本文来自微信公众号：泽平宏观 （ID：zepinghongguan），作者：任泽平团队，原文标题：《得新能源电池者得天下：中国新能源汽车发展报告之三》，头图来自：视觉中国
一、新能源时代到来，电池重要性凸显
1. 电池是新能源汽车的“心脏”
在全球“碳中和、碳达峰”的目标之下，新能源汽车普及率不断提升。2021年，新能源汽车产销表现远超市场预期，2021年全年，全球新能源汽车销量为650.14万辆 同比增长108%。2021年全年，我国新能源汽车产销分别完成354.5万辆和352.1万辆，同比均增长1.6倍。
展望未来，一是新能源乘用车渗透率将会不断提升。预计到2025年，全球新能源汽车销量约1800万辆，国内新能源车销量或达1000万辆级别；到2030年，全球电动汽车销量约在3000万辆规模。二是燃料电池汽车产业化预期提前，2030至2035年，国内氢燃料电池汽车保有量达到100万辆左右，商用车实现氢动力转型。全球新能源应用领域发展已进入快车道，未来技术突破持续推升大规模商用化落地，行业将呈现非线性爆发式发展趋势。
电池作为新能源汽车的“心脏”，当前动力电池在新能源乘用整车成本中占比40%以上，电池技术的发展、性能的提升是决定新能源车实现长久发展的核心动力。展望未来，一方面燃料电池技术突破式发展将会拓展新能源车商用领域应用空间，丰富大型客车、物流车、重卡、牵引车、港口拖车等更多应用场景。另一方面，随着新能源乘用车市场渗透率逐步提升，动力电池装机规模增势显著，未来将持续爆发式增长。
从装机容量看，2021年全球动力电池锂电池累计装机量296.8GWh，较2020年有翻倍式增长，较2011年装机总量相比更是实现了超越百倍增长。预计到2025年，全球汽车装机规模约达1000GWh以上，仅中国汽车电池装机量约达600GWh以上规模；到2030年，全球装机规模或将达2000GWh以上，未来增量空间显著。
从市场规模看，根据Research and Markets调研数据显示，2020年全球装机约136GWh，对应全球锂离子电池市场价值约为405亿美元。2021年装机总量对应的锂离子动力电池全球市场规模约800亿美元以上。预计到2025年，全球动力电池市场规模或将达3000亿美元水平。
2. 新能源电池发展战略规划
中国新能源电池发展战略规划明确。技术发展路线方面，《节能与新能源汽车技术路线图2.0》将动力电池和燃料电池作为未来新能源重点领域发展技术：
动力电池领域，将涵盖能量型、能量功率兼顾型和功率型三大技术类别，涵盖乘用车和商用车两大应用领域，面向普及、商用、高端三类应用场景，实现动力电池单体、系统集成、新体系动力电池、关键材料、制造技术及关键装备、测试评价、梯次利用及回收利用等产业链条全覆盖。
燃料电池领域，将发展氢燃料电池商用车作为整个氢能燃料电池行业的突破口，以客车和城市物流车为切入领域，重点在可再生能源制氢和工业副产氢丰富的区域推广中大型客车、物流车，逐步推广至载重量大、长距离的中重卡、牵引车、港口拖车及乘用车等。2030-2035年，实现氢能及燃料电池汽车的大规模推广应用，燃料电池汽车保有量达到100万辆左右; 完全掌握燃料电池核心关键技术，建立完备的燃料电池材料、部件、系统的制备与生产产业链。
国务院《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》亦对新能源电池发展提出新战略布局：
一是要提升产业基础能力，实施电池技术突破行动。开展先进模块化动力电池与燃料电池系统技术攻关，突破氢燃料电池等汽车应用支撑技术瓶颈。开展正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术研究，加强高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统短板技术攻关，加快固态动力电池技术研发及产业化。
二是要推动动力电池全价值链发展，建设动力电池高效循环利用体系。立足新能源汽车可持续发展，落实生产者责任延伸制度，加强新能源汽车动力电池溯源管理平台建设，实现动力电池全生命周期可追溯。支持动力电池梯次产品在储能、备能、充换电等领域创新应用，加强余能检测、残值评估、重组利用、安全管理等技术研发。优化再生利用产业布局，推动报废动力电池有价元素高效提取，促进产业资源化、高值化、绿色化发展。
自2013年起，全球主要国家和地区纷纷制定本国和地区相应的动力电池规划路线。目前，全球动力电池技术发展百花齐放，各个技术路线均有涉及，包括锂离子电池、氢燃料、固态电池和一些新电池技术等。各国电动化的技术路线不一，主流优势电池技术发展节奏亦有所差异：日本更侧重发展氢能燃料电池以及动力电池方面固态电池的研发；2021年美国能源部发布《锂电池2021-2030年国家蓝图》，将继续侧重对锂电池、固态电池等领域的发展部署；欧盟发布的《电池2030+（BATTERY2030+）》、《2030电池创新路线图》，将持续发展锂、镍、钠基电池等具备创新发展潜力电池。
二、新能源电池未来格局：一大支柱，两大场景，多元化技术发展
“十四五”期间将是新能源快速发展，大规模对传统能源形成替代，逐步形成环保和成本优势的重要时期。一方面，中国仍将作为世界上最大的动力电池生产基地，延续发挥动力电池技术研发和产业集群优势，实现动力电池装机量突破式增长、动力电池全价值链跨越发展。另一方面，中国将在氢燃料电池、固态电池等领域超前实现产业化，拓展新能源车商用领域应用空间和场景，继动力电池之后将继续突破形成大规模产业。
中国电池行业将会形成“一大支柱，两大应用场景，多元化技术发展路线”的发展格局。具体来看：
一大支柱是指：以磷酸铁锂和三元锂电池等为代表的动力电池发展将继续作为新能源电池产业第一大支柱。
两大应用场景是指：基于现有动力电池技术成本优势，加速推动新能源乘用车应用场景落地；并以氢燃料等燃料电池为切入点，丰富和扩展新能源乘用、新能源商用应用场景。
多元化技术发展路线是指：以固态、钠离子、高镍多元、铝空气等为代表的众多新兴电池技术，将补充丰富新能源电池市场发展的多元化战略格局。
1. 一大支柱：动力电池已步入商业化量产，实现跨越式发展
当前磷酸铁锂和三元锂等动力锂电池技术应用在乘用纯电动和混动汽车中占绝对主导地位，已处于商业化量产阶段，是支撑新能源汽车发展的第一大支柱。
全球动力电池锂电池2021年累计装机量296.8GWh，同比增长102.3%。预计到2025年，全球汽车装机规模约达1000GWh以上，仅中国汽车电池装机量约达600GWh以上规模；到2030年，全球装机规模或将达2000GWh以上，未来增量空间显著。
（1）动力电池产业发展情况——三元电池和磷酸铁锂电池双雄并立
动力电池构成主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜，其中正极材料约占电池总成本40%，决定了电池的容量寿命等核心性能。
动力电池通过锂离子“正极→负极→正极”的运动状态实现充放电工作，充电时，电池正极上生成的锂离子经过电解液运动到负极碳层结构的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。使用电池时，负极碳层中的锂离子脱出运动回正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。
动力电池技术经过多年发展，已经进入加速商业化量产阶段，其中三元锂电池和磷酸铁锂电池双雄并立。
三元电池是指以镍、钴、锰聚合物作为正极材料的锂离子电池，其中，镍可提升电池的体积能量密度，从而提升续航能力，高镍三元电池成为三元电池能量密度升级的一个发展方向；钴决定了电池的充放电性能，也可以提升电池稳定性、延长电池寿命。三元电池可实现最大能量密度高，充放电效率高，低温性能更好，因此在纯电续航里程和应用地域更广泛；但其高温性相对较差，高温条件下安全性有待提升。
磷酸铁锂电池是指以锂、铁、磷和碳等元素为主要原料的正极材料电池。磷酸铁锂电池成本相对较低，耐高温，安全性能更好、使用寿命较长；但其低温性能和总能量密度有待提升。
我国动力电池产业发展经历了以下几个阶段：
2015年前，磷酸铁锂电池因成本、安全性和循环寿命优势，是主流厂商选择的技术布局路线，装机占比最高超过70％；
2017年前后随着政策对高能量密度电池补贴力度加大，三元电池取得较大发展，阶段性成为市场主流；
2021年以来，磷酸铁锂和三元电池产量格局再度出现逆转。随着政策补贴退坡，磷酸铁锂电池安全性和成本综合优势再度凸显。尤其是伴随宁德时代CTP和比亚迪刀片电池等技术应用，磷酸铁锂电池能量密度突破发展，未来或再度成为市场主流。2021年全年，磷酸铁锂电池装车量累计79.8GWh，占动力电池总装机量的51.7%，特斯拉、比亚迪、上汽、小鹏汽车等汽车厂商均大规模采用磷酸铁锂电池，预计磷酸铁锂电池占比到未来几年将会提升到70%-80%以上。
（2）动力电池竞争格局——国产电池全球份额占据绝对优势
全球动力电池产能仍集中于中、日、韩三国，全球出货量占比连续多年保持90%以上。其中，前两大巨头企业宁德时代、LG新能源电池全球装机占比达50%以上，松下、比亚迪和SK紧随其后，2021年装机占比分别约在12%、10%和6%。
国内电池企业经过多年积累，技术和产能优势凸显，国产电池全球份额已占据绝对优势。自2015年赶超日本成为全球最大的动力电池生产国后，连续多年在全球占比份额仍不断上升，多年国产电池全球装机占比50%以上，未来或持续有所突破。
技术方面，中国动力电池厂商技术积累优势明显，各项发明专利领先世界。例如比亚迪的专利发明刀片电池，在电池模组与电池仓的结构领域创新，续航里程和使用寿命更长，针刺后无明火、无烟，表面温度为30-60℃，在传统磷酸铁锂电池的基础上大幅提升了安全性能。
产业链方面，中国各大动力电池厂商的上下游产业链资源配置与布局合理，上下游产业链整合加速。上游持续加强资源调用，下游进一步发展客户关系。如宁德时代大力布局锂电产业链，并通过签订长期合作协议、开展海内外收购、及设立合资公司等方式快速完成上下游的布局，2021年完成对加拿大锂业公司Millennial的竞购。下游客户合作方面，比亚迪利用自身技术优势，和海外整车厂商如特斯拉、丰田开展电池供应合作，刀片电池出海节奏加速。
产能方面，中国动力电池厂商产能投放进入加速阶段，海外产能投放优势明显。中汽数据《2021节能与新能源汽车发展报告》预计2022年我国汽车动力电池产能有望达到358GWh。到2025年，宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、中航锂电、国轩高科产能约将达627GWh、180GWh、186GWh、88GWh、48GWh。
海外产能拓展方面，当前宁德时代为宝马、大众、戴姆勒、沃尔沃及博世等多家欧洲汽车行业巨头供货，2018年宁德时代在德国图林根设立电池生产基地，2022年后形成14GWh产能，未来海外产能扩展步伐亦将进一步加速。未来，宁德时代、比亚迪、中航锂电、国轩高科、远景动力、亿纬锂能、蜂巢能源等一批代表性电池企业发展速度和全球地位将进一步提高。
（3）动力电池市场展望——四大发展趋势：新能源主力军、成本优势凸显、技术优势迭代、回收利用“新蓝海”
未来新能源动力电池行业发展将呈现四大趋势：
一是在未来5至10年内，动力锂电池仍将主导新能源电池产业发展，是新能源车电池的“主力军”。动力电池将在新能源电池整体产业中保持产品技术、量产成本和产业链配套等惯性优势，步入渗透高增、加速发展的快车道。动力锂电池目前是最成熟的一条技术路线，在能量密度、批量化量产成本、循环寿命等综合评估体系中与整车的匹配度高，仍将是未来新能源车渗透率迅速提升的助推器。
二是动力电池技术日趋成熟，量产成本下降优势逐步凸显。据EVTank发布的《中国锂离子电池行业发展白皮书（2021）》显示，汽车用动力锂电池的价格由2011年的3800元/KWh下降到2020年的578元/KWh，量产电池的能量密度由2011年的80Wh/kg上升到2020年的270Wh/kg。
2021年受全球大宗商品涨价影响，动力电池使用的原材料如碳酸锂、六氟磷酸锂等产品价格阶段性波动较大，对整体电池成本阶段性有所抬升。总的来看，未来一段时间，在批量化量产规模效益优势，以及能量密度技术提升等因素作用下，预计汽车用动力电池成本仍将保持大约年均5%左右的降幅，成本优势下将助推新能源车对传统燃油车替代优势进一步显现。
三是基于现有动力电池技术优势迭代，促进新型电池技术兴起。国务院《新能源汽车产业发展规划（2021～2035）》中，明确要求“加快固态动力电池技术研发及产业化”。固态电池将包括正极、负极、电解质三大材料，未来固态锂电池产业的发展将基于现有的液态锂电池技术，实现“液态－半固态－固态”的转变，逐步完成对电解液隔膜和正负极材料的替代。中汽数据预计，全球固态电池有望2030年实现产业化。
四是基于动力电池回收循环利用和梯级利用的“新蓝海”细分市场发展空间广阔。动力电池最大使用年限一般为5-8年，其中电池衰减在20%以内为有效动力电池，有效使用年限约为4-6年。2016年以来全球动力电池装机进入加速阶段，对应的2021年以后存量动力电池加速“退役”。据Trend Force研究显示，2025年预计中国动力电池报废量将达91GWh。据Markets and Markets预测，预计2025年全球动力电池回收行业规模将达到122亿美元，到2030年达181亿美元，动力电池回收循环利用和储能等领域梯级利用等领域市场空间广阔。
2. 两大场景：动力电池加速乘用场景落地，氢燃料电池扩展商用空间
动力电池和氢燃料电池均是新能源电池领域重要技术路线。未来动力电池和氢燃料电池将加速新能源应用两大场景落地：一是动力电池加速新能源车在城市、短途等乘用领域场景进一步落地，二是氢燃料电池大幅扩展新能源车在长途、大型等商用领域的应用空间。
商用车碳排放占比高，发展新能源商用车对双碳目标的达成至关重要。从全球碳排放占比看，据IEA统计，交通运输产业是继电力热力供应后第二大碳排放来源，年排放为82亿吨，占比为24.6%。而从交通运输碳排放结构占比看，传统商用车虽在总体汽车保有量中占比小，但燃油消耗量大、污染排放量高。2021年全国汽车保有量约3亿辆，其中载货类商用汽车保有量约3000万辆，占比仅11％，但碳排放量占比却高达50％以上，因此发展商用新能源车电池技术、扩展新能源应用场景，对实现双碳目标至关重要。
商用车较乘用车相比整体电动化水平低，以氢燃料电池为切入点，发展适合商用车的新能源电池是提升商用车渗透率的关键所在。当前新能源汽车产销仍以乘用车为主，2021年全年，新能源乘用车渗透率达14.8%，12月单月渗透率达22.6%。对比下，2021年新能源商用车渗透率为3.89%，不足4%。从结构看，商用车中客车渗透率相对高，而货车渗透率较低。新能源商用车渗透率较低的原因有两个方面，一是因为商用车由于自身自重大和对远途运输的需求，对电池容量、电池续航能力、电池充电速度有较高的标准；二是2017年后对新能源商用车存在一定补贴退坡。
未来以发展氢燃料电池商用车作为发展新能源商用车领域的切入点，解决商用车电池里程和充电时间“焦虑”，发展更多适合商用车的新能源电池，对提升未来新能源商用车渗透率至关重要。
（1）氢燃料电池产业发展情况——产业化预期提前
氢燃料电池系统由电堆、氢气循环系统、空压机构成。其中燃料电池堆栈即电堆为电池内部重复单元，是最关键、最昂贵的部分之一。电堆由膜电极组件和双极板构成。双极板包括燃料电极和空气电极，膜电极组件包括电解质膜和催化剂。氢气循环系统将氢气罐中的氢气从高压条件转移到低压条件，并输送至电池堆栈。空压机通过空气净化系统清除颗粒物和其他杂质，以增加供应洁净度。
氢燃料电池无需燃烧，而通过将储氢罐中的氢气和空气中的氧气转换成水这一化学反应产生电能，是一种能产生电能、水和热量的电化学能量转换装置。将氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。
氢燃料电池其本身具备零排放、零污染、无噪音、充氢快、续航强等优势特点。相较于纯电动力电池，氢燃料电池在质量能量密度、体积功率密度、充氢效率方面具备优势。
质量能量密度方面，氢气约为140Mj/Kg，远超煤、汽油、柴油、天然气水平，较动力锂离子电池亦有显著优势。
体积功率密度方面，根据《节能与新能源汽车技术线路图2.0》，2025年商用、乘用氢燃料车电堆体积功率密度分别有望达2.5KW/L、4KW/L以上。
补充燃料时间方面，氢燃料电池可以极大缓和充电时间“焦虑”，加氢时间一般在5分钟内，续航里程能达到600公里以上。
我国氢燃料电池发展经历了以下阶段：
2017年起，国家陆续出台政策推动氢能及氢燃料电池产业发展。2017年公布《中国燃料电池汽车发展路线图》、2019年《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》分别对技术和产业路线作出指引。
2020年，氢燃料电池加速进入示范导入期。2020年出台《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》确定了以商用车为抓手，约定示范的期限、城市群、产业化目标及奖励支持力度。氢燃料电池客车续驶里程、百公里氢耗量、最高车速等指标，商用车燃料电池系统额定功率、功率密度、冷启动温度、寿命等指标，均实现或超额完成目标，商用车燃料电池系统多项技术指标与国际先进技术水平同步，实现了电堆、压缩机、变换器、氢气循环装置等关键零部件的国产化。
2021年后，包括技术路线、产业规划和示范应用方案在内的全产业商业化发展思路更加清晰。2021年10月，国务院《2030年前碳达峰行动方案》指出“大力推广新能源汽车，推动城市公共服务车辆电动化替代，推广电力、氢燃料、液化天然气动力重型货运车辆”。2021年11月，国务院《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》特别提出“要持续打好柴油货车污染治理攻坚战，深入实施清洁柴油车（机）行动，全国基本淘汰国三及以下排放标准汽车，推动氢燃料电池汽车示范应用，有序推广清洁能源汽车”。
（2）氢燃料电池参与者格局——格局未定，未来具备技术和市场先发优势企业胜率空间广阔
当前全球氢燃料电池领域竞争格局未定，部分企业已具备先发优势。一方面，氢燃料电池涉及的产业链较长，上游包含制氢、加氢、储氢、氢能产业装备制造，中游包含燃料电池核心零部件制造，下游应用于氢能整车制造领域。氢燃料电池参与厂商着手在上游资源和下游客户领域的战略布局都将对未来竞争格局形成影响。另一方面，当前全球氢燃料电池发展应用尚处于商业化早期，尚未形成类似宁德时代、LG新能源在动力电池领域具备绝对领先优势的龙头企业，市场参与者竞争格局将在未来较长时间处于不稳定状态，具备技术先发、市场和资源卡位优势的企业未来胜率空间广阔。
从海外企业布局来看，部分加拿大、美国、日韩企业均着手于氢燃料电池研发。总部位于加拿大的Ballard和Hydrogenics公司、美国Plug Power公司等为全球氢燃料电池制造厂商。Ballard是零排放质子交换膜燃料电池生产商，其客户主要包括奔驰、奥迪、大众等整车制造商以及军工、叉车企业，2018年潍柴动力通过投资成为其大股东。
Hydrogenics公司主营业务包括燃料电池及水电解制氢设备，并为客户提供储能整体解决方案，在德国、比利时、美国均有生产基地。其产品广泛应用于以阿尔斯通、液化空气集团为代表的下游大型交通运输作业企业中，为阿尔斯通的CoradiaiLint客运列车开发和实施氢燃料电池系统。
该公司于2019年被美国建筑机械与重型卡车企业康明斯收购。美国PLug Power氢燃料电池叉车产品在美保有量约为2.5万辆，在欧洲保有量约为7000辆，在沃尔玛、亚马逊、联合利华、通用汽车等大型企业车间中均有应用。日韩车企如现代、丰田均在氢燃料电池汽车方面有所发力，现代推出氢燃料电池车NEXO，丰田推出氢燃料车Mirai，单次充氢续航里程可达1000公里以上。
从国内企业来看，氢燃料电池参与者主要分为燃料电池厂商、整车企业和燃料电池系统集成类企业。
氢燃料电池厂商方面，主要有雄韬股份、国鸿氢能、重塑股份、新源动力等参与布局。雄韬股份成立较早，在国内多地投资设立子公司推进氢能产业规划与布局，投资制氢、膜电极、电堆等多家产业链企业，致力于打造氢能产业平台，整合和拓展氢能产业链相关资源。
国鸿氢能是一家以氢燃料电池为核心产品的高科技企业，主要产品包括柔性石墨双极板、电堆、燃料电池系统、燃料电池备用电源等。重塑股份除与丰田合作合作金属板路线电堆技术外，也与富瑞氢能、嘉化能源合资，从事加氢站等氢能基础设施的建设和运营业务。
整车厂商方面，主要有长城汽车、上汽集团、宇通客车等厂商参与氢燃料电池布局。长城汽车最早于2016年开始氢燃料电池研发，并在2019年成立了未势能源科技有限公司。未势能源主要业务涵盖燃料电池发动机及其核心零部件开发、低成本加氢站集成化解决方案等领域，并2020年发布了95kW 乘用车燃料电池系统发动机、最大可拓展至 150kW 的平台化燃料电池堆及70MPa高压储氢瓶阀及减压阀等产品，已于2021年12月完成A轮融资。上汽集团则主要通过子公司捷氢科技进行氢燃料电池核心技术的研发，目前具有第三代车用质子交换膜燃料电池电堆，且产品已应用于大巴、乘用车和商用车多重车型中。
燃料电池系统集成类企业，主要有亿华通、潍柴动力、大洋电机、江苏清能等公司。亿华通主要为商用车提供氢燃料电池发动机系统及相关的技术开发、技术服务，主要客户包括宇通客车、北汽福田等整车制造商，并与丰田合作金属板路线电堆技术。潍柴动力积极布局新能源动力总成业务，先后作为第一大股东参股加拿大巴拉德和英国锡里斯动力两家世界领先的氢燃料电池、固态氧化物燃料电池技术公司，推进新能源产业布局。
大洋电机氢燃料电池业务主要产品包括氢燃料电池模组、氢燃料电池控制系统及系统集成等，其于2016年度认购Ballard公司9.9%股权，通过引入国际技术和品牌逐步拓展燃料电池发动机系统及相关零部件等业务，目前已与中通客车、顺达客车等整车厂合作开发多款燃料电池车型。江苏清能重点发展以商用车为主的燃料电池电堆及系统，并与整车制造商和加氢基础设施开发商进行合作，其在美国成立的海易森汽车成功在纳斯达克上市。
核心零部件方面，雪人股份于2015年通过公司旗下的并购基金投资4亿元收购了瑞典OPCON核心业务两大子公司SRM和OES100%股权，掌握了氢燃料电池空气循环系统核心技术，并拥有瑞典品牌AUTOROTOR氢燃料电池双螺杆形式空气循环系统。目前已开发12 个型号燃料电池系统，为克莱斯勒、奔驰、通用、沃尔沃等众多汽车生产商提供过燃料电池系统。
（3）氢燃料电池市场展望——三大行业展望：商用化提速、自主率规模化降成本、上中下游协同发展
受限于主客观因素，当前氢燃料电池在新能源领域渗透率远低于锂电池，未来随着技术进步、量产和加氢基础设施进一步落地，氢燃料电池有望在新能源商用车领域大有所为。未来新能源氢燃料电池行业发展有三大展望：
一是氢燃料电池起步虽晚，但未来亦将步入商用化和产业化快速发展阶段，市场可扩展空间广大。2015-2019年，我国燃料电池车市场初步有所突破，中汽协数据表示，期间年销量从2015年的10辆上升至2019年的2737辆，年复合增长率为306.7%。2020-2025年，新能源燃料车和氢燃料电池进入发展起步阶段，2021年全国氢燃料电池汽车保有约6000余辆。根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》的发展目标，预计到2025年，氢燃料电池汽车保有量有望达到10万辆，氢燃料商用车年销量约达1万辆。十四五期间，氢燃料电池汽车增幅约达15倍。2030-2035年，燃料电池汽车保有量将约达100万辆。
二是未来国产自主可控和规模化提速，氢燃料电池成本下降，成为助推市场加速渗透的关键因素。一方面，未来国产自主可控率加速提升。2017年到2020年，我国燃料电池系统国产化率约从30%上升至70%，从掌握系统集成、双极板技术，到电堆、膜电极等核心部件自主可控率大幅提升，未来质子交换膜等核心材料加速研发将推动燃料电池国产化率将进一步提升。另一方面，规模化对燃料电池成本下降影响显著。与2010年以来锂离子电池成本下降过程相似，规模化将成为影响燃料电池系统成本下降的助推因素，对燃料电池成本降幅空间约70%。
三是氢燃料电池将依托于氢能产业链，上中下游全方位协同发展。氢燃料电池市场发展是一项系统性工程，氢燃料电池商业化应用加速需要相对完善的氢能产业链配套。氢能产业链上游包括氢气制取、氢气纯化、氢气液化等环节，中游包括发展储氢运氢装置，实现气态、液态、固态储运等，下游包括加氢基础设施建设及氢的综合应用。氢燃料电池商业化迅速普及，需依托于氢能产业上中下游协同发展，上游获得环保、成本低廉的氢能源，中游实现安全储运，下游实现大规模便利加氢。《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预计，到2050年氢能产业链产值将超过10万亿元。
3. 多元化技术战略布局：时代发展必然趋势
近年来，以钠离子电池、固态电池等为代表的新型新能源电池技术逐步得到发展。2021年7月宁德时代正式发布第一代钠离子电池，单体能量密度达160Wh/kg，是全球最高水平。三峡能源将打造全球首条钠离子电池规模化量产线，于2022年正式投产。未来电池路线多元化是新能源时代必然发展趋势。
一是发展各具特色，各显优势的新型电池技术，有助于新能源电池在不同适用市场应用拓展。例如未来发展固态电池，有助于进一步提高现有动力锂电池能量密度上限，克服远距离通行阻碍；发展氢燃料电池，可以极大程度扩展新能源电池在商用货车、客车、叉车等领域应用。
二是发展多元化电池技术路线，可缓解原材料压力。一方面，新能源电池和储能需求爆发对锂、镍、钴需求迅猛增长，另一方面，我国的钴、镍等资源探明储量全球占比较低，其中钴储量约占全球1%，镍储量不足全球储量的4%。因此发展例如高镍低钴、无钴、钠离子电池等新技术电池品类，走多元化技术路线可以一定程度减少对特定上游资源依赖，降低上游大宗原料供应不稳定性对电池厂商生产成本影响。
因此，以固态、钠离子、高镍多元、铝空气等为代表的众多新兴电池技术，将极大程度补充丰富新能源电池市场发展的多元化战略格局。
（1）钠离子电池：成本低廉、安全性高、低温性能佳
钠与锂在元素周期表中处于同一族，钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，即通过钠离子在正负极之间移动实现充放电过程。
钠离子电池优点主要在于成本低廉与安全性高，同时兼具低温性能：
成本方面，一是钠元素在地球含量高，钠元素的获得较锂元素更为容易，二是钠元素不与铝发生反应，电池正负极均可以选择成本较低的铝箔，因此总体成本相对低廉。
安全性能方面，若在钠离子电池中采用集体流铝箔，更不易氧化，电池可完全放电，从而使运输过程中更加安全。且钠电池快充相较锂电池更不易导致温度过高起火事故，从而将具备更好的安全性能。
低温性能方面，钠电池在高低温下都能保证较高的容量保持率，决定了其比磷酸铁锂电池在冬天放电性能更优。
但是，对钠离子电池而言，寻找低成本、结构稳定的正负极材料，以及更大程度增强其循环寿命，是其技术得到大规模推广落地的重中之重。由于钠离子的体积更大，对正负极材料的要求会更高，否则正负极材料容易在充放电过程中崩塌。此外，钠离子电池的能量密度会更低，如何更大程度增强其循环寿命是需要继续在应用中提高解决的问题。未来钠离子电池或会作为锂电池的重要补充。
（2）固态电池：热效能表现佳、极限能量密度高、量产成本优化空间大
固态电池是基于现有液态锂电池技术，在其基础上实现进一步技术发展，实现“液态－半固态－固态”的转变，逐步完成对电解液隔膜和正负极材料的替代。
固态电池优点主要在于提高电池热效能表现、能量密度，未来量产后成本优化空间较大：
热效能方面，固态电池的固态电解质将降低电池组对温度的敏感性，较大程度降低电池短路可能，提高了电池使用寿命。
能量密度方面，固态电解质同样有利于提高电池正负极之间的电压差，在匹配更加合适的正负极材料后，可较大程度提升锂电池的能量密度。
成本控制方面，未来固态电池降成本的空间或比现有锂电池更大，Bloomberg数据预计，2028-2035年，采用固态电池的电动车将增长37倍，而固态电池的成本将下降至40美元/KWh。
但是，对于固态电池而言，需要在电解质、正负极材料、以及充导电效率方面取得突破。一方面，固态电池无法大规模量产的主要原因是未寻找到成本低、稳定性高的固态电解质，固态电池电极的锂金属的粉化与循环寿命的问题也需解决。另一方面，固态电解质的电阻更高，导电率更低，电解质材料与正负极之间连接不如液态电解质紧密，所以在充电效率表现方面或需技术提升。未来随着固态电池技术突破，叠加成本优势凸显，锂电池将会逐步过渡到半固态到固态的阶段。
（3）铝空气电池：比能量大、电池自重轻、环境友好性高
铝空气电池是以高纯度铝作为负极，以氢氧化钠或氢氧化钾水溶液作为电解质，摄取空气中的氧气并以其作为正极，在电池放电时以氧和铝生成氧化铝的一种空气电池。
铝空气电池优点主要在于比能量大、电池自重轻、环境友好性高：
比能量和续航能力方面，铝空气电池理论比能量可达到8100Wh/kg，远高于当今各类电池的比能量上限，因此采用铝空气电池车辆理论续航能力比现在现用电池种类强。
电池自重方面，铝空气电池质量轻，可以减少车载负荷。
环境友好程度方面，铝空气电池生成的氧化铝对人体和环境无害，可以将电池回收后进行还原反应，循环投入使用。
但是，对于铝空气电池而言，需要在放电速度、替换效率、以及电解质膜解决方案等方面突破其自身短板。铝空气电池中电子只能从阳极流向阴极，导致铝空气电池需更换新的电池以实现持续使用，这就对电池替换技术和效率有较高要求。另外，未来铝电池取得量产的主要条件之一是需要完善电解质膜解决方案，既能保护金属在碱液中的稳定性，又能以离子的方式传输电流。未来铝空气电池技术突破不仅将影响电动汽车等行业，亦对军用民用的应急、备用领域需求有很大的意义。
三、新能源电池行业发展启示
在全球“碳中和、碳达峰”的背景下，交通运输领域成为实现双碳目标的主战场，汽车产业作为排放贡献较高的产业，需要先行一步。而电池作为新能源汽车提供动力的核心部件，毫无疑问是新能源汽车的“心脏”。一是发展新能源汽车有利于维护国家能源安全。2021年我国加工原油70355万吨，进口原油51298万吨，进口量约占加工量的72.9%，对外依存度高。若新能源汽车逐步取代传统燃油车，将降低原油总需求量，从而降低原油进口量和对外依存度，有利于保证国家能源安全。
二是动力电池技术迭代将深刻带动新能源汽车产业链上下游协同发展。产业链下游对于新能源汽车的需求在早期提振了动力电池的需求，但动力电池自身的技术更新和优化也将反过来进一步推动新能源汽车产业链其他部门发展；2021年，国内动力电池四大厂商宁德时代、比亚迪、中创新航、国轩高科总装机量达到122GWh，同比增速超过150%，增长势头迅猛，这也大大带动行业上游包括正负极、电解液、金属元素开采等行业企业需求提升。
三是有利于开辟新赛道，实现对于传统汽车强国的超越。美日欧等传统汽车强国在燃油车领域深耕已久，国内汽车厂商在发展时具有先天劣势，而动力电池尚处于研发应用阶段，具有广阔的市场和发展空间，是国内汽车厂商一次绝佳的弯道超车的机会。
未来中国电池行业将形成“一大支柱，两大应用场景，多元化技术发展路线”的发展格局。其中，以磷酸铁锂和三元锂电池等为代表的动力电池发展将继续作为新能源电池产业第一大支柱。此外，将形成基于现有动力电池技术成本优势，加速推动新能源乘用车应用场景落地；并以氢燃料等燃料电池为切入点，丰富和扩展新能源乘用、新能源商用应用场景的两大应用场景。以及将形成以固态、钠离子、高镍多元、铝空气等为代表的众多新兴电池技术以补充丰富新能源电池市场的多元化发展。
发展新能源电池产业，需综合考量和提高技术研发能力、产能供应保障能力、制造综合实力、加氢充电等基础设施水平。基于以上行业发展历程和规律总结，对新能源电池发展有如下启示：
在技术发展方面，一是加强系统短板技术攻关，对新能源电池行业整体发展至关重要。从正负极材料、电解液、隔膜等关键核心技术领域着手研究，有助于促进电池性能在强度、重量、安全性、成本、寿命等核心指标上显著提升。
二是针对布局解决上游钴矿、锂矿资源稀缺，拓展新电池技术储备，可以促进相关生产原材料如电池级碳酸锂生产供应稳定。着手布局战略性资源储备，在一定程度上摆脱上游大宗原料供应不稳定性和成本限制，发展例如高镍低钴、无钴、钠离子电池等新技术电池品类，形成精细化、智能化、高值化退役动力电池循环利用体系，可以促进绿色低碳、循环可持续和行业健康发展模式，并行解决原材料稀缺等问题。
三是攻克氢燃料电池中关键部件，可以帮助氢燃料电池产业突破式发展。攻关如膜电极、燃料电池电堆、空气供给系统等方面的技术难题，并提升可再生能源制氢比重，摆脱化学能源制氢对于原料要求的限制，可以帮助实现真正意义上的“零排放”。
在产能规划方面，一是注重出海战略布局，有助于国内动力电池企业维持装机份额绝对优势的同时，进一步实现海外市场深度合作。出海布局可进一步贴近下游整车生态、加强本土化产品供应适应能力，和海外部分汽车整车企业形成深度合作。
二是在上游关键零部件、下游系统集成应用等领域规划产能建设，有助于氢燃料电池等新型电池技术企业形成与企业发展禀赋和资源条件相匹配的环节卡位布局。形成产业链上下游企业联动发展的生态格局，促进氢燃料电池产能加速落地。
三是注重制造综合实力和产业基础产能投放力度，有助于实现动力电池制造综合实力的长期稳健增长。例如进一步提升锂电池电机驱动系统解决方案水平，加强关键零部件开发，并突破加氢站、氢能储运、车载储氢等的技术瓶颈，在相关政策配合的支持下，有助于实现新能源电池制造综合实力长期稳健增长。
在产业全价值链发展方面，一是布局动力电池回收“蓝海”，有助于构建完善新能源汽车产业链全价值链发展。切实落实动力电池全生命周期溯源管理，在动力电池回收利用体系方面的投资布局，有助于减少对锂、镍等原料资源开采的依赖。此外，加强下游报废拆解环节建设，形成有机闭环，促进动力电池产业全价值链发展。二是布局退役动力电池利用，可以促进打开多元化梯次利用市场空间。根据技术和行业规范标准，对符合能量衰减程度的退役动力电池（即衰减在20%-40%之间满足梯次利用标准）进行梯次利用，将其在低速车、环卫车等低速领域和太阳能路灯、通信基站等储能领域开展二次应用。
在基础设施建设方面，一是科学建设充换电基础设施和充电设施运营服务平台，有助于综合提升充换电基础设施服务便利性。加强城乡电网规划，形成智能化的居民区、高速公路和城乡公共充电网络。加快大功率充电、无线充电等新模式研发等，都有助于提升充电安全性和基础设施服务水平。
二是合理布局和建设加氢基础设施，可以完善氢能利用全产业价值发展。因地制宜开展多途径制氢技术，有助于探索高压气态、深冷气态、低温液态及固态等氢燃料制储运技术应用。此外，合理布局和建设加氢设施，根据各地实际情况探索油氢、气氢共建站，有助于健全氢产业链体系标准，促进油、气、氢、电综合布局。
本文来自微信公众号：泽平宏观 （ID：zepinghongguan），作者：任泽平团队