2025年年均復合增長率達到49%。受中國新能源汽車快速增長拉動，2023年1-6月我國動力電池累計裝機量224.2GWh, 同比增長108.7%，實現(xiàn)翻番增長，預計2023年裝機量超過280GWh，2025年將超過1500GWh。

新一代動力電池和材料技術正在快速迭代，從系統(tǒng)結構設計到材料體系優(yōu)化，中國動力電池企業(yè)開始展示出越來越強的底層創(chuàng)新能力。

動力電池和材料技術創(chuàng)新背后，既有來自全球能源變革與新能源產業(yè)升級的驅動，同時也是電池和材料企業(yè)參與市場競逐的關鍵砝碼。動力電池作為新能源汽車的基礎部件，技術創(chuàng)新突破與產業(yè)升級空間息息相關。

1、目前動力鋰電池技術創(chuàng)新主要趨勢為無鈷化、快充、長薄化、疊片技術等開展。
2、疊片為中段核心環(huán)節(jié)，長薄化方形電池將帶動疊片機設備需求。
3、預鋰補鋰材料，高鎳、無鈷、單晶、四元正極材料，硅基負極材料，雙氯磺酰亞胺電解液，新型隔膜基材，磷酸錳鐵鋰正極材料等六大新材料成為突破提升電池性能的主流方向，其中磷酸錳鐵鋰備受業(yè)內關注。

 一、動力鋰電池技術創(chuàng)新四大發(fā)展趨勢

 （一）無鈷化電池。鈷資源的稀缺嚴重威脅動力電池供應鏈安全。同時，鈷價格波動會直接影響到電芯成本。因此動力電池“去鈷化”已成全球行業(yè)共識，三元體系高鎳低鈷更是技術熱門。

（二）超快充電池。為緩解電動出行“里程焦慮”和“補能焦慮”，布局超快充已是大勢所趨?；?00V高壓平臺的電池快充成為目前業(yè)內布局的重點。

（三）長薄化電池。長薄電芯通過減薄電芯厚度、增大電芯長度，同時取消模組設計、使電芯直接陣列在電池包中充當結構件，從而提升空間利用率、提高電池安全性。

（四）疊片技術電池。傳統(tǒng)方形電池一般選擇卷繞工藝進行生產，但長薄化電芯利用卷繞工藝很容易出現(xiàn)褶皺、變形等問題。疊片工藝既提高了方形電池的內部利用率，又具備多項性能優(yōu)勢。

 疊片技術—疊片設備投資機會

疊片為中段核心環(huán)節(jié)，長薄化方形電池帶動疊片機需求。

 疊片工藝優(yōu)勢顯著，但設備效率等仍存在提升空間

卷繞/疊片為鋰電池中段電芯裝配工序的最核心環(huán)節(jié)。卷繞為通過控制極片的速度、張力、尺寸、偏差等因素，將分條后尺寸相匹配的極片及隔膜、終止膠帶等卷成極芯的一種生產工藝。

疊片則將極片與隔膜交替堆疊在一起，最終完成多層疊片極芯的一種生產工藝。就電池形態(tài)來看，軟包電池只能采用疊片工藝；方形電池既可以使用疊片工藝也能夠采用卷繞工藝，目前主流為卷繞工藝；圓柱電池只能采用卷繞工藝。

 卷繞與疊片在工藝方面最大的差別在于極組成型工序。

（1）極片狀態(tài)：卷繞的正負極片為連續(xù)的，疊片為片狀。

（2）極組完成標準的判定：卷繞電池控制極片的長度，在模切工序時會根據(jù)每個電芯長度標記一個孔進行定位，檢測到該孔時進行裁斷，完成一個極組的卷繞；疊片則是根據(jù)正負極片的設定數(shù)量，達到設定值時完成一個極組的疊片。

（3）極組形態(tài)：卷繞工藝下正負極耳僅位于上方一側，故卷繞極片一圈僅有一個正極和一個負極極耳，而同樣為“一圈”的情況下，疊片能夠有2層極片，每一層均有一個正極和一個負極極耳，故數(shù)量是卷繞的2倍。

（4）隔膜張力控制：卷繞電池的隔膜在高 速卷繞過程中會產生一定的張力，張力作用下隔膜會產生一定的拉伸，導致孔隙率發(fā)生微小變化，而疊片電池張力幾乎為0，隔膜基本無拉伸，孔隙率與原材料保持一致。

疊片機技術路線多樣，切疊一體機成為發(fā)展趨勢

目前疊片機技術路線主要分為 4 類：Z字型疊片機、切疊一體機、熱復合疊片機和卷疊一體機。其中Z字型疊片機和切疊一體機本質均為Z字型疊片，也是國內應用較為廣泛的機型；熱復合疊片機最大的特點為實現(xiàn)正極、負極和隔膜一次性完全切片堆疊，有效提高了疊片及電芯的質量和生產速率，相對而言技術難度更高；國外以 LG 新能源為例，采用的是卷疊一體機，效率較高但受LG專利保護。

（1）Z 型疊片存在隔膜變形&單片堆疊效率不高問題，切疊一體機成為發(fā)展趨勢。

Z 型疊片技術是目前較為常見的一種疊片工藝，通過可移動疊片臺拉動隔膜在疊片平臺之間來回移動，實現(xiàn)正極極片和負極極片的交叉堆疊。

Z型疊片技術的問題在于隔膜容易變形且堆疊效率不高。一是隔膜容易變形。Z型疊片技術隔膜會隨可移動疊片臺左右擺動，隔膜擺軸容易造成不對稱，導致隔膜變形不一致；隔膜張力每次從零到最大，導致隔膜拉伸不一致、變形，同時隔膜的孔隙率、平均孔徑、比表面積都會有較大的變化，影響電芯質量。二是堆疊效率不高。在疊片過程中，需要擺動隔膜來疊放極片、避讓隔膜交替進行，增加了單次疊片所需要的時間，同時只能實現(xiàn)單片堆疊，疊片效率很難有大的提升，一般為 0.5s/pcs/工位，若電池極片層數(shù)為30層，則完成一個電池的時間為 15 秒，則一分鐘內能完成4個電池，即效率僅有4PPM。

（2）切疊一體機逐漸成為發(fā)展趨勢，其優(yōu)點在于提升良率和提升效率。

提升良率：電池在不同工序轉運過程中容易發(fā)生損傷，將多個環(huán)節(jié)集中到一臺設備上，就能夠在工藝流程上減少電池損傷的可能性。過去傳統(tǒng)的生產方式為疊片機從料盒中取切片進行疊片。取片過程中可能會發(fā)生磕碰和極耳翻折，而切疊一體機將極片模切/激光切、Z字型疊片機、貼膠熱壓機三類機型進行整合，解決了折彎和吸片的問題，通過減少上下料、轉運 工序，減少磕碰、提高良率。

提升效率：切疊一體機將正負極片和隔膜同時收放，在主疊片臺或擺桿作用下，呈Z字型折疊，當疊放至設定片數(shù)后，隔膜裁切貼膠，再熱壓成電芯，如先導智能最高疊片效率達800PPM（0.075s/pcs），利元亨高速切疊一體機的疊片速度達 0.15s/pcs（三工位）。

（3）熱復合疊片機：避免 Z 型隔膜變形問題，更適合高能量密度大電芯。

熱復合疊片機的工作原理為正極卷料、負極卷料、隔膜同時進料，在進入加熱裝置前，正極片、 負極片通過切刀裁切成所需尺寸的單個極片，正極片、負極片、隔膜的組合體在輥輪的作用下進入加熱系統(tǒng)。加熱后再進行熱輥壓、切刀，將隔膜切斷，形成單個的疊片單元， 然后通過機械裝置將單個疊片單元堆疊在一起，之后再對疊片堆進行熱平壓，形成極芯。

熱復合疊片機極片和隔膜同時收放，能夠避免Z字型疊片隔膜變形等問題。熱復合疊片工藝中，隔膜和極片所受的拉力方向始終不變、速度保持均勻，相對于卷繞工藝過程中拉力不斷變化、Z型疊片的拉力周期性變化和擺動，熱復合式疊片機在生產過程中連續(xù)單方向輸送、速度和張力控制穩(wěn)定，生產的極芯界面平整，隔膜的機械性能、孔隙率、平均孔徑、極片與隔膜界面等均勻一致，電芯質量更高。

熱復合疊片技術難度比Z型疊片更高，適合高能量密度大電芯。熱復合疊片機比 Z 型疊片多熱復合和輥壓等工序，技術難度更高，后期注液等工序難度更大；熱復合疊片機同時集成制片、疊片、熱壓一體，高效節(jié)能、省空間，更適用于高能量密度大電芯。布局熱復合切疊技術路線的公司包括先導智能、吉陽智能等，根據(jù)先導智能微信公眾號，先導智能的熱復合設備集放卷、沖切、制片、熱復合、隔膜裁斷、疊片、貼膠、下料等功能于一體，無 PET、可平均節(jié)約1千萬米/年/臺，從而降低生產成本；同時支持廢片剔除、能夠提高材料利用率；各工序均有 CCD 復檢，保證電芯良率。

（4）卷疊一體機：LG 享有獨家專利，效率較高。

LG享有Stack & Folding專利，不對外出售，設備商為德國MANZ，其工藝流程一般是先將正負極片裁切成單元，并通過對轉臺與升降吸盤的設置，分別貼在隔膜上；然后用卷繞的方式將極片分別包裹起來，實現(xiàn)兩組正負極片相間疊放，速度和效率較高。

疊片電池具有更高的電池能量密度、更穩(wěn)定的內部結構、更高安全性和更長循環(huán)壽命等優(yōu)點

（1）更高的電池能量密度：卷繞在卷繞拐角部有弧度，空間利用率比疊片低，疊片能夠充分利用電池邊角空間，故在相同體積的電芯設計下疊片形成的電芯能量密度更高。

（2）更穩(wěn)定的內部結構：在電池的循環(huán)使用過程中，隨著鋰離子的嵌入，正負極片均會有膨脹，受卷繞拐角處內外層內應力不一致的影響，卷繞的電池會發(fā)生波浪狀變形， 波浪狀變形會導致電池的界面變差，電流分布不均，加速電池內部結構不穩(wěn)定。疊片的電池不存在拐角內應力不均的問題，在電池的循環(huán)往復使用中，每層膨脹力相近，故疊片的電池可保持界面平整。

（3）更高安全性：卷繞下兩端極片折彎后涂層材料發(fā)生較大彎曲變形，折彎處容易發(fā)生掉粉、毛刺問題，嚴重時會造成電池內部短路，引起熱失控，此外極片和隔膜所受拉力容易出現(xiàn)不均勻、產生褶皺，極片的膨脹和收縮、隔膜拉伸等都會導致電芯變形；而疊片電池受力均勻，不存在兩端折彎問題，電池安全性更高。

（4）更長的循環(huán)壽命：如前述疊片電池的極耳數(shù)量是卷繞的 2 倍，而極耳數(shù)量越多，電子傳輸距離越短，電阻越小，故疊片的電池內阻能夠降低10%+，電池產熱小， 使用壽命長于卷繞電池；而卷繞容易發(fā)生變形、膨脹等問題，影響電池衰減性能，故同等設計下疊片的循環(huán)膨脹更低、循環(huán)壽命更長。

 疊片工藝存在設備效率低、設備投資額較高、良率低、控制難度大等缺點

（1）設備效率低：一般動力電池卷繞的效率為12PPM，先導智能的卷繞機性能優(yōu)越，其方形卷繞機在極片長度 6000mm 時效率仍可達 12PPM，而傳統(tǒng) Z 字疊片效率一般為 0.5s/pcs/工位，若電池極片層數(shù)為 30 層，則傳統(tǒng) Z 字疊片完成一個電池的時間為 15 秒，則一分鐘內能完成 4 個電池，即傳統(tǒng) Z 字疊片效率僅有 4PPM；此外疊片設備占地面積比卷繞機大，也意味著疊片比卷繞效率低。

（2）設備投資額高：從單條產線來看，卷繞電池通過控制極片的長度來判斷極組完成與否，一條產線需要的卷繞機數(shù)量與每片電芯的長度有關，一般一條產線需要 10 臺卷繞機，按照 300-350 萬元/臺的價格，則一條產線下卷繞機價值量合計約為 3000-3500 萬元；疊片則是根據(jù)正負極片的設定數(shù)量，達到設定值時完成一個極組的疊片，一條產線需要的疊片機數(shù)量與電池片數(shù)有關，中航鋰電的一條產線一般需要 10 臺切疊一體機， 按照 600 萬元/臺的價格，則中航鋰電一條產線的切疊一體機價值量為 6000 萬元，蜂巢短刀電池的一條產線需要 20 臺切疊一體機，按照 600 萬元/臺的價格，則蜂巢一條產線的切疊一體機價值量約為 1.2 億元。

（3）良率低：卷繞電池分切方便，合格率高，每個電芯只需要進行正負極一次分切，難度小；而疊片分切繁瑣，每個電池有幾十個小片，每個小片有四個切面，且沖切容易產生不良品，故疊片的單個電池容易發(fā)生斷面等問題。

（4）控制難度大：①卷繞點焊容易，每個電池只需要點焊兩處，容易控制，而疊片容易虛焊，所有極片都要點焊到一個焊點，操作難度大；②卷繞一個電池只有兩個極片便于控制，而疊片極片數(shù)量較多，檢測、轉運、統(tǒng)計都是難點。

綜合來看，疊片形成的電池具有更高的電池能量密度、更穩(wěn)定的內部結構、更高安全性和更長循環(huán)壽命等優(yōu)點，但仍面臨設備效率低、設備投資額較高、良率低、控制難度大等缺點。我們認為隨著我國優(yōu)秀疊片機廠商加大研發(fā)投入以持續(xù)提升疊片機效率、國產疊片機逐步放量實現(xiàn)降本，疊片工藝的低效率、高成本問題有望得到解決。

 二、新型材料有效提升電池性能，六大方向急需突破，磷酸錳鐵鋰成為重點布局方向

 （一）預鋰補鋰材料。通過預鋰化對電極材料進行補鋰，可抵消SEI膜造成的不可逆鋰損耗，提高電池的總容量和能量密度。由于預補鋰工藝有望解決硅碳負極首次庫倫效率較低的問題，故其常常出現(xiàn)在“摻硅補鋰”的技術路線中。

隨著硅基負極逐漸放量及高端動力/儲能電池補鋰需求，預鋰化或將成為鋰電池未來一大發(fā)展方向。通過預鋰補鋰+短刀電芯結合，疊加新型的冷卻與安全技術，升級后的儲能電芯在325Ah左右，全面超越市面上主流的280Ah儲能產品。

（二）高鎳、無鈷、單晶、四元正極材料。目前，三元正極材料朝著高鎳、無鈷、單晶和四元的技術方向發(fā)展，同時改進相關包覆和摻雜技術，以進一步提高能量密度、安全性和快充性能。

（三）硅基負極材料。硅基負極材料結合了碳材料的高導電性、穩(wěn)定性和硅材料的高容量優(yōu)點，成為動力電池提容的最優(yōu)路線，將5%-10%的氧化亞硅與石墨復合，可以提升5%-10%的電池容量。但硅基材料不成熟，目前無法解決材料在高溫下膨脹問題，只能作為添加劑摻雜入石墨負極中，用于高端圓柱電池。

（四）雙氯磺酰亞胺電解液。傳統(tǒng)的電解液六氟磷酸鋰，具有熱穩(wěn)定差，對水分敏感等確定，新型鋰鹽雙氯磺酰亞胺具有熱穩(wěn)定性好，高低溫適應寬度大等特點，目前許多企業(yè)正在加緊此類產品的技術研發(fā)。

（五）新型隔膜基材。聚乙烯和聚丙烯是目前主流的隔膜基材，但在高溫環(huán)境下，接近熔點時，均會融化變性，導致正負極接觸短路。目前，隔膜企業(yè)均正在研發(fā)以聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯、間位芳綸、聚偏氟乙烯、聚對苯并二?等合成材料，制備無紡布作為新型隔膜基材。

（六）磷酸錳鐵鋰正極材料

首先，現(xiàn)有磷酸鹽系正極材料（ LiMPO4 ，M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素組成）存在應用瓶頸，上升空間有限。磷酸鈷鋰（4.8V）和磷酸鎳鋰（5.2V）充放電平臺過高，難以被商業(yè)化應用。LFP電壓平臺僅為3.4V，能量密度已接近理論上限；磷酸錳鋰高達4.1V，但電導率和鋰離子擴散速率極低，被視為“絕緣體”。

同時，磷酸錳鐵鋰（M?）兼顧高能量密度和高安全性，可緩解LFP低能量密度短板。由質量能量密度（Wh/kg）=電池克容量（mAh/g）× 工作電壓 （V），可計算出LMFP（4.1V）理論質量能量密度為697 Wh/kg，高出LFP20%。由此，往LFP中摻Mn是磷酸鐵鋰在電化學材料體系端提高能量密度的唯一進化之路。

 LMFP發(fā)展契機：現(xiàn)有橄欖石結構磷酸鹽正極材料存在應用瓶頸

磷酸鹽基正極材料LiMPO4屬于聚陰離子型正極材料，為正交晶系呈橄欖石結構，M可由Fe、Mn、Co、Ni等元素組成。其中，磷酸鈷鋰（4.8V）和磷酸鎳鋰（5.2V）充放電平臺過高，已超過傳統(tǒng)電解液所能承受的最大電壓平臺（4.5V），難以被商業(yè)化應用，而磷酸錳鋰LMP和磷酸鐵鋰LFP可適配現(xiàn)有電解液體系，具備商業(yè)應用基礎。

 磷酸錳鐵鋰：兼顧高能量密度與高安全性

LMFP可利用Mn和Fe的協(xié)同效應，結合磷酸鐵鋰（穩(wěn)定的電化學性能）和磷酸錳鐵鋰（高電壓）優(yōu)勢，兼顧高能量密度與高安全性，同時其電壓平臺（4.1V）可適配常規(guī)電解液，這為切入市場提供契機。

 磷酸錳鐵鋰：錳鐵比例的不同，帶來電化學性能上的差異

鐵和錳離子半徑相近，易形成固溶體，實現(xiàn)原子級別的混合。材料中錳鐵比例的不同，會帶來電化學性能上的差異， 錳含量過低：LMFP材料平臺電壓提升不夠明顯，影響材料的能量密度。

 磷酸錳鐵鋰：制備路線與LFP相似，液相法更適配

固相法：是最傳統(tǒng)的方法，工藝簡單，利于批量生產，但不易控制產品的粒度及分布，均勻性較差。其中，高溫固相法最具代表性。

液相法：產成品一致性更好，更能緩解錳溶出等問題，更易形成均一的固溶體，利于鋰離子的脫嵌材料，能量密度更高。但工藝更為復雜，成本較高。由此，液相法更適配LMFP，使用該方法進行量產的企業(yè)可構筑其工藝技術壁壘。可分為溶膠-凝膠法、水熱法、溶劑熱法、共沉淀法以及噴霧干燥法。

 磷酸錳鐵鋰：材料存在三大痛點

LMFP雖較LFP具備更高能量密度、更高工作電壓，但也存在以下三個痛點：

痛點一：電子電導率低、鋰離子擴散速率較低。從與其他材料性能對比情況可知，LMFP電導率僅10?13S/cm、鋰離子擴散速率為10?152 /S；分別為LFP的1/10倍和1/10000倍。相比于LFP0.3 eV 的躍遷能隙，電子在LMFP中躍遷能隙高達2eV, 基本屬于絕緣體，導致其電子電導率及離子遷移率低。

痛點二：壓實密度較小，影響能量密度發(fā)揮。從與三元正極材料粒度分布比較情況可知，LMFP材料D50粒度僅為三元粒度 的一半不到，材料顆粒較小，導致壓實密度較低，進而影響整體材料的能量密度表現(xiàn)。同時，一次粒徑過小會導致顆粒比表過高，制備電池極片時不得不大量使用粘結劑，導致成本增加和極片主含量降低。

痛點三：Mn3+的姜泰勒（John-Teller）效應。