量变与质变-《电池行业专题报告》之《技术篇》

1、 新新能源策策略研究究团队 王稹 韩若冰冰王成 桑永亮亮 张赟赟本报告导导读：主要内容容包括：电池的的历史发发展，工工作机理理，参数数对比，性能对对比，应应用领域域，工艺艺流程，中日美美在技术术和制造造上的差差距，中中国电池池企业的的发展。投资要点点：究竟是是什么力力量推动动了电池池产业的的发展？我们认认为，每每次新材材料的应应用让电电池性能能有了质质的飞跃跃，每次次正负极极材料或或电解液液的改进进也促使使电池质质量会有有一定幅幅度的提提升。z 电池池的发展展史，正正是一部部材料科科技的进进步史。工艺的的改进使使电池量量变，新新材料的的发明促促使电池池质变。可以预预见的是是，采用用含有锂锂元素

2、的的导体材材料（离离子化合合物、聚聚合物）作为电电极材料料是高能能电池的的最佳选选择，只只是，多多元素锂锂离子化化合物的的发现需需要材料料技术的的继续进进步。z 提升升储能潜潜力，提提高能量量密度，这始终终是电池池技术不不断发展展的最直直接的理理念之一一。但是是，十全全十美者者尚不存存在，特特别是高高功率与与高能量量是难以以兼得的的。而且且，我们们也会发发现，不不同产品品对电池池具有多多样化需需求。因因而，电电池材料料的开发发也是多多样化的的。z 对比比各项表表象性能能，安全全、价格格、寿命命都是必必须要考考虑的指指标，这这决定了了某类电电池能否否广泛应应用。由由于，锂锂离子电电池的性性能优越

3、越，不同同正极材材料的锂锂离子电电池的性性价比差差异满足足不同应应用的市市场需求求，因而而，锂离离子电池池形成了了对其他他各类电电池的几几乎全面面替代趋趋势。z 尽管管，我们们对电池池制造的的印象是是劳动密密集，但但是，从从电池产产业链来来看，同同样是技技术密集集的，特特别是资资源开采采加工与与电池材材料制备备更多地地涉及材材料学科科。通过过图示铅铅酸电池池、镍氢氢电池、锂离子子电池制制造的主主要工艺艺流程环环节，我我们指出出了国内内电池产产业的发发展方向向与技术术瓶颈。z 在电电池的产产业化方方面，中中国与日日本、美美国存在在相当大大的差距距，而这这些归根根结底都都可以体体现在材材料技术术产

4、业化化的国内内外差距距上。我我们认为为，依靠靠电池材材料进口口，小型型单体电电池的制制造是成成熟的；但是，即便解解决了电电池材料料问题，大容量量大功率率的电池池组的设设计和制制造仍然然面临诸诸多问题题，这也也正是电电动车用用动力电电池技术术需要突突破的关关键技术术难点。z 从中中国电池池企业转转型发展展来看，锂离子子电池行行业的市市场竞争争力很大大程度依依赖于长长期发展展的技术术积累，而非单单纯的资资金投资资，同样样，锂电电池电池池材料具具有较高高的技术术壁垒，各细分分行业领领先企业业大多为为较早进进入行业业者。但但是，小小型锂离离子电池池业务的的技术门门槛是很很低的，大量中中小参与与者的涌涌

5、入导致致行业利利润率迅迅速下降降。1. 材材料技术术的进步步，电池池工业的的发展 电池池的历史史可以追追溯到 17999 年年，两百百多年来来，始终终朝着高高容量、高功率率、低污污染、长长寿命、高可靠靠性的方方向发展展，应用用范围也也随之扩扩大。我我们在思思考，究究竟是什什么力量推动动了电池池产业的的发展？ 图 1：电电池发展展史大事事回顾 资资料来源源：国泰泰君安证证券研究究所电电池是能能量的物物质载体体，这个个载体的的基础实实质便是是制备所所需材料料和相关关工艺技技术。工工艺的改改进使电电池量变变，新材材料的发发明促使使电池质质变。从铅酸酸电池的的发明，到镍镉镉电池、镍氢电电池、锂锂离子电

6、电池的依依次出现现，新材材料的应应用让电电池性能能有了质质的飞跃跃。就单单看某一一类电池池，每次次正负极极材料或或电解液液的改进进也促使使电池质质量会有有一定幅幅度的提提升。图 2：电池的的发展史史，正是是一部材材料技术术的进步步史，电电池的储储能密度度与化石石能源相相比，仍仍有巨大大差距 是否存存在下一一代 XX 离子子电池超超越锂离离子电池池的性能能呢？很很难！锂锂元素是是最轻的的一种金金属元素素，在金金属元素素中化学学性能最最活泼，电位最最负。可可以预见见的是，采用含含有锂元元素的导导体材料料（离子子化合物物、聚合合物）作作为电极极材料是是高能电电池的最最佳选择择，只是是，多元元素锂离离

7、子化合合物的发发现需要要材料技技术的继继续进步步。图3：由化学学元素周周期表来来看，似似乎再难难以找到到超越锂锂离子化化合物/聚合物物的正极极材料了了2. 不不同的工工作机理理，不同同的电池池特性，不同的的应用市市场这里，我们将将从各类类电池的的工作机机理谈起起，这会会涉及一一些电化化学的常常识。我我们认为为，表11 的内内容可以以关注几几点：z 电极极反应的的效率、密度与与温度特特性；z 电极极反应是是否有水水（H22O）或或者氢氧氧基（OOH-）参与；z 电极极反应是是否存在在产生气气体的可可能性；z 电池池材料是是否存在在污染、腐蚀的的可能性性；z 电解解液中电电解质、隔膜的的温度特特性

8、。表 1：铅酸电电池、镍镍氢电池池、锂电电池的工工作机理理 人们对对于“宝宝葫芦”的畅想想源自对对移动能能源的神神秘力量量的憧憬憬。作为为储能能能源，人人们最为为关注的的电池参参数指标标是“能能量密度度”（能能量比体体积）。二十年年前，人人们不可可能想象象可以手手里拿着着卡片一一样的电电话机行行走全球球，这正正是电池池能量密密度提高高给人带带来的便便利。二二十年后后，我们们可能依依然感慨慨笔记本本待机时时间的尴尴尬，这这还是电电池能量量密度造造成的瓶瓶颈。 提升储储能潜力力，提高高能量密密度，这这始终是是电池技技术不断断发展的的最直接接的理念念之一。但是，十全十十美者尚尚不存在在，特别别是高功

9、功率与高高能量是是难以兼兼得的。而且，不同产产品对电电池具有有多样化化需求。智能手手机关注注高能量量，电动动工具关关注高功功率，混混合动力力汽车更更在意高高功率，纯电动动汽车更更关注高高能量，但是，如果都都换成“山寨版版”呢？因因而，电电池材料料的开发发也是多多样化的的。图 4：锂离子子电池的的各项参参数最为为优越，锂离子子电池的的不同电电极材料料的参数数差异较较大 资资料来源源：国泰泰君安证证券研究究所 注：我我们对各各种参数数进行了了适当的的归一化化处理。图 5：对于同同类电池池，高功功率与高高能量的的性能不不易兼得得，这就就形成针针对不同同应用市市场的电电池材料料的研究究 对比比各项表表

10、象性能能，安全全、价格格、寿命命都是必必须要考考虑的指指标，这这决定了了某类电电池能否否广泛应应用。由由于，锂锂离子电电池的性性能优越越，不同同正极材材料的锂锂离子电电池的性性价比差差异满足足不同应应用的市市场需求求，因而而，锂离离子电池池形成了了对其他他各类电电池的几几乎全面面替代趋趋势。我我们认为为，安全全性因素素决定了了“能还还是不能能”，性性价比因因素决定定了“换换还是不不换”。图 6：表象性性能的差差异表现现了各类类电池的的优缺点点 图 7：锂锂离子电电池的性性能优越越，不同同正极材材料电池池的性价价比差异异，这些些注定锂锂离子电电池的应应用趋势势3. 电池制制造工艺艺，关键键环节与

11、与瓶颈 简单的的说，电电池产业业链包括括：资源源开采加加工、电电池材料料制备、电池组组装生产产环节，前两个个环节更更多地涉涉及材料料学科。我们将将铅酸电电池、镍镍氢电池池、锂离离子电池池制造的的主要的的工艺流流程环节节图示出出来，是是为了指指出其中中的关键键环节。表2：铅铅酸电池池维维护性、高功率率、轻便便性是铅铅酸电池池的发展展方向 图 8：铅酸电电池工艺艺流程示示意图表 3：镍氢电电池减少金金属镍用用量、开开发高性性能贮氢氢合金是是发展方方向图 9：镍氢电电池工艺艺流程示示意图图 100：锂离离子电池池工艺流流程示意意图 表 4：锂离子子电池高端端锂电池池制造的的的技术术瓶颈依依然突出出

12、4. 我我们的差差距，我我们的未未来 上节我我们描述述了产业业链的关关键环节节，指出出了国内内电池产产业的发发展方向向与技术术瓶颈。显然，在电池池的产业业化方面面，中国国与日本本、美国国存在相相当大的的差距，而这些些归根结结底都可可以体现现在材料料技术产产业化的的国内外外差距上上。我们们对比了了中、日日、美的的镍氢电电池、锂锂离子电电池的材材料技术术和制造造技术。我们认认为，依依靠电池池材料进进口，小小型单体体电池的的制造是是成熟的的；但是是，即便便解决了了电池材材料问题题，大容容量大功功率的电电池组的的设计和和制造仍仍然面临临诸多问问题，这这也正是是电动车车用动力力电池技技术需要要突破的的关

13、键技技术难点点。图11：中国与与日本、美国在在电池材材料方面面的对比比图 122：中国国与日本本、美国国在电池池制造技技术方面面的对比比5. 技技术积累累中的中中国电池池企业 我我们对国国内电池池相关企企业的主主营业务务方向的的转移情情况进行行分析，不完全全统计的的转型路路线如图图6 所所示。据据此，我我们注意意到：z 锂离离子电池池行业的的市场竞竞争力很很大程度度依赖于于长期发发展的技技术积累累，而非非单纯资资金投资资统统计显示示，锂离离子电池池行业前前十位的的企业几几乎全部部为20000年年之前进进入锂电电领域。对于镍镍电池与与铅酸电电池行业业也有类类似情况况。z 锂电电池电池池材料具具有

14、较高高的技术术壁垒，需要较较高的技技术支持持与积累累，以及及大量固固定资产产与技术术研发投投资，各各细分行行业领先先企业大大多为较较早进入入行业者者。锂离离子电池池、镍氢氢电池成成为众多多企业转转型的主主流目标标产业符合合技术发发展趋势势，产品品性能优优秀，应应用范围围广，市市场预期期好。z 小型型锂离子子电池业业务门槛槛较低大量量中小型型参与者者的涌入入导致行行业利润润率下降降，并普普遍缺乏乏技术竞竞争力。图 133：电池池企业的的业务转转型或扩扩展路线线表 5：国内锂锂离子电电池前列列企业新新设或者者转型的的高峰期期是20000 年附近近，符合合下游市市场需求求的变化化 资资料来源源：国泰泰君安证证券研究究所 注：收入单单位为亿亿元表