原材料价格不断上涨：谁将是下一代动力电池的“风口”？
21世纪经济报道记者宋豆豆报道，在政策的支持和供给的驱动下，新能源汽车产业链逐渐成熟。受益于新能源汽车的持续增长，动力电池行业的确定性再度增强。作为新能源汽车的“心脏”，动力电池占整车成本的30%至40%。在动力电池领域的激烈竞争中，谁先突破技术瓶颈，谁就能抢占下半场的制高点。
近日，中国汽车动力电池产业创新联盟发布的最新数据显示，9月我国动力电池装机量15.7GWh，同比增长138.6%。今年1-9月，我国动力电池装机量累计92.0GWh，同比增长169.1%。其中，三元电池装机量累计47.1GWh，占总装机量的51.2%，同比增长99.5%；磷酸铁锂电池装机量累计44.8GWh，占总装机量的48.7%，同比增长332.0%。
市场研究公司SNE预测，到2023年，新能源汽车动力电池需求量预计达到，供给量预计为，缺口约18%；到2025年，供给缺口将达到40%左右。巨大的市场缺口吸引着动力电池企业、新能源车企积极扩充产能，争夺更多的市场份额。毫无疑问，动力电池将是未来5年高增长、高景气的核心赛道。
需要考虑的是，随着技术的发展和成熟，面临循环性、长寿命、安全性、高低温、成本、快充等方面的挑战，下一代动力电池将如何发展？在“双碳”目标下，面对电池回收、梯次利用的巨大潜在市场，产业链的痛点和难点将如何攻克？
低钴和固态是下一代电池的重点
随着我国新能源汽车产业的快速发展，动力电池的需求也快速增长，今年以来上游原材料价格持续上涨，再加上“双碳”要求，无论是动力电池厂商还是整车企业都面临压力。
10月12日，国轩高科工程研究院常务副总裁徐兴武在接受21世纪经济报道记者采访时表示，“眼下材料价格不断上涨，钴价也在上涨，最高时达到60万元/吨。钴资源有限，按照目前全球的规划，钴资源估计用不了20年就会枯竭。其实镍资源也不丰富，大概只剩下三四十年了。在这样的资源约束下，发展一个没有坚实基础的产业是非常危险的。磷酸铁锂资源非常丰富，但磷酸铁锂电池的能量密度是我们要重点攻克的难点。”
同日，中汽数据有限公司高级总监王攀在2021全球新能源与智能汽车供应链创新大会上表示，近段时间以来，原材料价格大幅上涨，从我国对外依存度来看，钴、镍、锰的对外依存度超过90%，未来整个动力电池的产量都会增加，重视电池的回收利用，在一定程度上有助于缓解上游原材料价格上涨和金属资源紧缺的现状。
数据显示，2020年，中国钴含量仅占全球1%，而非洲刚果民主共和国则占到51.5%。在中国电池行业协会副会长黄学杰看来，三元电池降钴是大趋势，另外镍资源并不丰富，降镍和增镍也是不同路线。降镍的关键材料是镍锰酸锂，用镍替代1/4的锰后，负极配上石墨，电压可以在4.5V以上，可以提高能量密度和电池寿命。
第二条路线是在三元锂电池的基础上增加镍、减少钴，通过提高镍的容量，正极材料的能量密度可以从100Wh/L提升到200Wh/L，再提升到300Wh/L，这个技术的极限是做到全镍，完全脱钴，往镍酸锂方向发展，再结合负极材料，能量密度可以比三元锂电池提升40%，从现阶段的不到700Wh/L提升到200Wh/L。
中国电子科技集团公司第十八研究所研究员肖成伟也认为，采用高镍三元材料制成的固液混合电池作为过渡技术和产品，有非常好的发展前景。
事实上，特斯拉等车企正考虑用价格更便宜的镍替代价格波动较大的三元锂电池中的钴，宁德时代、LG等电池供应商都在开发高镍三元锂电池。华安证券认为，三元电池中镍含量的提高可以显著提升电池产品的能量密度。同时，相较于价格波动更为明显的钴，镍因供应分布广泛、更易于量产，较高镍低钴电池具有成本优势。
“相比去年，今年碳酸锂价格上涨了四到五倍，再加上‘双碳’的影响，整个行业的成本压力巨大。我觉得新能源市场发展的一个前提条件就是成本能否控制在汽车行业要求的水平之内。”中航锂电乘用车业务总经理谢秋表示，“从成本和资源角度看，低镍高锰是下一代电池材料的候选。”
在他看来，尖晶石镍锰氧化物是下一代正极候选材料。计算显示，目前的五系、六系三元材料中，锂的利用率只有70%，另外30%不参与充放电，这是巨大的资源浪费。而锂镍锰氧化物中参与反应的锂可达95%，与铁锂的利用率差不多，但尖晶石结构的锂镍锰氧化物的能量密度会高很多。
另外值得一提的是，黄学杰回顾了电池的发展历程：2010年，锰酸锂是第一代电池，搭载在日产聆风上，续航里程在200公里左右；十年后，人们买电动汽车，必然会问是三元的还是铁锂的，也就是第二代电池，续航里程比第一代提升一倍以上，成本降低50%左右；下一代电池，也就是第三代，则把更长远的目标指向全固态电池。
他认为固态电池是革命性的技术，希望通过原理创新，把电池做成全固态，争取下一代电池能达到600Wh/kg，“到时候电池不但能驱动汽车，还能驱动飞机。”
中国科学院物理研究所研究员李宏指出，相比液态电池，固态电池最难解决的问题是，固态电池的电池单元中，所有固态电解质在循环过程中都需要时刻与正负极颗粒保持物理接触，最好是原子级接触。目前的解决方案很难解决这个问题。此外，发展固态电池的目的是在进一步提高能量密度的同时提高安全性，但能否适应高压正负极也是一个挑战。
动力电池进入退役热潮 电池回收市场规模达数百亿元
据中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示，2020年我国退役动力电池总量约20万吨（约25GWh），到2025年这一数字将上升至78万吨。据东方证券测算，届时电池回收市场规模将达到370亿元。在“双碳”目标下，面对这一巨大的潜在市场规模，如何做好电池回收工作、提升回收利用水平？如何打通产业链痛点难点，迫在眉睫。
研究表明，回收每吨废钢的碳减排效应达0.15吨，废塑料回收减少碳排放0.35吨，动力电池作为新能源汽车核心零部件综合利用可减少碳排放0.19吨。电池回收对整个汽车产业链的减排作用显著。据预测，2025年电池累计退役量将超规模，电池回收将成为新的蓝海市场。
工信部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中在2021全球新能源与智能汽车供应链创新大会上表示，纯电动汽车将成为实现汽车行业“双碳”目标的主要方面。就汽车全生命周期而言，除了使用过程中的能耗，还应关注制造报废、回收再制造等环节的减碳减排。他建议，燃油车和电动汽车均可利用铝合金、非金属功能性轻量化高强材料，通过“轻量化”优化整车结构、降低汽车自重。电动汽车则应提高动力电池的能量密度，减轻电池重量，降低电池制造过程中的电耗。“退役电池仍有70-80%的剩余容量，在相对温和的使用场景下，仍可进行梯次利用，最终报废时，锂、钴、镍等有价金属均可回收利用。”
谢球认为，电池最好在车辆使用期间就充分发挥其价值，退役后再进入回收阶段。目前的回收技术算是第三代技术。第一代是野蛮暴力焚烧；第二代是把电池粉碎后扔进去；第三代，中航锂电希望做到精细化、自动化拆解，把铜箔、铝箔、正极、负极材料彻底分离，效率会高很多，然后在短流程内进行原位再生。
“目前大家的做法是将硫酸钴、硫酸镍粉碎之后再变成材料，我们想缩短流程，直接在材料层面做相关的回收利用，以减少整体的碳排放，降低成本。”
此外，动力电池梯次利用也表现出较强的经济性。王攀表示，从整个电池回收的经济性测算来看，在梯次利用的应用场景中，以租代售形式回收低速两轮或三轮车的经济性相对较好，且投入周期相对较短；从回收环节来看，得益于今年碳酸锂价格的上涨，磷酸铁锂电池的回收是赚钱的，三元电池在整个回收环节中也一直处于较高的盈利状态。