导语
动力电池作为新能源汽车和储能系统的核心组件，其材料体系的发展直接影响着整个产业链的技术进步和市场竞争力。近年来，随着全球对绿色能源需求的不断增加，动力电池技术的创新和优化成为各国研究的热点。根据国际能源署（IEA）的数据，全球新能源汽车销量近年同比增长高达41%，这对动力电池的需求提出了更高的要求和标准。
学术界和产业界对动力电池材料的研究已经取得了显著进展。正极材料、负极材料、电解质和隔膜材料的性能直接决定了动力电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性和成本等关键指标。根据《Nature Energy》期刊发表的研究，硅碳负极材料和富锂锰基正极材料等高能量密度材料、新型固态电解质和先进隔膜材料的研发，正在为动力电池的性能提升和成本降低提供新的可能性。基于此，本文将结合最新的学术研究成果和行业数据，以动力电池的关键性能作为切入点，对动力电池材料体系的市场趋势展开预测分析。
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材料对动力电池关键性能有重要影响
一、动力电池关键性能指标
在供给端，政策引导供给侧出清。对于消费类、动力型(包括小动力、大动力)、储能型电池，2024 年本《规范条件》在 2021 年本基础上，其核心性能要求均进一步提高。政策引导企业减少单纯扩大产能的制造项目，加强技术创新，提高产品质量，以及降低生产成本。工信部限制锂电无序扩张,同时加码技术指标要求,有利于落后产能出清及板块集中度提升。
政策引导电池产业供给段侧出清
来源：工信部，国金证券研究所二、动力电池关键性能对比
动力电池主要形态的关键性能对比
动力电池的主要形态包括圆柱形电池，方形电池和软包电池。
软包、方形、圆柱电池性能对比
来源：OFweek锂电网，国联证券研究所其中，相较于方形电池，大圆柱电池在安全性和性能等方面具有潜在优势，但目前的量产难度较大，降本和推广仍需时间。
在安全性方面，大圆柱电池具有天然优势。由于圆柱电池单体容量较小，单个电池热失控时释放的能量较低，泄压速度更快，因此相较于方形和软包电池不易引发热失控的蔓延。此外，圆柱单体电池为线接触，热传导较慢，且弧形表面自然预留散热空隙；而方形和软包电池为面接触，接触面积较大，散热空间有限，一旦发生热失控，易蔓延至整个电池组。大圆柱电池由于壳体强度高且卷芯结构合理，在整个生命周期内膨胀率非常小，从而保证了阻抗的稳定性，而方形铝壳电池在其生命周期内会不断膨胀，难以准确预测其寿命。
在性能方面，大圆柱电池的弧形表面更能抵抗硅负极的膨胀，理论上可以实现更高的能量密度。圆柱电池的极片卷绕特点可以使极片各个位置的膨胀力均匀分布，减少破损和褶皱的出现；而方形和软包电池在R角处易出现应力集中，从而导致破损和褶皱。另外，大圆柱电池的钢壳机械强度较高，可充分吸收负极的膨胀力，同时具有更高的熔点，有助于实现更高的能量密度。
然而，目前大圆柱电芯在应用高性能材料体系时仍面临一些问题需要解决，且其成组效率天然低于方形电池，因此在电池包能量密度方面暂时未能展现出明显优势。
大圆柱电池与方形电池比较
来源：电池中国，工信部，澎湃新闻动力电池的主要类型的关键性能对比
动力电池的主要类型包括锂离子电池、锂金属电池和镍氢电池（NiMH）。根据电解液的液体含量，锂电池可分为液态、固态混合态和全固态三大类。
固态锂离子电池的工作原理与液态锂离子电池相似，而其最本质的区别在于，固态锂离子电池将液态电池中的电解液与隔膜替换为固态电解质，从而实现少用或不用隔膜及电解液。
与液态锂电池相比，固态电池在安全性和能量密度方面具有显著优势。首先，固态电解质本身不可燃，能够抑制锂枝晶的生长，从而提高安全性。其次，固态电池可以搭配能量密度更高的正负极活性材料，极大提升了能量密度的上限。
固态电池和液态电池对比
来源：中国知网，国泰君安证券研究动力电池的主要制造工艺的关键性能对比
叠片电池和卷绕电池是动力电池的两种不同的结构和制造工艺，它们都是动力电池的组成部分，用于电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）和其他需要大容量电能存储的应用。
叠片工艺与卷绕工艺性能对比
来源：芯语网，国联证券研究所三、动力电池材料体系对关键性能的影响分析
在动力电池的领域中，材料体系的选择对电池的关键性能具有决定性的影响。
正负极材料对能量密度和循环寿命的影响
正极材料如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及三元材料等，它们的晶体结构、化学组成和制备工艺直接决定了电池的能量密度、循环稳定性和安全性。例如，三元材料因其高比容量而成为提高能量密度的首选，但其循环稳定性和热稳定性相对较差，需要优化配方和工艺来平衡。负极材料如石墨、硅基材料等，同样影响着电池的能量密度和循环寿命，硅基材料因其高理论比容量而备受关注，但其体积膨胀大，易导致电池性能衰退。
电解液对功率特性和安全性的影响
电解液作为电池中离子传输的媒介，其组成、浓度和纯度对电池的功率特性、温度特性和安全性至关重要。高浓度的电解液可以提高离子传导率，从而提高电池的功率特性，但也可能增加电池的内阻和发热量，影响安全性。因此，选择合适的电解液配方和添加剂，以平衡功率特性和安全性，是动力电池材料体系设计的重要方面。
隔膜对电池内阻和循环稳定性的影响
隔膜作为电池中的关键组件，其主要作用是隔离正负极，防止电池短路，并允许离子通过。隔膜的材质、厚度、孔隙率和孔径分布等参数对电池的内阻、循环稳定性和安全性有重要影响。例如，采用更薄的隔膜可以降低电池的内阻，提高功率特性，但也可能增加电池短路的风险。因此，优化隔膜的设计和制备工艺，以提高其综合性能，是动力电池材料体系优化的重要方向。
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动力电池材料体系市场发展趋势
一、预期技术创新
新技术-固态电池
目前，在政策支持和工信部对电池企业进行全固态电池招标补贴的推动下，固态电池产业化进程逐渐明朗。根据中国日报的多方信源，中国将投入约60亿元用于全固态电池研发，宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利等六家企业或将获得政府基础研发支持。
根据中国汽车工程学会制定的动力电池发展路线图，高端动力电池单体比能量在2025年要达到350Wh/kg以上，2030年达到400Wh/kg以上，2035年达到500Wh/kg以上。通常，传统液态锂离子电池的能量密度上限被认为是350Wh/kg，其实际比能量很难达到400Wh/kg，距离规划目标仍有较大差距。而固态电池在能量密度和安全性方面具备显著优势，有望开拓新的应用领域。
液态电池和固态电池比较
来源：电池工业网，中银证券大圆柱电池
新能源汽车的高压化和动力电池的集成化需求持续推动着电池形态的调整。例如，车企对大圆柱电池的接受度逐步提升，国内外均已实现应用。
多家世界一流锂电池厂商布局46系圆柱锂电池
来源：SputnikNews，国联证券研究所目前，行业对大圆柱电池的态度逐渐从观望转向实际应用（以国内插电混动车型为先）。当前阶段需重点关注电池的实际应用效果（如产品稳定性和安全性等），预计车企对大圆柱电池的接受度将进一步提升。
新技术-eVTOL电池
当前用于电动航空的电池包括凝聚态电池（宁德时代）、圆柱电池（蔚蓝锂芯、正力新能、国轩高科等）、软包电池（孚能科技等）和固态电池（欣视界、恩力动力、麻省固能等），电池形状多样。
其中，软包电池体系有望成为中期主流方案。软包电池（高镍三元/固态电池）具有高能量密度、高放电性能和轻重量，符合eVTOL的要求。同时，eVTOL对电池价格的宽容度较高，因此软包电池有望成为eVTOL电池的中期主流方案，推动行业重塑。目前，宁德时代、亿纬锂能和孚能科技等公司均主要研发软包电池。
eVTOL电池
来源：澎湃新闻、各公司官网、国金证券研究所新技术-5um超薄基膜
5um超薄基膜：新进入者围绕5um新兴基膜技术竞争。因为传统7、9、12um产品主流隔膜厂绑定头部设备已具备规模效应，国产设备不具备明显优势。据产业链反馈，当前5um等高强超薄产品成为国产设备及新进入隔膜厂商争取头部电池厂（如C）入场券，其中蓝科途（中科华联）已在C批量出货。
且因为高倍率、长循环、大圆柱等电池技术推陈出新，芳纶弥补传统涂覆方案性能不足做替代，预计在终端加速渗透。
最新进展
二、市场趋势预测
动力电池材料体系集中度普遍提升
首先，电池材料，尤其是主材料，直接影响电池的性能与安全性，验证周期较长。在电池产品的生命周期内，不会轻易更换供应商。因此，行业格局的变化往往伴随着终端产品需求结构的变化而发生。在行业盈利承压的下行周期内，行业产能逐步出清，具备成本优势的龙头企业的市场占有率往往逐步提升。华泰证券认为，自2024年以来，多数环节的集中度普遍提升。
例如，自2022年下半年以来，受供需反转影响，负极材料价格持续下滑。2024年，行业盈利能力普遍承压，后排企业难以通过低价抢单长期维持，行业集中度出现回升。2024年第一季度，负极材料和人造石墨负极的CR5分别回升至66.4%和68.5%，较2023年分别提升了1.9和3.6个百分点。
负极行业集中度变化
人造石墨负极行业集中度变化
来源：公司公告，鑫椤锂电，GGII，华泰研究此外，电解液行业的集中度较高，从2015年的63.3%提升至2023年的74.6%。然而，排名第二至第五的企业合计市场份额变化不大，从2015年的40.1%下降到2023年的38.9%。事实上，这一比例还略有下降。如果剔除自供电解液的比亚迪影响，2019年以来行业CR5的波动较大，提升并不明显。排名第二至第五的二三线企业市场份额呈逐渐下滑趋势，行业集中度的提升主要来源于龙头企业天赐材料挤占了二三线及其他小型厂商的市场份额。
电解液行业集中度变化（剔除比亚迪）
来源：公司公告，鑫椤锂电，GGII，华泰研究其次，回顾以往不同环节龙头在国内的市场占有率变化情况，差异化程度较小且龙头成本优势较大的隔膜、铝箔和电解液环节，龙头企业往往能够实现较高的市场占有率。尽管三元材料整体产品差异化较大，但在聚焦6系和高镍细分市场时，龙头企业也实现了高市场占有率。
这些环节的龙头企业市场占有率逐步向40-50%区间收敛，一方面反映了龙头企业较强的产品和成本竞争力，另一方面也反映了下游客户出于供应链安全考虑，会多元化选择供应商，限制了龙头企业份额的进一步提升。磷酸铁锂产品的差异化程度较小，而负极产品的差异化程度逐渐缩小。磷酸铁锂龙头企业以及负极二线头部企业具备较强的成本竞争力，市场份额有望继续提升。
锂电材料各环节市占率第一公司国内市占率变化
来源：公司公告，鑫椤锂电，GGII，华泰研究动力电池和材料体系企业出海趋势
溶质决定了电解液基本理化性能，对锂电池特性有重要影响，目前主流溶质为六氟磷酸锂(LiPF6)，下图为LiFSI综合性能优异比较。其中，LiPF6在高电压的情况下会出现严重的析锂反应，降低充电速度和电池使用寿命。LFSI在电解液的热稳定性以及导电性等方面优势明显。
在“双碳”背景下，全球电动化仍是不可逆转的主要趋势。2024年，美国和欧洲的电池产能规划分别为968GWh和1843GWh，我国锂电产业链的海外产能将超过500GWh。具备技术专利优势、差异化产品和海外产能布局的头部企业，有望迎来新一轮的市场份额和盈利提升周期。
电池&材料企业产能出海利润弹性表（2024年）
来源：Wind、各公司公告、起点锂电公众号等，国金证券研究所因此，出海或已成为锂电产业未来发展趋势。根据国联证券研究所的不完全统计，我国锂电企业海外建厂数量达32个，已有22个工厂公布了产能规划，总计552.5GWh,其中欧美地区占比较高，达65.6%。
锂电池企业近两年海外建厂进展情况
来源：各公司公告，电池网，国联证券研究所除了锂电池企业，车企也在积极向海外布局，国内车企在海外市场的出口主要由上汽、奇瑞、长安、长城、吉利、东风、江汽、比亚迪和北汽等公司主导。这些车企均已积极在海外布局。
中国国内车企将东南亚作为海外建厂的主要目的地之一，因为该地区具备地缘优势，汽车工业相对薄弱，在该地区的新能源汽车市场远没有饱和， 有着极大的发展空间。因此中国国内车企正在积极投资建厂，尤其以泰国为主要目的地。已公开信息显示目前上汽、长城已经在泰国拥有工厂，奇瑞、比亚迪、长安等近期也将在泰国建厂提上日程。
随着电池厂在海外建厂，上游材料和辅材企业也纷纷布局海外产能，通过在欧洲、美洲、日韩和东南亚等地区的扩产，与周边国家和地区的锂电池厂形成多点协作，起到了强化和补充产业链的关键作用，形成了完整的产业链配套。出海锂电产业链在成本控制和供应保障等方面的竞争力进一步提升。海外产能的持续落地有望助力国内企业增强供应链安全性和抵御贸易风险的能力，并与客户形成更强的粘性。
材料和辅料环节海外建厂进展情况
来源：各公司公告，国联证券研究所动力电池材料景气度预测
首先，国金证券认为国内动力电池和储能预计分别保持33%和103%的同比增速（销量口径），其中储能明显超出预期，主要由于全球大储需求旺盛和储能去库顺利。
国金证券根据2024年主要赛道的景气度依次推荐：储能、消费电池和动力电池。其中，储能整体格局改善，头部电池厂寻求涨价可能，；消费电池受益于3C产品、工具等进入复苏周期，整体需求旺盛，盈利改善；动力电池国内需求保持强劲，但海外受欧美电动车周期波动影响，需求疲软。总体上，预计2024年总量维持30%的增长判断。
电池细分赛道景气度预测（2024年；GWH）
来源：Wind，Forcelnstitute,国金证券研究所其次，国金证券研究所认为2H23-1Q24行业库存周期及产能利用率周期分别触底、回升，他们根据子板块量、价、利变化依次推荐电池、结构件、负极、隔膜、电解液、正极赛道。
锂电子板块景气度预测（2H24）
来源：Wind，国金证券研究所随展望未来，一系列前沿技术与材料创新如固态电池、大圆柱电池、eVTOL专用电池等，正以前所未有的速度重塑动力电池行业的面貌。这些创新不仅预示着更高能量密度、更长使用寿命、更优安全性能的电池产品即将面世，也为动力电池材料体系的市场集中度提升、企业国际化布局以及整体行业景气度上扬提供了强有力的支撑。
在此背景下，我们有理由相信，动力电池材料体系将迎来一个前所未有的黄金发展期。随着技术瓶颈的不断突破和全球市场的深度融合，动力电池产业将步入一个更加高效、环保、智能的新时代，书写能源转型与可持续发展的新篇章。
资料收集丨Carmen
文案&美编丨十二
（转自：曼恩斯特）
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