新能源汽车材料是指支撑新能源汽车发展的具有能量储存和转换功能的功能材料或结构功能一体化材料。 新能源汽车材料对新能源汽车的发展发挥着重要的推动作用。 新能源汽车材料的发明催生了新能源系统的诞生。 新能源材料的应用提高了新能源系统的效率。 新能源材料的使用直接影响新能源系统的投资和运行成本。
01
材料在新能源汽车产业链中的地位
在世界新一轮技术革命的推动下，传统汽车技术已从最初的机械动力发展到现在以低碳能源、动力电气化、智能汽车为标志的新能源汽车先进技术体系。 新能源汽车是指采用新型动力系统、全部或主要由新能源驱动的车辆。 根据其动力系统的特点，大致可分为三类：一是纯电动汽车（EV），采用电力驱动方式；二是纯电动汽车（EV），采用电力驱动方式。 二、插电式汽车 混合动力电动汽车（PHEV）采用电机+内燃机的驱动方式； 三是燃料电池汽车（FCEV），可以看作是“自带氢燃料发电机的电动汽车。由于采用新的动力系统，新能源汽车必须轻量化，才能在电动化、智能化方面超越传统汽车，要努力实现材料技术的突破，轻质高强复合材料在制造业的大规模应用，将为我国先进制造和应用提供核心竞争力支撑。高性能纤维及复合材料为“卡脖子”提供支撑：强化产业链各环节，打造高端产品 中国汽车要想引领全球发展，材料是技术关键。例如，采用轻质材料来降低能源消耗，提高汽车性能； 驱动电机材料用于促进新能源转化为汽车动力； 采用动力电池材料，保证汽车蓄电、续航、安全、高效等优势。
在新能源汽车产业链中，材料的作用和地位极其重要。 材料涉及的产业链（图1）分为下游整车、中游零部件及材料（可统称为材料）、上游矿产资源三部分。 新能源汽车关键材料几乎贯穿和渗透整个产业链的每一个环节。 例如，下游整车行业主要是汽车研发和制造，其中包括轻量化材料。 中游零部件材料主要包括电池、电机、电控等零部件的制造和组装。 电池产业链相对复杂，由电芯、BMS（电池管理系统）和Pack（电池组）三个环节组成。 作品; 电池芯主要由正极、负极、隔膜和电解液组成； BMS中最重要的是电池热管理系统，它直接关系到电池的安全性能。 上游矿产资源是新能源汽车各系统部件制造涉及的矿产资源，主要涉及铬、铝、锗、钴、锡、铁、铟、锌、锰、锆、银、金、镍、铜、镓稀土、石墨、硒、镁、硅、铂、钛、锂等23种1，其中锂、钴、镍、铂、稀土、石墨等6种是新能源最关键的矿产资源。能源汽车。 （图2）
图1 新能源汽车材料产业链
图2 新能源汽车涉及矿产资源
02
关键材料成为新能源汽车研发重点
材料在新能源汽车研发中的关键作用引起了业界的高度关注。 以锂离子电池为代表的二次电池广泛应用于手机、电动汽车、储能领域等信息电子终端产品。 它们服务于信息产业，是交通能源革命和电能革命的重要支撑技术。 燃料电池技术作为我国新能源产业关键核心技术之一，被列入《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》、《国家科技创新“十三五”规划》目前，我国已总体成为新能源材料大国，但大而不强，存在自主支撑能力弱、产能利用率高等问题。终端材料受制于人，资源利用能力低下，严重制约我国新能源材料的可持续发展。
国外跨国公司在新能源材料领域不断拓展，特别是高附加值的关键战略材料产品。 它们通过技术和市场行业垄断实施产品封锁或倾销，扼杀竞争国的经济建设和重大项目的实施。 材料技术的进步是提升动力电池水平的基础。 以三元电池为例，目前正处于低镍向高镍的过渡期。 美国少数公司垄断了高容量富锂和低钴/无钴正极材料的技术专利。 德国、日本、韩国少数企业在高镍低钴三元电池材料领域占据主导地位。 日本信越化学工业株式会社、美国3M公司等拥有硅基负极材料的关键专利技术。 我国正负极材料和电池产能位居世界第一，但核心专利技术仍缺乏。
在燃料电池领域，膜电极（包括催化剂、膜和碳纸）的性能和成本是限制燃料电池大规模商业化的瓶颈。 日本塔卡贵金属集团生产的铂催化剂国际市场占有率排名第一，美国戈尔公司在质子交换膜的全球供应中处于领先地位。 日本东丽集团、德国西格里、加拿大巴拉德动力系统公司生产的复写纸是我国燃料电池领域的主要进口产品。 复写纸供应渠道出现中断。 这种情况对我国燃料电池技术的安全构成严重威胁。
（一）动力电池材料
锂电池是以锂金属或锂合金为正极材料，使用非水电解质溶液的电池。 目前，新能源汽车主流的锂电池包括三元锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池等。 负极材料比较稳定，以石墨为主，少量使用钛酸锂作为负极材料； 隔膜通常由氧化锆纤维材料制成。 动力电池涉及的矿产资源中，稀有金属的应用占一定比例。 例如，稀土储金合金氢在插电式混合动力汽车用镍氢电池领域具有广阔的市场。 在镍氢电池中，镍占电池成本的3/5； 在锂离子电池中，电解液、正极材料、负极材料和隔膜各占成本的1/4。 氢是燃料电池汽车的能源，需要铂族金属作为催化剂来生产。
三元锂电池的正极材料为镍钴锰酸锂（Li()O2），主要成分为镍、钴、锰。 增加镍含量可以提高电池寿命，增加钴含量可以提高电池的稳定性。 性能方面，增加锰含量可以增强电池的安全性； 负极材料主要是石墨，石墨具有多层结构，可以容纳锂电池中的锂原子。
磷酸铁锂电池的正极材料是磷酸铁锂（磷酸铁锂）。 这种正极材料具有橄榄石结构，化学性质非常稳定，因此磷酸铁锂电池的安全性非常高。 负极材料与三元锂电池相同。 它们都是以石墨为基础来容纳锂原子的。
钴酸锂电池的正极材料为钴酸锂，外观呈灰黑色粉末，具有成本高、能量密度高、安全性差的特点。 负极材料主要为软碳和硬碳，与电解液具有良好的相容性。 输出电压低，无明显充放电平台电位。
锰酸锂电池的正极材料是锰酸锂，通常为黑灰色粉末，易溶于水，具有价格低廉、无污染、安全性高等优点； 负极材料主要是石墨，具有良好的导电性。 并且它具有适合锂原子嵌入和脱嵌的层状结构。
(2)驱动电机材料
稀土元素是新能源汽车驱动电机必不可少的元素，需求量很大。 为了保证新能源汽车的续航能力，要求其驱动电机具有高功率密度、高效率和强可靠性。 稀土永磁同步电机是目前的主流技术。 主要材质为钕铁硼。 通常会混合少量的镓和稀土元素镝、镨、铽，以保证永磁电机的耐热性。 电子电力系统实现直流电和交流电的转换需要一定的金属，如钯、金、锗、铟、银等。 目前，NdFeB是世界上磁性能最好的永磁体，而稀土中的钕元素恰好是用于制造高功率轻质磁体的关键材料之一——NdFeB永磁体。
(3)轻质材料
轻量化材料技术是新能源汽车研发创新必须突破的关键环节。 新型纤维复合材料、镁铝合金、含铬高强钢、钛合金及部分非金属基复合材料在新能源汽车轻量化和安全性方面具有巨大的应用潜力。 有研究指出，汽车轻量化可以减少1/2的能源消耗。 铝合金在新能源汽车轻量化设计中的应用，可使整车重量减轻高达20%； 镁合金可用于座椅框架、仪表板、方向盘等，具有重量轻、比强度高、易于加工等优点。 特征。
各种改性塑料、复合材料和轻质合金材料的应用日益成熟。 各种塑料不仅应用于传统汽车发动机周围，还应用于新能源汽车的动力电池中。 然而这些塑料在阻燃安全问题上的表现其实并不理想。 阻燃及相关产业与“汽车轻量化”一起成为汽车行业的热点。
目前，汽车零部件常用的阻燃材料类型有PP、PA、PU、PC、ABS材料以及由它们组成的各种改性材料和复合材料。 单个新能源汽车电池包模组工程塑料用量约为30kg。 新能源汽车塑料外壳目前主要采用改性PP，还有改性PPS、PPO等耐高温塑料。
（四）矿产资源
由于新能源汽车相关矿物原料的高度稀缺性和垄断性，全球经济体开始了新一轮的国际资源战略。 未来，战略性新兴产业对稀有矿产资源的需求将大幅增长； 主要经济体特别是主要工业国家之间对稀有矿产资源的竞争将日益激烈。
说到战略资源，大家首先想到的是石油、天然气等化石燃料，它们在工业史上经常引发资源冲突。 随着新能源、新产业的兴起，一些矿产的地位突然变得重要起来。
从战略矿产资源的定义来看，用三个特征来形容更为恰当：
1. 经济和战略上的重要性
2、对产业生态系统具有重要意义。 我们今天说的是与新能源汽车产业相关的部分。
3、进口依存度高，替代性低，供给风险高。
未来几十年，发展电动汽车将成为必由之路。 为了实现全球工业发展目标，需要大幅增加必要的矿产资源。 这将使这些关键矿物在未来具有与石油一样重要的战略意义。 类似锂资源、白油的说法。
由于矿产资源普遍不可再生且地域分布不均，世界主要经济体开始重新制定相应的全球资源战略。 关键矿物的提取、加工、精炼和应用的竞争将会加剧。
对于我国新能源汽车制造涉及的六种重点矿产资源，根据2017年消耗量，预测2030年新能源汽车需求量见（表1）； 根据各矿产资源的需求量、产量、对外依存度、污染程度等因素进行预测分析后，将锂、钴、镍、铂列为短缺矿产，稀土、石墨列为优势矿产（图3）。
表1 新能源汽车所需关键矿产资源需求预测
图3 新能源汽车涉及的六大重点矿产资源
03
新能源汽车产业竞争点前移至关键材料
作为一个新兴领域，新能源汽车的技术研发和应用尚处于起步阶段。 新材料特别是关键材料的应用，往往标志着新能源汽车研发创新取得突破性进展。 各国逐渐将新能源汽车关键材料技术作为产业竞争的制高点。 为此，我国政府、工业界、科技界及相关行业也在共同努力，积极探索并推动新材料与新能源汽车的深度融合发展。
（一）政府规划策略推进
政府的规划策略尤为重要。 3月16日，国家发展改革委发布《绿色产业指导目录（2023年版）》（征求意见稿）。
重点产业领域主要内容：
新能源汽车关键零部件制造。 包括新能源汽车电池、电机及其控制系统、电器附件、插电式混合动力专用发动机、机电耦合系统和能量回收系统等新能源汽车关键核心零部件及装备制造。 新能源汽车电池、电动汽车驱动电机系统、电器配件、电动汽车安全等必须符合相关标准和规范。
充电、换电、加气设施建设、经营。 包括分布式交流充电桩、集中式快充站、非车载充电桩、换电设施、车船天然气加气站、城市公共充电设施、城际快充网络等基础设施建设及运营。 必须符合国家、地方和行业相关标准和规范。
燃料电池设备制造。 包括质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸燃料电池、磷酸燃料电池、固体氧化物燃料电池等制造。
新型储能设备制造。 能源类储能技术装备及系统集成包括压缩空气、锂离子电池、铅炭电池、液流电池技术装备及系统集成，以及钠离子电池、固态锂离子电池、水系电池。 及系统集成、热蓄冷技术设备及系统集成。 电力储能技术装备及系统集成包括超导、介质电容器等电磁储能技术装备及系统集成、超级电容器、飞轮储能技术装备及系统集成。 辅助技术装备包括电池管理系统、能源智能管理系统、安全预警与系统保护技术装备、先进的冷却与消防技术装备等。
氢能生产、储存、运输全链条装备制造。 包括碱性电解槽、PEM电解槽、SOEC电解槽、AEM电解槽、质子交换膜、双极板等可再生能源制氢设备，以及高压气态、低温液体、固体、低温高压、有机液体储运所需的铝衬碳纤维全缠绕气瓶、衬塑碳纤维全缠绕气瓶、长管拖车及管式容器、管道、氢气阀门等设备制造和其他形式的氢。
与2019版相比，《征求意见稿》更加详细和具体，增加了新能源汽车、充换电设施等领域的新标准要求，并将新能源存储细分为能源类型、功率类型和辅助技术装备。 其他三个部分将增加和细化氢能产业链的装备制造领域等，这将对相关领域的发展产生很大的引导作用。 《目录》正式修订发布后，各地各部门将根据发展重点出台投资、价格、金融、税收等方面的政策措施，逐步建立绿色产业认定机制，引导绿色产业发展。从政策、组织、制度等方面对产业发展进行分析。
（二）产业竞争焦点前移
全球科技格局的新变化是基础研究在抢占国际竞争制高点方面更加突出。 国外新能源汽车产业也已经认识到基础研究的重要性。 从趋势来看，在技术革命和产业变革的推动下，新能源汽车产业的竞争焦点已向研发链前端转移，进而向产业链上游材料领域转移，即：关键材料的研发和生产。
新能源汽车市场的快速增长倒逼整个产业链崛起，尤其是上中游原材料产业成为新能源汽车发展的制约因素。 例如，动力电池产业链上游是原材料资源的开采和加工，主要包括锂资源、镍资源、钴资源、石墨等； 中游为正极材料、负极材料、隔膜、电解液等材料的生产加工； 下游电池芯和电池组供应商将中游的各种材料组装成电池芯进行制造和封装。 没有上游矿产资源和中游材料、零部件，下游产品再怎么努力也行不通。 因此，谁控制了上中游资源，谁就控制了原材料的稳定供应，谁就获得了新能源汽车产业链的竞争优势。
（三）企业发展战略演变
新能源汽车材料产业在快速发展的同时，也出现了一些不平衡、不协调的问题，需要上中下游全产业链企业共同应对，加快创新发展升级。
由于锂资源等原材料价格大幅上涨，作为电动汽车核心部件的动力电池成本大幅上涨。 特斯拉CEO马斯克近日在推特上表示：“锂的价格已经达到了疯狂的水平。虽然锂本身并不短缺，而且几乎遍布地球各处，但开采和提炼锂的速度却非常缓慢。” 。 目前，国内不少电池制造企业正与四川、青海、江西等锂资源储量丰富的地区合作，打造依托资源开采、加工、电池生产和回收等一系列产业集群。 除了建立牢固、长期、稳定的合作关系外，我们还利用资本向上游产业链渗透，或者直接控制矿产资源、参股材料生产公司、合资设立材料公司、建设自有材料工厂。 例如，宁德时代、比亚迪、永景锂能、蜂巢能源、新旺达等电池企业正在通过收购、参股、长期协议或合作等方式参与国内锂矿和盐湖锂资源的开发。 2022年8月18日，赣锋锂业宣布与广汽艾安新能源汽车有限公司于近日签署《战略合作协议》。 双方同意建立长期战略合作关系，从新能源动力电池上游材料端开始合作，持续探索在锂资源开发、中游锂盐深加工、综合利用等各个层面的深度合作。废旧电池的回收。
下游企业与上中游企业的战略合作也屡见于媒体。 比如，上汽集团不断完善新能源汽车上游材料布局，为继续领跑新能源赛道提供新动能。 2022年2月21日，上汽集团与青山实业联合宣布，将进一步发挥各自在新能源汽车领域的产业优势，以资本为纽带，共同开发镍、钴、锂等上游产业。全球范围内的新能源。 、锰等相关资源项目，共同推动新能源电池技术和应用市场发展； 2022年3月24日，上汽集团与青山集团共同设立的年产20GWh动力电池单体及系统的独眼龙、瑞普萨克项目合作及投资协议在广西柳州正式签署。 2022年9月21日，由上汽集团全资子公司上汽集团投资管理有限公司与宁德时代、中石油、中石化共同控股的上海捷能智能电动新能源科技有限公司， 建立了。 业务范围包括电池租赁、销售、电动汽车充电基础设施运营及集中式快速充电站等业务。
但放眼今年，根据上海钢铁联合会发布的数据，2023年3月23日，电池级碳酸锂下跌1万元/吨，均价28万元/吨，工业级碳酸锂跌幅1万元/吨。碳酸锂下跌1万元/吨，均价28万元/吨。 报价为24万元/吨； 氢氧化锂跌4000~5000元/吨； 镍豆下跌300元/吨。
与2021年11月历史高位59万元/吨相比，暴跌49.15%，几乎腰斩。 照此速度，多数机构对今年年底价格跌至20万元/吨的预测可能会在二季度初到来。
相信大家还记得，2022年，广汽集团董事长曾庆红在公开场合抱怨“现在车企都在给电池厂打工”。 新能源汽车最贵的部分就是动力电池，在某些车型上甚至超过了整车的成本。 50%。 电池原材料价格的下降对于新能源汽车企业来说是个好消息。 市场共识是，动力电池价格下降后，电动汽车成本必然下降。 这也给了企业更大的价格调整空间。
图4 稀有金属的分类