水系电池，会成为下一代电池候选吗？
报告核心观点：
技术导向：国内水系电池的上轨融资要到2020年、2021年才拉开帷幕，振峰、软银中国等已经陆续行动。 水系电池是一个技术导向的赛道。 技术门槛高、研发难度大、商业化路径不明确。 企业是否拥有相应的研发团队和产业化团队支持尤为关键。
行业与市场：水系电池的需求方向较为明确。 一旦商业化量产完成，水系电池将在电力运输方面取代同系列的铅酸电池和镍电池，在储能方面将大面积取代现有的有机电池。 扩散;传播开。 市场进入顺序与锂电池相反：短期在用户储能和电网储能场景，长期在电力运输场景爆发。
机遇与挑战：水系电池突破了现有商用电池在性能、成本、安全、环保等方面的问题，是备受关注的新型电池。 由于该产品处于非常早期的阶段，目前的性能参数还处于实验室阶段，大规模产业化后可能达不到目前的预期。
以下是本文的目录。 建议结合重点内容阅读。
本研究将分为4部分：
01.技术背景
02.市场背景
03. 一级市场概况
04. 行业总结
01.技术背景
问：什么是水性电池？
水系电池是指以水作为电解质溶剂的储能电池。
在新能源成为趋势的今天，电池已广泛应用于新能源汽车、消费电子设备以及各种储能电源系统。 电池的封装形式不同但基本组成相同，主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜四部分。
Ø
广义的水系电池包括镍氢、镍铁等强酸、强碱的铅酸和水电解质电池。
Ø
狭义的水系电池是指在接近中性的水系电解液中寻找合适的叠层材料，形成稳定的电池结构，以牺牲部分能量密度为代价实现安全、低成本、无毒。
问：水系电池是如何开发的？
我们发现，电池电解液本身的发展路径是从水体系开始，迭代到动力电池中的有机溶剂体系。 目前的水性电池是早期电池的技术和材料迭代。
在传统电池中，通常使用水作为无机溶剂作为电解质体系。 与有机电解质相比，水性电解质的离子电导率高出两个数量级，因此通常可以提供更高的功率密度。 但由于水的理论分解电压为1.23V，以水为溶剂的电解液体系的最大电池电压仅为2V左右（如铅酸电池），无法提高能量密度。
在锂离子电池中，电池的工作电压通常高达3~4V，必须使用非水有机电解质体系。
传统的水性电池和锂电池仍然存在诸多缺点，如镍氢电池的电解液强碱性、价格高、镍镉电池的毒性和记忆效应、铅酸电池的环境污染和循环寿命低等。 ，以及锂电池的易用性。 因此，开发采用近中性水系电解质和低毒电极材料的水系电池（如水系锂离子电池、水系钠离子电池）成为近年来研究的热点。
问：为什么要研究新型水系电池？
水溶剂成本低、不易燃、无毒，是与固态电池并驾齐驱的安全技术路线。
问：为什么存在多年的传统水系突然有了新的发展和突破？
传统技术背景下，水系电池主要存在两个技术瓶颈：
首先，由于优先考虑水性溶剂的电压窗口，电池能量密度较低；
其次，新型电池结构的不稳定性导致电池循环性能较差，电池寿命有限。
经过多年的技术积累和发展，现有的水系电池已经通过电压窗口加宽和电极设计等技术突破得到解决。
技术突破有望为量产带来一线希望，但要知道，水系电池虽然已经在理论上积累了很长一段时间，但实际落地仍处于初期阶段。 双极性金属材料、电解质材料和隔膜的选择已有技术路径。 对比及成本分析：
与现有电池技术相比，水系电池的主要优势在于安全和环保，而在能量密度和电池寿命方面劣势也很明显。
//主流技术路径
水系电池（AB）可分为两类：金属离子型AB和非金属离子型AB。
目前，增长最快的是基于金属离子的AB。 我们也针对该类型下的细分产品做了一定的参数对比。
各种金属离子AB，如Li+、Na+、K+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、Al3+等，已在金属离子层间化合物的基础上被论证（发展路径：如Li、Na、K、Mg、Ca、Al、锌）。 目前正在开发的主流是水系锂、水系钾、水系钠和多价水系锌离子电池。
在众多的技术路径中，我们发现水系锌离子电池尤其受到关注。
主要原因是锌储量丰富，具有成本优势； 其次，锌离子本身的金属特性给电池性能带来优势。 由于锌具有良好的电化学可逆性，除锌负极外，大多数金属不能直接用作水介质中的负极。
同样，水性锌也面临着正极材料选择问题和负极副反应问题（锌枝晶、腐蚀、碱式硫酸锌等副反应产物的产生），容易造成隔膜击穿和短路。
// 水系统新技术发展趋势
02.市场背景
前面的主要是技术问题。 接下来我们看看新型水系电池的市场化进展。
水性电池行业主要受两方面驱动。 一是市场对更安全电池的需求，二是国内政策对新能源存储的推动。
需求端：行业加速资源储备更丰富、成本更低、更安全、更环保的电池系统的研究和量产。 水性电池可以在整个电池生命周期中降低成本并提高效率，同时增强安全性和环境保护。 水系电池可在现有锂离子电池工厂进行少量改造即可生产，运营成本较低，并且不需要昂贵的干燥室、防火闸和溶剂回收系统。
政策方面，我国自2020年开始关注储能及电池安全问题，近两年陆续提出相关政策要求和安全标准。 一系列政策也促进了新型安全电池的发展。
➢ 2020年，工业和信息化部组织制定了三项强制性要求：GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动客车安全要求》 《电动汽车动力电池》国家安全标准发布，2021年1月1日起实施。
➢ 2021年6月，《新建储能项目管理规范（暂行）（征求意见稿）》停止动力电池梯次利用。
➢ 2021年7月23日，国家发展改革委、国家能源局发布最新储能政策《关于加快新型储能发展的指导意见》。
➢ 2022年9月，工信部提出高度重视电动自行车用锂离子电池质量安全。
从整个产业链来看，水系电池的整体产业链与有机离子电池类似（更类似于钠离子电池）。 主要差异在于上游正负极材料和电解液的设计。 现有工艺流程基本相似，因此不涉及硬件设备的大规模改变。 水系电池的制备过程不需要真空或无水环境，从而降低了生产成本。
// 新型水系电池有哪些应用场景？
我们对水系电池市场进入顺序的判断是：增量市场优先考虑长期储能场景，长期可重点关注电力场景替代。 2030年国内水系电池市场规模约为450亿元。
储能场景：电池作为储能系统的核心部件，占储能系统成本的50%，是降低储能成本的关键。 水流电池现已成为安全储能的更好选择。 但由于液流电池设备笨重、占地面积大，更适合大规模储能场景。 同时，液流电池每千瓦时的成本也较高，平均在0.7元至1.2元之间。
由于其能量密度和性能的限制，水系电池将主要用于替代和扩展备用电源以及由风能、太阳能组成的中小型离网和并网储能系统（如户用储能） 。 理想情况下，整个储能系统的成本可以与存储成本相等。 与水储能相比（0.2元/千瓦时对比0.25-0.3元/千瓦时）。
根据2019年至2025年全球中小型光伏储能市场测算，基于锂电池的新型储能方式目前占据12%的市场份额。 根据目前市场推广情况，预计2025年，全球水系电池储能应用市场规模可达到300亿元。
动力电池：与商用锂离子电池相比，水系电池整体在能量密度上不具备优势。 它们最大的特点是安全、成本低。 因此，该技术在电力运输领域的长期发展是可能的。 该订单之后将包括两轮电动车电池（替换）、运输（增量）和汽车启停电池（非锂电池）。
柔性可穿戴设备：与锂离子电池相比，水性锌的曲率会大大提高。 因此，从全球技术发展水平来看，目前水系电池产品的商业化进展还处于非常早期的阶段。 全球首款非实验室级产品是东芝2020年研发的水系锂离子电池。从全球范围来看，水系电池整体研发进度海外较快的是水钠电池，而水系电池-锌电池，国内发展快于国外。
国际上，美国、日本优先发展水系锂、水系钠离子电池； 国内市场被大学背景的跨国科研初创企业占据，电池巨头尚未进入该市场。
// 案例研究：滑铁卢
任何技术的发展都不是一帆风顺的。 就水性电池创业而言，破产并购或将成为电池创业的“反面典型案例”。 是全球第一家量产水系钠离子电池的公司。 公司是知名明星团队+明星资本团队，起点高。 但由于缺乏商业思维、入局时机错误，成立10年后就以破产告终。
Ø 成立于2007年； 2013年获得比尔盖茨5500万美元D轮投资； 2017年3月，该公司裁员80%，并因资金链断裂宣布破产。
➢ 2017年底获得泰坦能源916万美元投资。
➢ 在2017年正式宣布申请破产保护之前，已获得比尔·盖茨、 & Byers ( )和壳牌等投资者总计近2亿美元的融资。 2016年，在《麻省理工科技评论》全球“最聪明公司”中排名第五。
公司破产的原因显而易见：一方面，启动时间恰逢2015年后锂电池大幅降价，造成市场冲击，水系电池失去成本优势； 另一方面，公司产能规划过早，产能减少。 无需匹配。 成立后，迅速在全球部署了200多个项目，成为公司资金链断裂的主要原因。
03. 一级市场概况
除了挫折之外，我们还看到一级市场对新型水基电池的一些新热情。 水系电池的主要市场正处于早期阶段。 大多数公司成立于2018年之后，融资事件将集中在2021年之后。目前估值区间在1亿至3亿之间。 可见整体赛道人气仍处于爆发初期，估值处于VC辐射范围内。
一级市场的发展路径大多是大学项目团队技术成熟后独立离开学校进行产品商业化。 因此，赛道上的技术人才比较集中，融资的目的多是建设中试生产线。
水系电池可在现有锂离子电池工厂进行少量改造即可生产，运营成本较低，并且不需要昂贵的干燥室、防火闸和溶剂回收系统。
04.行业总结
追踪：
总体而言，水系电池仍处于早期阶段。 行业刚刚完成从0到1的产品塑造，行业格局尚未形成，电池巨头尚未进入市场。 预计2年内市场参与玩家数量将持续增长。 就整个赛道的结局来看，可以判断当前的有机电池是储能行业的过渡形态，而新型水系电池也是对现有电池体系的挑战。 希望围绕水系电解液重构电池结构。 形成无污染、低成本、安全高效的储能及供能产品。
刚起步的公司：
对于初创公司来说，确保项目人员配备齐全非常重要。 团队成员需要能够设计水系电池的正负极和电解质。 普越中国出行团队观察到，创业团队成员均具有多年水基电池研发设计背景，且均具有博士以上学历。 同时，产业化渠道也是不可或缺的。 负责产业化的成员需具备相关水系电池生产、销售背景，如传统铅酸、镍氢企业（国家能源等）。
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关于Plug and Play 中国 普悦中国
Plug and Play于2006年成立于硅谷，是全球技术创新平台的领导者。 早期成功投资孵化了生态空间运营等多家互联网行业科技巨头公司，经过10多年的发展和20多年的长期积累，目前已成立全球超过50个创新生态空间和区域办事处； 已投资超过1600家初创企业，孵化加速超过17000家初创企业，为全球超过500家初创企业提供服务。 龙头大企业提供联合创新服务，平均每年举办1000余场初创企业与大企业对接交流活动。
2015年，在中国大众创业、万众创新的浪潮下，Plug and Play China进入中国，并于2016年成立“Plug and Play China”。
普越中国立足于中国总部北京，并布局上海、深圳两大区域创新中心，链接南京、武汉、无锡等城市的创新合作伙伴，在中国开展创新业务。
普悦中国目前拥有企业创新服务、城市创新服务、科技投资、创新空间四大业务板块。 打造了中国领先的线上线下创新平台，构建了包括大企业、初创公司、城市合作伙伴在内的支撑网络。 、创投机构、大学研究院、行业导师等多维度创新生态合作伙伴体系。
截至目前，普越中国已服务超过100家行业龙头企业，孵化加速超过1700家初创企业，投资了包括AutoX、飞熙科技、纵兴科技、银机安全、大街机器人、海飞科等在内的150多家科技创新企业，其中包括：优士科技.