电池正极高镍化、无钴化

负极加硅化

在电池结构相关技术不断推进的同时，材料端的研发也在如火如荼的进行。相对结构的升级，材料端的技术升级也聚焦在多个方向，其中，正极材料呈现高电压化、高镍化、减钴化的发展趋势，负极材料则呈现加硅化，向更高理论容量的硅负极和锂金属负极方向探索。

“提高电池能量密度的关键是优化电池材料。”张璐表示，以锂离子电池来说，石墨是锂离子电池中负极材料的主要选择，而钴酸锂是正极材料的常用选项。然而，这些材料存在容量限制，无法满足新能源汽车对高能量密度的需求。因此，需要积极开发新型材料，如硅基负极材料和锂硫电池等，这些材料具有更高的容量和能量密度，有望提高新能源汽车的续航里程。比如三元锂电池，就是通过不断提高正极含镍浓度来提高能量密度。

从负极材料上市公司的布局来看，在4680大圆柱密集投产期及各厂商超充电池量产在即的推动下，硅基负极布局也呈现扩张态势。譬如：贝特瑞在2023年11月底的投资者交流活动中表示，公司现有硅基负极产能5000吨/年，此外，深圳在建硅基负极一期1.5万吨预计会在2024年陆续建成投产。璞泰来目前中试车间已完成建设，产能1000吨左右。杉杉股份的子公司宁波杉杉4万吨硅基负极材料项目开工，预计于2024年初投试产。

以负极材料龙头公司贝特瑞为例，自2013年以来，贝特瑞负极材料出货量已经连续10年位列全球第一，作为国内最早量产硅基负极材料的企业之一，目前，公司硅基负极产能5000吨/年，公司的硅碳负极材料已经突破至第四代产品，比容量达到1800mAh/g以上；公司所生产的硅氧负极材料已完成多款氧化亚硅产品的技术开发和量产工作，比容量达到1400mAh/g以上。

镍含量作为影响正极材料能量密度的关键材料，随着高续航车型的不断推出，很多厂商正加快布局三元高镍产品。从最近的动态来看，长远锂科2023年12月22日在投资者互动平台上表示，公司高镍三元正极材料单晶化技术和短流程绿色生产技术达到国际领先水平，已应用于公司高镍单晶产品生产，在降低生产成本的同时，进一步提升了产品质量和生产稳定性。贝特瑞生产的三元正极材料主要是以NCA、NCM811为代表的高镍三元正极材料，在国内率先实现NCA正极材料的技术突破，并向海外的动力电池客户实现批量销售。

欣旺达动力相关负责人介绍，高能量密度电池存在安全性挑战，首先从材料层级，提高正极材料的结构稳定性，结合仿真计算结果，调控材料掺杂工艺，实现E元素体相均匀掺杂，进而提升安全性能。电解液从高安全溶剂和高热稳定性锂盐出发，通过改良电解液基因，降低固液界面间的反应热，显著提高电池耐热温度及电池的热安全。同时阻燃添加剂的使用，充分捕捉氧自由基，使较低浓度的新型阻燃添加剂就能使电解液成为不燃电解液。高耐热、高强度隔膜可以通过双面涂层结构设计搭配自支撑涂层，使隔膜耐热特性提升。在电池系统层级，新系统安全方案设计，增加被动安全结构，同时采用更精确地主动安全技术，共同保证电池系统安全性。

“目前高比能项目的开发痛点有两点：首先，如何在实现高能量密度的同时保持快充能力；其次，目前采用的高能量密度方案涉及到硅基负极材料，目前硅基负极材料有膨胀大、循环较石墨稍差等问题。”欣旺达动力相关负责人进一步表示，针对以上痛点，在正极方面，欣旺达开始通过采用体相均匀掺杂、晶面取向调控等技术提升锂扩散系数、增加循环性能；在负极方面，开发杂原子掺杂技术，提升硅负极的扩散系数降低DCR，提升倍充能力，在纳米尺度调控硅颗粒尺寸并构建超致密纳米层级体积缓冲网络，降低膨胀提升循环寿命；在电解液方面，开发耐氧化超导、低消耗自修复电解液，提升快充及循环能力。通过以上技术的联合应用，可有效克服开发过程中的痛点。

固态电池、钠电池成必争高地

电解质作为动力电池关键材料之一，业内普遍认为，固态电池可以通过固态电解质解决根本上安全性问题，是大幅提升电池能量密度的必要路径，固态锂电池也被公认为是最有可能成为下一代动力电池的存在。

由于电解质升级复杂性，全固态电池技术难度相对较高，目前固态电池仍多处于预研和中试阶段，尚未大规模量产。不过，半固态作为液态电池向全固态电池的过渡产品已“箭在弦上”。

2023年12月，蔚来CEO李斌驾驶ET7直播挑战“1000公里续航”引发消费者热议。据了解，此次实测的150kWh超长续航电池包是全球首款无热失控软包CTP电池，电芯能量密度高达360Wh/kg，预计2024年4月量产，适配所有蔚来车型。

与此同时，上汽集团在互动平台上表示，2024年起半固态电池将在公司不同车型上实现量产应用。而基于对市场趋势的预判，长安汽车此前也曾表示，计划到2030年推出液态、半固态、固态等8款自研电芯，形成50GWh~80GWh的电池产能。在2023广州国际车展的发布会上，广汽集团也宣布固态电池技术取得突破性进展，计划在2026年实现装车搭载。

“国内外众多企业投入研发，我们预计半固态电池有望于2023~2024年率先落地，全固态电池或将于2025年后逐步实现产业化。”曾韬认为，因具备高理论性能，锂离子电池向固态电池的发展方向相对明确，产业链各企业均有一定程度的研发布局。从量产规划来看，初创企业相对领先，卫蓝新能源、清陶能源、恩力动力等企业规划于2023~2024年实现量产，其中，卫蓝新能源第一颗车规级半固态动力电芯已下线。

以清陶能源为例，根据清陶能源公布的规划，其第二代固态电池计划明年量产，液态电解质含量将小于5%，成本较液态锂电池低20%；该公司还计划在2027年实现第三代全固态电池量产，该款电池内将不含液体，且成本较液态锂电池减少四成。

张璐表示，正极减钴到无钴，负极加硅，电解质减有机溶剂并逐步向全固态方向发展，面向2025年发展目标，采用更高比容量的富锂材料、高容量的硅碳负极，逐步开始向固态电解质转型。到2030年，全固态电解质预计有望实现大规模商业化。

据光大证券报告显示，根据测算，2023年全球半固态电池渗透率约为1%，需求达到约8.8GWh，2023~2030年，全球固态电池需求增长的CAGR为63.7%。另据国信证券研报显示，预计2024年全球固态电池（含半固态电池）需求量为2.3GWh，市场空间达19.5亿元。

此外还值得一提的是，钠离子电池也从理论走向现实。今年1月5日，江淮汽车集团旗下新能源汽车品牌江淮钇为正式向用户交付全球首款钠电池量产车型，新车搭载的是中科海钠提供的32140钠离子圆柱电芯，并采用了江淮钇为的蜂窝电池结构。

此外，2023年2月，中科海钠与思皓新能源联合发布首台钠离子电池试验车；同年3月雅迪发布搭载钠电池的两轮车；4月宁德时代宣布钠离子电池将首发落地奇瑞车型。

从量产车型不难发现，钠离子电池均定位于低续航的短途微车型，市场关心的是，随着钠电池技术的不断成熟，是否撬动磷酸铁锂的中低端市场。

“钠离子电池技术成熟后，肯定会分食掉磷酸铁锂市场中的一部分蛋糕。”真锂研究首席分析师墨柯认为，车企对钠离子电池车的定位应该是以小微型车为主，钠离子电池正处于起步阶段，而微型车的智能化要求不高，对电池能量密度没有太高要求，钠离子电池也适合。钠离子电池理论上能做到比锂电便宜，只要能把理论上的便宜变成现实，就会迎来较好的前景。

在曾韬看来，当前阶段多数企业钠电开发仍处于试验阶段，中游材料成本仍然较高。“从产能规划来看，预计正负极、电解液环节均可形成万吨级产能，材料成本有望在规模化效应下显著下降，助力下游电池环节量产加速。从技术路线来看，层状氧化物路线产研相对领先，预计将率先量产落地。”