一、車用動力電池發(fā)展的主要問題與總體認識
1.動力電池發(fā)展仍然存在不確定性
當前，電動化已成為汽車產業(yè)不可逆轉的大趨勢。而車用電池作為影響電動汽車可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素之一，其發(fā)展仍存在一定的不確定性。這其中既有科學問題，也有產業(yè)應用問題。
從科學的角度來看，車用電池技術目前尚未收斂：一方面，電池材料體系仍面臨多樣選擇，主要包括磷酸系電池、三元系電池、鈉電池、無鈷電池以及固態(tài)電池等，其下又可細分為磷酸鐵鋰電池、磷酸錳鐵鋰電池，三元5系電池、三元8系電池，半固態(tài)電池、全固態(tài)電池等。另一方面，電池技術及工藝的開發(fā)，包括電池性能潛力的可開發(fā)程度、關鍵的時間節(jié)點、電池與整車集成趨勢下的創(chuàng)新方向等，也存在不確定性。
從應用的角度來看，電池還涉及到多種不同應用場景的選擇，以及對這些場景潛力的判斷：例如，不同材料體系的電池是適用于儲能，還是適用于車輛動力系統(tǒng)？是適用于低端車型、中端車型，還是高端車型？又如，某種電池在各種特定場景下的應用狀況，有無替代性的競爭電池，市場空間的大小以及市場爆發(fā)和飽和的時間點，產能布局和建設的情況，等等。
顯然，上述問題對于企業(yè)在電動化方向上進行戰(zhàn)略決策及保持戰(zhàn)略定力至關重要，并將直接影響汽車產品的研發(fā)周期、成本乃至綜合競爭力。為此，蓋斯特基于長期持續(xù)的深入研究，結合產業(yè)發(fā)展的最新實踐，對主流動力電池當前的現(xiàn)狀及未來的趨勢進行了研判。特將觀點分享如下，供行業(yè)同仁參考。
2.動力電池的創(chuàng)新發(fā)展仍有很大空間
動力電池的創(chuàng)新主要涉及材料創(chuàng)新、結構創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和裝備創(chuàng)新等。其中，材料創(chuàng)新是根本因素，工藝結構創(chuàng)新、電池與整車集成創(chuàng)新是重要因素，裝備創(chuàng)新則是支撐因素。這些創(chuàng)新既有各自的獨立性，又彼此影響、密切相關。四個創(chuàng)新領域的不斷拓展，特別是“四合一”的協(xié)同創(chuàng)新，將是今后動力電池優(yōu)化的主要方向。參見圖1。
圖1車用動力電池的創(chuàng)新方向與相互關系
具體來說，首先，材料創(chuàng)新深度影響結構創(chuàng)新。動力電池需要基于材料的固有特性，有針對性地設計適配的封裝、集成形式。同時，結構創(chuàng)新也會反向推動材料創(chuàng)新。例如，高集成化、結構極簡化等結構創(chuàng)新要求電池材料進行摻雜、包覆等改良性創(chuàng)新，以更適配于結構。其次，電池與整車的集成創(chuàng)新對電池材料和結構提出更高、更多的創(chuàng)新要求。最后，電池材料、結構和集成創(chuàng)新都會對裝備提出創(chuàng)新要求。如果沒有裝備的支撐，再先進的電池設計方案也很難落地。
總體而言，動力電池創(chuàng)新仍有很大的發(fā)展空間，而不同材料體系的電池創(chuàng)新各有不同的側重點，這將帶來磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、半固態(tài)電池、全固態(tài)電池以及鈉離子電池等不同的應用前景。下面逐一進行分析。
二、不同材料體系電池的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢判斷
1.磷酸鐵鋰電池
蓋斯特判斷：磷酸鐵鋰電池的近期發(fā)展及未來潛力均會超出預期。得益于其高安全、低成本及性能提升潛力，磷酸鐵鋰電池在今后10年仍將占據主導地位。
一方面，磷酸鐵鋰電池具有低成本、長壽命、產業(yè)鏈成熟等突出優(yōu)勢。低成本和長壽命的特點，決定了磷酸鐵鋰電池更適用于儲能；同時產業(yè)鏈成熟，又進一步增強了其相對于其他儲能技術的競爭力。不過磷酸鐵鋰電池的安全性與其儲存的總能量成反比，目前大容量磷酸鐵鋰電池的安全性還面臨一定挑戰(zhàn)，這是未來需要解決的關鍵技術問題之一。另一方面，磷酸鐵鋰電池也有能量密度較低、快充性能和低溫性能較差等劣勢，導致其在車端應用存在局限，只能作為中低端車型的主流選項。
當前磷酸鐵鋰電池以車端應用為主，且呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，2020-2023年磷酸鐵鋰電池在汽車市場上的占有率分別為36%、51%、55.6%、67%；同時儲能應用尚處于示范階段，多個省份陸續(xù)發(fā)布了示范項目，不過儲能應用的長期潛力是非常巨大的。需要注意的是，隨著產能的迅速攀升，近期磷酸鐵鋰電池或將出現(xiàn)日益嚴重的產能過剩問題。據統(tǒng)計到2023年底，磷酸鐵鋰正極材料的產能達到349萬噸，支撐著約1500GWh的電池產能，遠超實際需求。
對于企業(yè)來說，必須從自身產品的市場定位和特性需求出發(fā)，進行磷酸鐵鋰電池的技術開發(fā)。如果是用于商用車或者儲能，應著力研發(fā)長循環(huán)壽命的磷酸鐵鋰電池；而如果是用于乘用車，那循環(huán)壽命夠用即可，更多地應考慮如何提升磷酸鐵鋰電池的能量密度。
展望未來，預計磷酸鐵鋰電池將基于場景需求驅動，在以下幾個主要方向上進一步優(yōu)化：一是提升能量密度。通過負極引入硅氧，其能量密度可提升10%左右；通過正極摻雜錳元素，其能量密度理論上可提升20%左右，實際上也可提升10%以上。由于能量密度的提升會帶來循環(huán)壽命的下降，因此這方面的優(yōu)化主要面向車用場景。二是提高循環(huán)壽命。如果不追求更高的能量密度，磷酸鐵鋰電池相對容易實現(xiàn)1萬次以上的循環(huán)壽命。這方面的優(yōu)化主要面向儲能場景。三是提升耐低溫性能，通過電解液改進等類似的小優(yōu)化持續(xù)進步，可實現(xiàn)在-20℃下放電容量保持率達到85%甚至更高。
綜上，磷酸鐵鋰電池的性能特點及成本優(yōu)勢決定了其在近中期的車用/儲能市場上均有較大的應用空間。蓋斯特對磷酸鐵鋰電池市場空間的預測見圖2。
圖2磷酸鐵鋰電池的市場空間預測
如圖2所示，在可預期的未來，磷酸鐵鋰電池在車用和儲能雙輪驅動下，市場空間將持續(xù)擴大。車用方面，2030年前磷酸鐵鋰電池都將處于主流地位，不過市場占有率會先升后降，中期的替代可能來自于磷酸錳鐵鋰電池，而長期的替代將來自于三元鋰電池。儲能方面，2030年前磷酸鐵鋰電池會有較大的發(fā)展機會，之后將面臨日益加劇的多元儲能方式競爭。其中，退役電池的數(shù)量正快速激增，有望在儲能場景得到應用；同時鈉電池約在2025年、V2G（車輛與電網互動）約在2030年、氫能約在2035年開始，將對儲能市場格局產生較大影響。此外，海外市場也是磷酸鐵鋰電池的重要機遇，且目前正處于有利時期。因為中國企業(yè)已有成熟經驗（包括技術、工藝、裝備、設計等），再加上中國電動車的加快出海，預計磷酸鐵鋰電池在海外市場將迅速進入爆發(fā)期。
2.三元鋰電池
蓋斯特判斷：三元鋰電池雖然目前的發(fā)展速度低于預期，但是后續(xù)潛力很大。憑借其能量密度、快充性能等優(yōu)勢，三元鋰電池將是今后15年中高端車型上的主流選項。
一方面，三元鋰電池在能量密度、快充性能和低溫性能等方面具有優(yōu)勢。例如，其單體能量密度可達300Wh/kg以上，極限可做到500Wh/kg，遠超磷酸鐵鋰電池；又如，三元鋰電池正在開發(fā)可支持6C甚至8C超快充（C為電池充放電倍率，等于充放電電流/額定容量）的高倍率充電，而磷酸鐵鋰電池通常只能做到1.5C左右，即使領先的產品，目前也僅做到4C，快充速度相差很大。另一方面，三元鋰電池在成本、安全性、循環(huán)壽命及資源依賴等方面仍有劣勢。例如，三元鋰電池能量密度的提升將帶來其安全性挑戰(zhàn)的升級；又如，鋰、鈷等主要材料的價格波動會影響三元鋰電池的成本。針對這些問題，三元鋰電池正向單晶化、高壓化、高鎳化的方向發(fā)展，同時回收技術也日益受到重視。
當前，三元鋰電池在中高端車型上占據絕對核心地位，盡管裝車占比有所下降，不過得益于新能源汽車的高速增長，絕對數(shù)量仍在提升。當然，三元鋰電池的市場空間主要集中在車用，因為其受循環(huán)壽命和成本的限制，不太適合儲能應用；同時在消費電子領域雖有一定優(yōu)勢，但總體上需求有限。此外，三元鋰電池的產能存在結構性過剩，即總體產能過剩，而高端產能仍然不足。預計到2025年，三元正極材料的產能可達200萬噸，足以支撐1150GWh的電池產能；但在高安全、高品質管控、高能量密度的高端電池市場上，還會有較大的缺口。
對于企業(yè)來說，要充分認識到三元鋰電池較大的開發(fā)潛力，尤其應著力做好正負極的潛力挖掘與電池的安全管控，同時也應加快推進材料回收，以降低電池成本并減少對資源的依賴。
展望未來，預計三元鋰電池將向更高能量密度、更高安全性以及提高循環(huán)壽命、降低成本等方向發(fā)展。其中，在能量密度方面，5系電池中鎳高壓化后可達到8系電池水平，且有成本優(yōu)勢，短期內有一定的競爭力；長期來看，則需在超高鎳正極（增鎳降鈷）和硅碳負極（增硅）等方面持續(xù)優(yōu)化。在此過程中，所需的主要技術支撐，一是降低電解液中液體含量，這就需要實現(xiàn)材料改進、電極設計優(yōu)化以及制造升級；二是攻關復雜性越來越高的安全技術，特別是與電動汽車的熱管理有效結合。在成本方面，需從產業(yè)鏈布局和模式創(chuàng)新等維度入手來降低成本，而做好回收與電池成本息息相關，直接關乎未來產品的核心競爭力，應成為企業(yè)關鍵性的長期戰(zhàn)略。
綜上，由于三元鋰電池的開發(fā)潛力大，同時其他替代性電池的量產應用尚待時日，所以，三元鋰電池雖然近期市場份額有所下降，但中長期的發(fā)展前景仍然值得期待。蓋斯特對三元鋰電池市場空間的預測見圖3。
圖3三元鋰電池的市場空間預測
如圖3所示，在可預期的未來，三元鋰電池將有很大的增長空間，而當前痛點的解決將推動其得到更廣泛的應用。從時間上看，未來15年三元鋰電池都將是主流的車用電池，且市場占有率會逐漸回升。其原因有二：一是全新材料體系的全固態(tài)電池具有充分替代三元鋰電池的可能性，但這種替代將是工業(yè)體系的替代，涉及到產業(yè)鏈配套、產能調整、政策支持（屆時很難再有針對動力電池的補貼等激勵政策）以及成本控制等一系列關鍵問題，因此這注定需要很長的時間跨度，不可能一蹴而就；二是相對于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在快充、低溫和能耗等方面的性能優(yōu)勢是機理性的，不會改變，而其安全性可以持續(xù)提升，成本劣勢也有望不斷改善，這將使三元鋰電池的應用車型逐步下沉，在更多的中端車型上得到使用。而從區(qū)域上看，通過技術合作、本地化生產、投資并購等方式，三元鋰電池也有出海機遇，近期應以歐洲為主，酌情探索亞洲、北美地區(qū)。
3.半固態(tài)電池
蓋斯特判斷：半固態(tài)電池的潛力有限，其發(fā)展恐將不及預期。這是因為半固態(tài)電池仍處在傳統(tǒng)鋰離子電池的范疇，屬于技術改進性質，并不具有顛覆性。
由于全固態(tài)電池面臨量產難題，未來發(fā)展存在不確定性，同時高能量密度的液態(tài)電池存在安全性問題，所以才產生了半固態(tài)電池的發(fā)展需求。半固態(tài)電池并沒有改變現(xiàn)有電池的機理，只是致力于提供一種能量密度和安全性更高的改進方案。為此，需要基于技術可行性和性能、安全訴求，選擇合適的電解質?？蛇x的材料主要有氧化物和聚合物等，當前氧化物電解質是主流。
通過這樣的改進，半固態(tài)電池的安全性和能量密度都會有所提升，當然這并不會是顛覆性的突破。同時，其快充性能面臨挑戰(zhàn)，必須在技術和工藝方面進一步創(chuàng)新。此外，還需克服相對于現(xiàn)有電池的成本劣勢，這種劣勢主要來自制造環(huán)節(jié)（工藝/裝備調整、涂布效率低、產線良品率低等）的成本增加。
在過去一段時間里，一些企業(yè)紛紛宣布開始量產半固態(tài)電池，因此可視為半固態(tài)電池投入應用的開端。不過，后續(xù)系統(tǒng)及整車級的各種驗證還有大量工作要做，其產業(yè)化進程還只是剛剛開啟。據調研統(tǒng)計，到2025年半固態(tài)電池的規(guī)劃產能有近100GWh，遠期規(guī)劃產能大于200GWh。
對于企業(yè)來說，可以把半固態(tài)電池作為改進三元電池的重要方案之一，但必須清楚，這種改進方案并非一定必要，只是選項之一。
展望未來，半固態(tài)電池可能的應用將率先在中高端以及特定場景的車型上實現(xiàn)，不過其發(fā)展需要一定的時機，從根本上講取決于全固態(tài)電池的發(fā)展進程。具體來說，半固態(tài)電池的關鍵訴求是補齊短板，核心工作是做好各種性能的平衡和提升，主要發(fā)展方向包括：第一，采用相應的正負極材料以提高能量密度，如正極使用超高鎳三元材料，負極使用高硅碳、含鋰復合材料。第二，挖掘快充性能潛力以及提高循環(huán)壽命與穩(wěn)定性，如設計新型電極材料、優(yōu)化電解質材料和改進界面工程等。第三，在規(guī)?；a中降低成本，包括提高制造效率、提升良品率和擴大生產規(guī)模等，這部分的成本增量遠超材料成本。
總體而言，半固態(tài)電池的需求與全固態(tài)電池的發(fā)展速度息息相關，全固態(tài)電池應用得越快，半固態(tài)電池的空間就越有限。半固態(tài)電池的市場應用有兩個關鍵拐點：拐點1是半固態(tài)電池的成本與液態(tài)電池基本持平之時，蓋斯特估計大約在2027年前后可以實現(xiàn)，同時半固態(tài)電池在兼顧主要性能方面也會持續(xù)進步。由此，半固態(tài)電池將由小批量裝車進入到規(guī)?；慨a應用的階段。拐點2是全固態(tài)電池開始規(guī)?；慨a，兩者的成本大約在2035年左右有望持平。在此之后，半固態(tài)電池的市場空間將逐步被全固態(tài)電池所取代。實際上，目前磷酸鐵鋰、三元鋰電池基本可以滿足車用需求，半固態(tài)電池在常規(guī)場景下并無明顯優(yōu)勢。后續(xù)隨著成本和性能的優(yōu)化，半固態(tài)電池或可在B級以上的中高端車型上得到一定的應用。因為這類車型的成本敏感度相對較低，同時一些注重技術領先的企業(yè)也可以將其作為打造品牌的一項技術加以宣傳和推廣。
蓋斯特判斷：全固態(tài)電池的發(fā)展?jié)摿薮?，將是決定電動化競爭下半場勝負的關鍵所在。不過全固態(tài)電池要在性能方面取得突破性進展，仍需解決技術和工藝等方面的諸多難題，后續(xù)必須持續(xù)加大投入。
全固態(tài)電池的電解質選擇非常關鍵。如前所述，半固態(tài)電池目前居主流的電解質是氧化物，不過氧化物電解質應用于全固態(tài)電池時存在電池容量小、擴容難、成本高等問題，會使其車端應用的空間受限；后續(xù)更適合于車用場景的硫化物、鹵化物以及二者的結合，是全固態(tài)電池電解質的可能方向。
與三元電池相比，全固態(tài)電池在能量密度、安全性和快充性能等方面都有明顯優(yōu)勢，此外其低溫性能也可以有較大改善。但是全固態(tài)電池在循環(huán)壽命、高溫性能和成本方面也有劣勢：循環(huán)壽命目前只能做到大約數(shù)百次到兩千次；高溫性能受制于鋰的熔點，上限偏低；到2025年，電芯成本樂觀估計有可能降至1.5-2元/Wh，仍然偏高。
從研發(fā)情況來看，中、美、日、韓等國均在加緊推進硫化物等全固態(tài)電池的研究，總體上呈現(xiàn)“一超（日本）多強（中國、美國等）”的格局，其中，日本相關專利的數(shù)量遙遙領先，同時一直有多家機構在聯(lián)合攻關。盡管各國紛紛加大研發(fā)投入，不過全固態(tài)電池的量產仍面臨多重挑戰(zhàn)，包括生產工藝、密封性、安全性、加工裝備等。所以，全固態(tài)電池當前還處于實驗室/小試線生產以及小范圍/特定場景試用的導入階段，蓋斯特預計在未來5年內還很難形成全方位的競爭優(yōu)勢，可能要到2030年之后才能進入成長階段，逐步開始商業(yè)化應用。
盡管全固態(tài)電池遠未達到量產程度，但在各方的全力推進下，其進步不容小覷。近期有日本車企宣稱其固態(tài)電池量產在望，且充電速度和續(xù)航里程等指標都非常出色。對此蓋斯特認為，鑒于全固態(tài)電池的戰(zhàn)略價值，中國汽車及電池企業(yè)應對其他國家取得的進展心存敬畏，鞭策自己加緊推進研發(fā)，這遠比討論對方信息的真實程度更為重要。對于企業(yè)來說，一方面，要把全固態(tài)電池作為取得電動車下半場競爭優(yōu)勢的重要技術選項，予以高度重視，密切關注最新發(fā)展，合理進行前瞻布局，以搶占未來電池的制高點；另一方面，可以在成本敏感度較低的高端產品（如高端飛行器、無人機等）上先行搭載使用，以此進行技術驗證和迭代，從而加快之后在車輛上規(guī)模化應用的進程。
展望未來，全固態(tài)電池有望基于新技術、新工藝開發(fā)，實現(xiàn)成本受控的規(guī)?；圃?。其主要創(chuàng)新方向：一是電解質材料的研發(fā)，旨在解決原材料（硫化鋰）成本高、易與水反應、規(guī)模制造不成熟等問題。二是電池材料體系構建，旨在實現(xiàn)各種材料彼此之間不反應、不失效的問題。三是工藝技術開發(fā)，旨在破解新工藝、界面工程、規(guī)模制造等難點。
總體而言，全固態(tài)電池近中期將主要聚焦在三元材料體系內，遠期則將向全新材料體系擴展。預計在2030年后可以真正開始規(guī)模化的商業(yè)應用，而一旦規(guī)模量產后，成本有望顯著下降，從而快速覆蓋更多車型。蓋斯特對全固態(tài)電池發(fā)展重點及前景的預測見圖4。
圖4 全固態(tài)電池的發(fā)展重點和前景預測
如圖4所示，到2025年，全固態(tài)電池正極、負極、電解質的發(fā)展重點分別為高鎳三元、碳硅、硫化物和鹵化物，尤以電解質為主，能量密度有望超過350Wh/kg；到2030年，發(fā)展重點分別為超高鎳三元、鋰金屬或無負極、硫化物和鹵化物，尤以負極為主，能量密度有望超過400Wh/kg；到2035年，發(fā)展重點分別為硫碳復合體系、鋰金屬、硫化物和鹵化物，尤以正極為主，能量密度有望達到500Wh/kg。
全固態(tài)電池的發(fā)展模式，主要有“迭代發(fā)展、小步快跑”和“跨越發(fā)展、一步到位”兩種選擇。其中，第一種模式聚焦于眼前相對成熟的技術方案，容易產生階段性成果，但是很難獲得跨越性優(yōu)勢，其關鍵在于快速迭代，以實現(xiàn)持續(xù)進步；第二種模式則著眼于前瞻性的技術方案，因此時間跨度長、攻關難度高，不過一旦突破就能取得明顯優(yōu)勢。不同的企業(yè)應基于自身的訴求和能力等，選擇合適的發(fā)展模式。
蓋斯特判斷：不受資源限制的鈉離子電池，除了能量密度存在短板外，其余性能均較好，非常適合儲能應用，同時也可滿足特定場景下的車用需求，將會在未來的電池產業(yè)中占據一席之地。
與磷酸鐵鋰電池相比，鈉電池的劣勢是能量密度偏低，其優(yōu)勢體現(xiàn)在成本以及安全性、快充性能、低溫性能。當前鈉電池相對磷酸鐵鋰電池尚不具備成本優(yōu)勢。但在大規(guī)模產業(yè)化之后，鈉電池成本有望降至0.3元/Wh以下。
2023年鈉電池已開始進入量產階段，據不完全統(tǒng)計，目前鈉電池規(guī)劃產能已超過400GWh，足可覆蓋至2025年的需求。在車用方面，低能量密度、低成本的鈉電池更適合于中低端車型，目前已有幾款小型純電產品搭載應用；同時，鈉電池還有高功率的特點，也可用于插電混動車型。而在儲能方面，鈉電池的循環(huán)壽命長、成本低，因此應用空間更為廣闊。
展望未來，鈉電池的發(fā)展方向將由不同場景的需求決定：車用的重點是提升能量密度，而儲能的重點是增加循環(huán)壽命。為此，在材料體系方面，可選擇層狀氧化物（鐵錳體系）、普魯士藍類正極材料，推動能量密度向200Wh/kg發(fā)展，以更適于車用；也可選擇聚陰離子正極材料，推動循環(huán)壽命向上萬次發(fā)展，以更適于儲能。在結構設計方面，則可結合鈉電池材料的特點，創(chuàng)新設計電芯形態(tài)。
綜上，鈉離子電池的主要應用場景是中低端車型和儲能，尤其在儲能方面潛力巨大，且有望快速得到推廣應用。蓋斯特對鈉電池市場的發(fā)展空間進行了預測，具體見圖5。
圖5 鈉離子電池的市場空間預測
如圖5所示，車用方面，預計鈉電池將于今后幾年在成本敏感性高的中低端產品上率先導入，具體包括：兩輪車，應用空間雖小，但可起到驗證鈉電池成本優(yōu)勢的作用；A00/A0級電動車，會成為鈉電池在車端應用的主要場景；A級電動車，鈉電池也將有一定的應用，與鋰電池共同組成雙電池系統(tǒng)。儲能方面，鈉電池的應用潛力有望逐步釋放，預計2030年前后將迎來較大的增長空間。短期內，鈉電池主要可用于用戶側、數(shù)據中心、基站等中小型儲能場景；中長期，隨著能量密度和循環(huán)壽命等的不斷提升，鈉電池或可在中等時長的儲能場景下與磷酸鐵鋰電池展開競爭。
總體而言，對于鈉電池來說，儲能將是其主要的發(fā)展場景，但車用也有一定的發(fā)展空間。而鈉電池的低成本與磷酸鐵鋰電池的長壽命之間的博弈與平衡，將決定二者各自的市場空間。蓋斯特認為，鈉電池由于能量密度偏低，無法對鋰電池實現(xiàn)替代，只能成為其補充，而這種補充關系將對規(guī)范和穩(wěn)定鋰價發(fā)揮重要作用。
此前，碳酸鋰價格的暴漲給鋰電池乃至新能源汽車產品帶來了很大的成本壓力，也引發(fā)了行業(yè)的高度關注。事實上，碳酸鋰價格波動不僅直接影響鋰電池及新能源汽車的總體市場空間，還會對不同材料的電池產生相應的影響，進而改變材料體系之間的替代進程。對此，蓋斯特的判斷如下：
第一，碳酸鋰價格波動對不同材料電池的影響程度由高到低依次為：全固態(tài)電池>三元鋰電池/半固態(tài)電池>磷酸鐵鋰電池。這取決于各種電池的含鋰量。其中，生產1GWh磷酸鐵鋰電池約需630噸碳酸鋰；生產1GWh三元鋰電池約需680噸碳酸鋰；半固態(tài)電池與三元鋰電池的需求量接近；而全固態(tài)鋰電池對碳酸鋰的需求量要大得多。
第二，碳酸鋰的長期價格將逐漸穩(wěn)定在6-15萬元/噸，且出現(xiàn)大幅波動的概率較低。其依據主要有二：一是鋰資源整體上是充足的，不會出現(xiàn)根本性的供給不足，此前價格激增源自短期的供需失衡，并在市場驅動下逐漸回歸平衡。二是未來碳酸鋰的價格主要將由成本、利潤以及電池回收程度等要素相互平衡而定，最終會收斂到合理區(qū)間。由于每噸碳酸鋰的生產成本約在5（鹽湖鹵水）-17（鋰輝石等）萬元之間，再加上驅動供應鏈運轉的適當利潤，因此蓋斯特認為，這個合理的價位區(qū)間將是6-15萬元/噸。
而碳酸鋰的實際價格處在上述價位區(qū)間的高點或低點，對各種電池的競爭力及市場空間影響巨大。蓋斯特經測算后粗略估計：如果碳酸鋰的價格高于20萬元/噸，鈉離子電池對磷酸鐵鋰電池就會有成本優(yōu)勢，后期隨著鈉離子電池產業(yè)成熟，這種優(yōu)勢會更加明顯；而如果碳酸鋰的價格不能降至10萬元/噸以下，全固態(tài)電池的成本就會面臨較大挑戰(zhàn)，將較難與三元鋰電池競爭。
所謂CTX創(chuàng)新，即通過從電芯到整車的各種不同的集成設計方案，來優(yōu)化電動車輛的空間利用率、續(xù)航里程、輕量化以及安全性能等關鍵指標。同時，CTX的發(fā)展反過來又會推動企業(yè)重新思考電池與車身、底盤的關系，從而促進電池和車身、底盤的一體化發(fā)展。
開展CTX創(chuàng)新的基本邏輯在于：車輛的物理空間有限，同時動力電池的重大突破尚待時日，在此情況下，有必要通過CTX來實現(xiàn)電池在整車上的集成優(yōu)化，這不僅可以直接提高車輛的空間利用率，而且還可以顯著提升電動汽車的各項性能指標。具體來說，在車輛空間方面，集成簡化可使相同級別的車型獲得更大的車內空間，減少Z向空間占用有利于電動車的轎車化發(fā)展；在輕量化和續(xù)航里程方面，去掉電池單體集成到整車的中間形態(tài)可大量減少冗余配件，從而最大限度地減少電池自重帶來的能耗負收益，使同樣容量的電池可以實現(xiàn)更長的續(xù)航里程；在安全性能方面，合理集成將使電池直接參與碰撞受力，從而提升車身的扭轉剛度，并可通過電池與整車的系統(tǒng)性設計布置來提升車輛整體的安全性能；在制造方面，封裝簡化將有利于減少制造工序，從而提高生產效率。
綜上，CTX既影響整車設計，又影響車輛性能、產品制造以及用戶體驗，工程師們必須綜合考慮CTX在不同層面上的影響要素，以期實現(xiàn)系統(tǒng)整體的最佳效果。
圖6 CTX在不同層面上的主要影響要素
如圖6所示，CTX的不同設計方案主要包括CMP（電芯、模組、電池包直接集成）、CTP（電芯集成到電池包）、MTC（模組集成到底盤）、CTB（電芯集成到車身）和CTC（電芯集成到底盤）等。CTX方案的選擇原則取決于整車設計的關注重點：在車輛性能層面上應重點關注空間利用率、Z向空間、底盤拓展性以及零件減少量等；在產品制造層面上應重點關注可制造性（包括電芯及電池包的要求）和制造成本等；在用戶使用層面上則應重點關注續(xù)航里程和可維修性等。每個方案的優(yōu)劣勢各不相同，并無絕對的最佳方案，只有相對的最優(yōu)選擇。不同的企業(yè)應基于自身的產品定位和關鍵能力來選擇不同的CTX方案，以有效平衡上述關注重點要素。
CTX的各種技術方案對企業(yè)是否充分掌握了電池、車輛結構以及工藝創(chuàng)新能力提出了全新的挑戰(zhàn)。不同方案的特殊性、工作要點以及能力需求決定了其應有不同的主導方和業(yè)務分工。蓋斯特對此進行了系統(tǒng)的研究和梳理，具體結果如圖7所示。
圖7 CTX不同集成方案的要點、需求與產業(yè)分工
從圖7中我們可以看到，在C方面，電池品質管理、電芯研發(fā)、封裝與排布設計、整體結構剛度設計等是CTX的共性訴求與基礎能力；而在T和X方面，每種方案各有不同的內涵和要點，其中，掌握車身、底盤的集成設計開發(fā)能力是發(fā)展CTB和CTC的必備條件。由此可知，CMP、CTP、MTC、CTB和CTC應分別由車企、電池企業(yè)、車企、掌握電池研發(fā)生產技術的車企以及掌握電池和底盤設計能力的企業(yè)來主導，并與其他相關企業(yè)進行相應的分工。
通過這些分析，蓋斯特得出以下結論：不懂電池的企業(yè)將很難把電池與車輛集成的結構創(chuàng)新做到位；而不懂整車的企業(yè)也無法充分發(fā)揮電池的最大潛力。集成度越高的CTX方案，就越要求相關企業(yè)既懂電池、又懂整車。顯然，同時兼?zhèn)潆姵睾驼嚰夹g能力是非常困難的，因此整車和電池企業(yè)之間既要有專業(yè)分工，更要有相互協(xié)同。唯有共同形成一個既懂電池、又懂整車的創(chuàng)新聯(lián)合體，CTX才能選得對、做得好。
最后，蓋斯特對車用動力電池的發(fā)展現(xiàn)狀和未來趨勢簡要總結如下：
第一，動力電池技術尚未收斂，多種技術路線并存的局面還會持續(xù)相當長的時間。
第二，磷酸鐵鋰電池在性能上，優(yōu)化方向主要是高能量密度、長循環(huán)壽命和耐低溫性能等；在應用上，受車用和儲能雙輪驅動，其中車端需求預計在2028年前后達到峰值，不過儲能需求將繼續(xù)支撐其增長至2035年甚至更長時間；在發(fā)展上，隨著中國產能的過剩，采取出海戰(zhàn)略即向國外導入磷酸鐵鋰電池是重要機遇。
第三，三元鋰電池在性能上，優(yōu)化方向主要是高能量密度、高安全性、長循環(huán)壽命（高鎳、單晶、高電壓）等，總體上還有很大的開發(fā)潛力；在應用上，主要集中在車端使用，預計未來15年仍將是中高端車型上的主流電池。
第四，半固態(tài)電池主要使用氧化物作為電解質材料。雖然相對傳統(tǒng)電池會有部分性能指標的提升，但不具有顛覆性，同時也有短板。預計未來會率先在B級以上的高端車型上得到嘗試性應用；而其進一步發(fā)展有待時機，特別是全固態(tài)電池的發(fā)展進程將直接影響半固態(tài)電池的應用空間。
第五，全固態(tài)電池主要使用硫化物和鹵化物作為電解質材料。相對于現(xiàn)有的動力電池，其性能具有明顯優(yōu)勢并將逐步釋放。不過當前全固態(tài)電池面臨的量產挑戰(zhàn)依然很大，特別是在規(guī)模制造技術和成本控制等方面。預計其真正開始規(guī)?；纳虡I(yè)應用要到2030年之后。但作為具有戰(zhàn)略意義的未來主流電池選項，企業(yè)必須對其發(fā)展高度關注、前瞻布局和持續(xù)投入。
第六，鈉離子電池擺脫了資源受限的問題，這使其在產業(yè)戰(zhàn)略上成為必須發(fā)展的方向之一。鈉電池由于低能量密度、低成本的特點，主要適用于儲能和低端電動車場景。預計到2025年之后，鈉電池將開始展現(xiàn)出量產后的成本優(yōu)勢，并逐步進入快速推廣階段。
第七，碳酸鋰的價格對不同種類電池的成本有不同的影響，其程度取決于電池中的鋰含量，按從大到小的排序為全固態(tài)電池、三元鋰電池/半固態(tài)電池、磷酸鐵鋰電池。預計碳酸鋰的長期價格會穩(wěn)定在相對合理的空間，不過其高低浮動仍會顯著影響全固態(tài)電池、鈉電池等的推廣進程和應用空間。
第八，電池與整車的集成創(chuàng)新，將會重新定義電池與車身、底盤的關系，并由此產生多種不同的CTX方案。各種方案沒有絕對的優(yōu)劣之分，企業(yè)應根據自身定位和能力，選擇最適合的方案，并進行相應的分工協(xié)作。
4.全固態(tài)電池
5.鈉離子電池
6.碳酸鋰價格波動的影響
三、電池與整車集成CTX方案的發(fā)展趨勢判斷
四、總結
