电池的发展状况：磷酸铁锂过剩，高端三元不足

结构性过剩体现在两方面，一是产品类别上，截止到2016年年底，我国动力电池总产能约63GWh，其中三元电池产能25.5GWh，占比约40%，这一比例到2017年有望提升至47%。在三元优势逐渐确立的大背景下，磷酸铁锂的产能将长期处于过剩状态，预计未来几年内将有落后产能退出市场。二是在市场结构上，市场竞争力较弱的低端产能严重过剩，位于头部的少数龙头则处于供不应求的状态。从产能利用率角度观察，2017年CATL的产能利用率接近90%，比亚迪的产能利用率超过40%，行业平均水平则只有30%左右。

动力电池发展方向：能量密度是撬动性价比的支点

在新能源汽车推广过程中的两个主要问题：一是与化石燃料相比，电池相对低的能量密度，汽油的能量密度高达12000Wh/kg，现在较先进的动力电池单体能量密度约250Wh/kg，仅有汽油的1/40，这导致的主要后果是普通电动车续航里程远低于燃油车，催生消费者的“里程焦虑”;

二是与内燃机驱动相比，相对高的整车成本，燃油车经过上百年的发展，其发动机的制造工艺成熟，成本控制也较好，动力电池的产业化时间仍然较短，当前成本很高，据BNEF统计，截至2017年，美国中档燃油车的动力系统成本约5500美元/套，动力电池成本则高达12000美元/套，尽管电动车的使用成本有优势，但电池造价的巨大差距导致目前电动车的经济性仍然较差。

价格持续下降是电动车替代燃油车的基础

电池价格下降、实现电动车经济性平价是推动电动车替代燃油车的基础。据测算：对于某些年行驶里程较高的应用场景，当前的电池价格已可以满足使用全成本平价;对于中档车而言，动力电池系统价格降至1元/Wh时，大众消费者可以实现使用全成本平价;随着电池成本的进一步下降，一旦低于0.7元/Wh，电动车的购臵成本可以和同档燃油车竞争，使用全成本则明显低于燃油车，届时电动车将在脱离政策支持的环境中加速替代燃油车。

从动力电池短暂的发展史中可以看出，动力电池成本下降的速度非常迅速，从2010年至今，动力电池系统的价格从1000$/kWh降至2017年的209$/kWh，年复合降幅达20%以上。国内动力电池的价格也在快速下降，据《2018中国汽车产业发展报告》的研究，2013年国内锂电池单体的价格高达3.2元/Wh，2018年有望降至1元/Wh，2025年有望降至0.55元/Wh。

动力电池价格下降将带动电动车的销量和锂电池的年需求。BNEF预计到2030年全球动力锂电池的需求有望超过1600GWh，是2017年需求量的25倍，其中电动车需求接近1300GWh，电动大巴的电池需求接近270GWh，储能电池的需求接近70GWh。

提升电池容量是改善电动车性能的前提

能量密度低的缺点可以通过增加电池容量来缓解。纯电动车根据续航里程的长短分为低端(小于250km)、中端(250~380km)和高端电动车(380km以上)，纯电动车的续航里程由汽车携带电量决定，一般而言，1kWh电量可以驱动汽车行驶5-7km(或者3-4英里)。

2010年电动车刚刚推向市场时，市场主流产品的带电容量仅有24kWh，续航里程不足200km，“续航里程焦虑”成为阻碍消费者选购电动车的一大难题。随着电池成本的快速下降以及能量密度的提升，汽车携带的电池容量稳步增加，续航里程也随之增加，目前300km以上的产品已经成为主流，特斯拉的高端产品续航里程达600km以上，里程焦虑得到极大缓解。

提升电池能量密度是技术攻关的主要方向

提升电池能量密度是降本提效的有效手段。由于动力电池的成本主要是原材料，提升电池能量密度可以有效降低原材料的用量和成本。此外，电池系统的重量达数百公斤级别，占整车重量的1/3左右，提升能量密度可以有效减少电池系统和汽车整体重量，进一步改善整车性能。提升电池能量密度主要通过优化活性材料和生产工艺，目前比较确定的技术方向包括正极材料高镍化和负极中引入硅材料。

提高三元NCM正极材料中镍元素的含量可以有效提升电池的容量和工作电压，从而提升电池的能量密度。不同比例NCM材料的优势不同，Ni表现高的容量、低的安全性，Co表现高成本，高稳定性，Mn表现高安全性、低成本，理论上，提高正极材料中的镍含量是提高电池能量密度、提升锂电池性价比的不二之选。

然而，随着镍含量的提高，正极材料的稳定性随之下降。由于Ni2+半径(0.069nm)与Li+半径(0.076nm)较为接近，在制备过程中容易导致锂镍阳离子混排，进入镍空位的锂在循环过程中难以脱嵌，导致电池的首次库仑效率不够理想，并容易造成材料结构坍塌，由层状结构向尖晶石结构或NiO型岩盐相转变，从而导致容量衰减、循环性能和热稳定性降低。

另外，阳离子混排使得电极材料表面锂析出，表面碱度过高，多余的锂形成碳酸锂或氢氧化锂在充放电过程中分解，使得电池产气鼓包，安全性能下降。此外，在充电至较高电压状态下，材料表面Ni2+被氧化至Ni4+，其与电解液之间会发生较严重的副反应形成SEI膜，导致离子和电子电导率较低，从而导致倍率性能表现不佳。

由于面临上述问题，尽管高镍三元已成为众多电池厂商的攻关方向，但距离大规模推向市场仍需时日。

在石墨负极中引入硅元素是提高电池容量的有效方法。商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料，石墨的理论比容量为372mAh/g，而市场上的高端石墨材料已经可以达360~365mAh/g，因此相应锂离子电池能量密度的提升空间已相当有限。硅基负极材料因其较高的理论比容量(高温4200mAh/g，室温3580mAh/g)、低的脱锂电位(<0.5V)、环境友好、储量丰富、成本较低等优势而被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但硅负极在脱嵌锂离子时体积变化率太大，并且会导致析锂反应，造成安全隐患，因此目前硅负极材料的应用也未普及。