循环特性好；可快速放电，且效率高；工作温度范围宽；无环境污染等，缺点是价格昂贵，安全性不高。

二．动力电池的需求

由于动力电池主要应用于电动汽车上，是新能源汽车三大件的核心，占新能源汽车成本在40-60%之间。因此新能源汽车的发展对动力电池的需求有着重大影响。

我国新能源车产销规模全球第一：2015年我国新能源车呈现出爆发式增长，全年生产34.05万辆，同比增长3.3倍，销售33.11万辆，同比增长3.4倍，在全球新能源车超过50万辆的年销量中，中国市场的贡献超过一半，我国已经超越美国成为全球最大的新能源车生产国和消费国。

近期，统计局、中汽协、乘联会陆续发布新能源车数据，统计口径略有不同，但毫无疑问4 月份增速大幅好于一季度增。1-4 月在补贴不明朗的环境下，新能源汽车的销售量仍有大幅增长。

图二：工信部和中汽协厂家历年新能源汽车销量

未来国家对新能源汽车的补贴政策将继续，预计2016 年60 万辆和2020 年200 万辆的目标有望实现。国务院《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020 年）》中提出到2020 年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200 万辆、累计产销量超过500 万辆，燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展。目前，2016 年超过60 万辆与2020 年200 万辆的新能源车长期发展目标不变。

图三：新能源汽车销量的预计目标

纯电动汽车电池将是未来五年动力电池主要的应用领域，由于锂电池具有轻便，环境友好等特点，预计锂离子动力电池的需求将维持高速增长。中国政府在纯电动汽车领域的支持力度远大于插电式混合动力汽车，而且北京等部分地方政府将插电式混合动力汽车排除在新能源汽车之外。大部分企业均认为新能源汽车的长期方向为纯电动汽车，因此锂动力电池的需求将维持高速增长。

三．动力电池市场供给侧状况

近几年，三星SDI、LG化学等国外锂电池龙头厂商大举进军中国动力电池市场，而国内

的电池企业也在扩大产能，其产能大多将在2016年下半年陆续投产，届时动力电池行业供需关系或将出现逆转。

图六：国内电池产商2016年度产能预测

2015年动力电池产能的释放是一个逐步的过程，大部分的产能也是在三季度左右才正

式投产，投产后还有一个产能逐步爬坡的过程，因此15年实际有效产能不足20GWh，产能

就十分紧张。根据发改委产业司的统计数据，2015年末，调查的19家主要车用动力电池企业产能30.5GWh。2016年仍有大批动力电池产能投产，到年底国内动力电池产能将超过60GWh，考虑到大部分产能投产的高峰期在7-8月，全年新增有效产能在10GWh左右，因此合计来看，16年有效产能也将在40GWh左右。而需求方面，我们测算16年需求在20GWh左右，再加上15年部分需求的转移和储能等方面的需求，总体16年的需求在24GWh左右，实际有效产能将超过总需求，因此动力电池产能总体将出现过剩。

图七：2016年动力电池将会出现过剩

四.行业技术的发展趋势

目前动力电池行业内锂离子电池以其优良的性能正获得越来越多的市场份额，锂离子电

池的发展是大势所趋。锂离子电池的命名是以正极材料命名的，目前锂离子电池正极材料有很多种，主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。

图四：2015年各种锂离子电池的市场份额

由图三可以得知，目前市场上的锂离子电池主要还是以磷酸铁锂电池为主，三元材料锂离子电池排在第二位。

2005年国内开发出大容量磷酸铁锂电池，其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点。但等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，并且磷酸铁锂电池电池组由于一致性问题，导致电池组的寿命大打折扣，单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000 次充放电，但磷酸铁锂电池组的寿命可能只有500次。而目前动力电池只有组装成电池组，才能满足动力汽车的电力需求，这是对磷酸铁锂电池最大的制约。

对锂电池而言，钴金属是必不可少的材料。但是金属钴一方面价格高昂，一方面存在毒性，无论技术领先的日韩企业还是国产电池厂商近年来都致力于电池“少钴化”。在这种趋势下，以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成的镍钴锰酸锂三元材料渐渐受到推崇。尽管在三元材料中，钴的作用仍不可缺少，但质量分数通常控制在20%左右，成本显著下降。从化学性质角度出发，三元材料属于过度金属氧化物，电池的能量密度较高，而这正是三元材料电池的核心竞争力，能有效提高电池容量，缓解里程焦虑。

从电池技术看，预计2020 年之前磷酸铁锂电池与三元材料电池并存，2016-2017 年磷酸铁锂电池更具优势。三元材料电池由于高能量密度适合用于乘用车，而磷酸铁锂电池由于高安全性适合用于商用车。由于乘用车对能量密度要求较高，磷酸铁锂电池在乘用车中的应用将越来越少，三元材料电池在乘用车中的应用将逐步增加。电动客车对安全性的要求高于