動力電池的創(chuàng)新有兩條路徑：一是材料體系創(chuàng)新；二是系統(tǒng)結構創(chuàng)新。兩者的目的都是實現高性價比，即在安全性、環(huán)保性、性能先進性（能量密度高）、經濟性（價格低）、方便性（充電速度快）等方面達成平衡，讓消費者用得上、用得起、用得好。近兩年來磷酸鐵鋰電池擠壓三元高鎳電池的市場份額即是其證。

材料體系創(chuàng)新，顧名思義就是用新材料造電池。現在動力電池的主材料是鋰、鎳、鈷，材料體系創(chuàng)新的目的是用比它們便宜或性價比好的材料完全或部分取代它們。系統(tǒng)結構創(chuàng)新就是對現有主流動力電池進行結構優(yōu)化——當然也會導入一些電化學方面的新技術應用。

基于公開信息可知，未來10年內動力電池領域會發(fā)生4項大的創(chuàng)新：

• 鈉離子電池。預計今年下半年大規(guī)模量產并應用。

• 大圓柱電池（4680）。預計明年大規(guī)模量產并應用。

• 固態(tài)電池。全固態(tài)電池預計2025年試生產，2028年量產；半固態(tài)電池2024-2025年開始產業(yè)化。

• 氫燃料電池。預計2030年以后大規(guī)模應用，目前主要用于商用車，尤其是重型卡車。

動力電池創(chuàng)新還有很多：鈦電池、鋁電池、無鈷電池、無稀有金屬電池、新型正極磷酸錳鐵鋰電池等，本文例舉的是到目前為止行業(yè)內看到的具有革命性且被業(yè)內人士普遍認為能帶來市場變革的創(chuàng)新。

需要強調，上述4項的排序沒有“后來者”會完全取代“前來者”的意思。可以肯定，未來動力電池市場會是多元的，即多種材料、技術、工藝、產品結構與形態(tài)并存，不會“一元獨大”。另外，還需要強調的是不能排除未來10年還會出現其他的革命性創(chuàng)新及其帶來的市場變革，比如去年年初一度被熱議的鋁離子電池。

鈉離子電池和鋰離子電池的研發(fā)均起源于上個世紀 70 年代，但限于材料技術沒有獲得突破，在上個世紀 80 年代到本世紀初，鈉離子電池的研發(fā)工作一直處于停滯不前的狀態(tài)，直至適用于鈉離子電池的硬碳負極材料被研發(fā)出來。其后鈉離子電池重新進入人們的視野，但產業(yè)化進程仍很慢，難望鋰離子電池項背。

（圖注：鈉離子電池充放電原理。來源：中科海鈉官網、浙商證券研究所）

最近幾年，隨著鋰離子電池在動力電池和儲能電池領域大顯身手，鋰資源變得異常緊俏，價格飆升，供需矛盾突出。鈉離子電池因可以在某些場景下替代鋰離子電池而被視為“可造之材”。

與鋰離子電池相比，鈉離子電池有兩大優(yōu)點：一是環(huán)境應適性強，出現熱失控現象的概率小。在低溫環(huán)境下鋰離子電池的性能會大幅降低，甚至無法工作。鈉離子電池的工作溫度范圍為負70℃至正100℃。二是制造成本低。據浙商證券測算，產業(yè)化后鈉離子電芯的成本比鋰離子電芯低約 30%。

當然，與鋰離子電池相比，鈉離子電池也有缺點：一是能量密度偏低，一般在 80-170Wh/kg 之間；二是循環(huán)性能較差。

綜上所述可知，鈉離子電池會部分替代鋰離子電池，但不會全部替代。另外，鈉離子電池還可以部分取代鉛酸電池。具體而言，鈉離子電池的用途有：為電動自行車提供動力、為A00 級電動汽車提供動力、儲能。A00 級電動汽車鋰離子電池系統(tǒng)的能量密度一般在125 Wh/kg 至160Wh/kg之間，續(xù)航里程最高可達 250km 。搭載鈉離子電池的 A00 級電動汽車的續(xù)航里程不在其下。

去年年底以來，國內多家動力電池企業(yè)都曾表示2023年其將大規(guī)模量產鈉離子電池，包括動力電池全球銷冠寧德時代，業(yè)內人士普遍認為2023 年是鈉離子電池規(guī)模應用元年。今年2月，大眾汽車（安徽）有限公司（江淮汽車與大眾汽車（中國）的合資公司）已推出了搭載中科海鈉鈉離子電池的試驗車。該車電池容量為 25KWh，CLTC續(xù)航里程為252km，最大時速為120km。

（圖注：今年2月23日，在“第二屆全國鈉電池研討會”上，江淮汽車思皓新能源與中科海鈉聯合打造的行業(yè)首臺鈉離子電池試驗車公開亮相）

動力電池的投資機會一般來自3個領域：制造設備、原材料和電池制造本身。鈉離子電池的投資機會主要來自后兩者，因為其生產工藝與鋰離子電池差不多，原來用于生產鋰離子電池的設備也可以被用于生產鈉離子電池。

就投資機會而言，除了電池生產商，最值得關注的是材料供應商。最近兩三年，鋰離子電池材料供應商的盈利增長速度要遠快于鋰離子電池生產商。不管是哪一種電池體系，材料的進步都是具有決定性。

鈉離子電池的主要材料與鋰離子電池類似，包括正極材料、負極材料、集流體、隔膜、添加劑、電解液等。具體而言，鋰離子電池比鈉離子電池在電解液、隔膜等方面的變化不大，變化比較大的是正負極材料。

目前，鈉離子電池正極材料有3種類型：金屬氧化物、普魯士藍類、聚陰離子型化合物。其中產業(yè)化進程最快的是金屬氧化物。不過放眼長期，聚陰離子型化合物因整體性能更好有可能會后來居上，在聚陰離子型化合物中磷酸釩錳鈉尤其值得關注。

與鋰離子電池一樣，鈉離子電池的負極材料同樣是碳材料，主要分為硬碳和軟碳。現在軟碳技術尚不成熟，生物質基硬碳在產業(yè)化方面具有先發(fā)優(yōu)勢。

除了正負極材料，作為電解質的六氟磷酸鈉和作為集流體材質的鋁箔也值得關注。前者的價值在于目前其是鈉離子電池的主選鈉鹽。六氟磷酸鈉的生產工藝與六氟磷酸鋰接近，因此生產六氟磷酸鋰的頭部企業(yè)在六氟磷酸鈉市場上具有明顯的競爭優(yōu)勢。后者的價值在于與鋰離子電池采用銅箔作為負極集流體材質不同，鈉離子電池會采用價格更低的鋁箔作為負極集流體材質。

就封裝形式而言，動力電池分為圓柱、方形和軟包3種。圓柱電池在電芯一致性、生產良品率、機械強度等方面具有優(yōu)勢，方形電池在成組效率等方面具有優(yōu)勢，軟包電池在能量密度、成組靈活性等方面具有優(yōu)勢。

大圓柱電池即尺寸較大的圓柱電池，目前主要有兩種規(guī)格：一是直徑為46mm，高度為80mm，被稱為4680電池；二是直徑為46mm，高度為95mm，被稱為4695電池。前者為特斯拉所推崇，后者受寶馬青睞。由于特斯拉是純電動汽車領域的風向標，所以4680電池成了大圓柱電池的同義語。實際上，4680電池只是大圓柱電池的一種規(guī)格，而且這一規(guī)格也不一定為鋰離子電池所獨有，其他電池也可以采用——當然要看在這一規(guī)格下性能與成本是否能達到最佳平衡點。本文中的4680電池指的是鋰離子電池。

特別需要說明，雖然4680電池是特斯拉力推的，但并非其所獨有。實際上，一些動力電池廠商將與特斯拉幾乎同步量產4680電池，其中既有LG新能源、松下、三星SDI、遠景動力等國際廠商，也有寧德時代、億緯鋰能、比克電池、國軒高科、蜂巢能源等國內廠商。而且從公開信息看，在性能（能量密度）、成本、易用性（快充）、良品率等方面這些廠商的產品應該與特斯拉處于同一水平，或者說有差距但不大。

特斯拉官宣信息顯示，其4680電池系統(tǒng)采用無模組設計，由約960個電芯組成，能量密度可達215wh/kg，與上一代圓柱電池（即2170電池）比起來能量密度提升了5倍，輸出功率提升了6倍，續(xù)航里程提升16%，同時制造成本降低了14%。

就投資機會而言，4680電池要大于鈉離子電池，因為其在技術、材料、工藝、產品結構與形態(tài)方面有更多的創(chuàng)新，更因為其與電池集成方式的變革（從CTP變?yōu)镃TC或CTB）、電池車身一體化程度的提高緊密相連。換言之，要從電動汽車生產方式革命的角度看待4680電池的投資機會，而非僅僅從動力電池進步的角度。

（圖注：CTP與CTC的區(qū)別）

簡單梳理可知，4680電池的投資機會來自如下幾個方面：

• 正極高鎳化：高鎳三元的優(yōu)勢是能量密度高，劣勢是成本高、熱穩(wěn)定性差。采用4680規(guī)格可以顯著提高動力電池的熱穩(wěn)定性，4680電池的規(guī)模應用會促進動力電池正極高鎳化。

• 負極硅基化：硅負極性能好但易導致電池膨脹變形。圓柱電池因為形體對稱性（橫切面各向同性）更好所以耐脹性更強，可以采用硅基化負極。換個角度說，就目前的負極材料而言，只有采用硅基化負極才能讓4680電池的性能優(yōu)勢得到發(fā)揮。

• 電解液用LiFSi全部或部分替代LiPF6：與目前的主流電解液LiPF6（六氟磷酸鋰） 相比，LiFSi（雙氟磺酰亞胺鋰）具有電導率高、熱穩(wěn)定性好、電化學穩(wěn)定性好、抗水解性強等優(yōu)點。全部或部分采用LiFSi作為電解液可以顯著提高動力電池的充放電次數，增強高鎳/高電壓正極等活性材料的穩(wěn)定性，從而延長電池壽命，并提高其安全性。

• 碳管三代化+單壁化：正極高鎳化將使三代碳管的應用提速，負極硅基化將使單壁碳管的應用提速。

• 預鍍鎳：生產4680電池需要對結構件進行升級，主要是金屬外殼的材料要由后鍍鎳鋼殼升級為預鍍鎳鋼殼。制造預鍍鎳鋼殼需要使用電池鋼專用基帶，具有一定的技術壁壘。

• 芳綸涂覆：與傳統(tǒng)陶瓷涂覆相比芳綸涂覆的劣勢是成本高，優(yōu)勢是使電池安全性高、充電速度快和循環(huán)性能強。這些優(yōu)勢是4680電池受業(yè)內人士青睞的原因。

• 激光焊接設備：4680電池的尺寸更大、電芯更長，不適合采用傳統(tǒng)的單極耳結構。其將采用全極耳結構。全極耳結構對于激光切割的速度、精度有更高的要求：激光焊接從點焊變?yōu)槊婧浮?680電池量產將使激光焊接設備的需求大幅增加。

另外，4680電池的規(guī)模應用是與CTC、一體化壓鑄“深度綁定”的，因此從投資的角度看新能源車供應鏈上的相關企業(yè)也值得關注，包括一體化壓鑄、底盤懸架、熱管理系統(tǒng)、結構件等企業(yè)，集成能力越強越有價值。

本文對鈉離子電池與大圓柱電池（主要是4680電池）的性能優(yōu)缺點進行了總結，同時對兩者在材料、技術、工藝、產品結構與形態(tài)方面的創(chuàng)新點及投資機會進行了盤點。

鈉離子電池是一種新電池，也是一種今年內就有可能“飛入尋常百姓家”的電池。投資者應特別關注消費者對搭載鈉離子電池的A00級新能源車的接受程度，其決定著鈉離子電池在未來兩三年內是否可以放量。

大圓柱電池具有戰(zhàn)略價值，因為其是與新能源車生產方式的變革聯系在一起的。投資者應密切關注其應用速度，因為在某種意義上其應用的速度會影響到新能源車取代傳統(tǒng)燃油車的速度。

下面一篇文章會對固態(tài)電池與氫燃料電池的性能優(yōu)缺點進行總結，同時對兩者在材料、技術、工藝、產品結構與形態(tài)方面的創(chuàng)新點及投資機會進行盤點。