动⼒电池企业（含LG化学、SKI、三星SDI和CATL）技术现状与规划
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全球动⼒电池企业当前技术现状
1.1. 电池形态：形态各异，各有优势
LG化学和SKI：在动⼒电池在封装⽅⾯，都采⽤叠⽚式软包设计。软包锂电池与圆柱、⽅形电池之间的最⼤区别之处在于铝塑膜，这是软包锂电池⽐较关键、技术难度较⾼的⼀个环节。软包电池主要有安全性能好（软包电池在结构上采⽤铝塑膜包装，发⽣安全问题时，软包电池⼀般会⿎⽓裂开，不会爆炸）、重量轻（软包电池重量较同等容量铝壳锂电池轻10%-20%）、内阻⼩、循环性能好、设计灵活（外形可变任意形状，可以更薄，可根据客户的需求定制，开发新的电芯型号）等诸多优点。软包电池的缺点主要是⼀致性较差，成本较⾼，容易发⽣漏液，技术门槛⾼。
三星SDI和CATL：在动⼒电池封装⽅⾯主要以⽅形为主。⽅形硬壳电池能够⽣产⼤容量单体电池。此外，⽅形电池壳体多为铝合⾦、不锈钢等材料，内部采⽤卷绕式或叠⽚式⼯艺，对电芯的保护作⽤优于于软包电池，电芯安全性相对圆柱型电池也有了较⼤改善。⽅形电池的不⾜之处在与型号较多，⼯艺难以统⼀。⽬前⽅形电池到模组的成组效率可达到88%，⾼于软包、圆柱电池的成组效率。三星SDI除了⽣产⽅形电
池外，还⽣产18650和21700规格的圆柱电池，主要应⽤于消费类电池领域。同样，CATL除了主打的⽅形电芯，2018年也在⼩批量供应软包电池，CATL的单体容量规格较多，主要有37Ah、43Ah、51Ah、72Ah、148Ah、153Ah等。与三星SDI相⽐，CATL通过加⼤电芯厚度来提升电芯容量，从⽽在⼀定程度提⾼其能量密度，然⽽CATL在电芯的制造⼯艺、模组集成轻量化⽅⾯较三星SDI稍差。
松下动⼒电池：采⽤的是NCA正极材料，由于NCA正极材料在充放电过程中容易产⽓的特性，电芯封装以圆柱为主。圆柱形电池的优点主要有⽣产⼯艺成熟，产品良率⾼，有如18650、21700等统⼀规格型号，整体成本有优势。然⽽圆柱形电池缺点也⽐较明显，NCA圆柱形电池由于安全性较差，需要配备⾮常好的热管理系统，模组以及PACK集成难度⼤，能量密度利⽤率较低。另外，除了供应特斯拉的圆柱形电池外，松下还给其它车企供应⽅形电池，主要配套
HV/PHV 车型，对于HV/PHV车型，主要向⾼输出功率/⾼容量进⾏突破，对于BEV车型，则向⾼能量密度进⾏突破。
总体来说，软包、圆柱、⽅形三种形态的电芯中，⽅形电芯在模组集成过程中难度最⼩，模组也便于电池PACK的布置集成，⼤容量电芯便于简化电池管理系统的复杂度，同样易于设计电池PACK的热管理系统。
1.2. 化学体系：⾼镍三元，⼤势所趋
LG化学：⽬前软包动⼒电池主要以正极采⽤NCM622掺杂LMO、负极采⽤⽯墨、涂覆隔膜的化学体系，以后正极材料会发展为712体系。NCM811体系的电池主要以圆柱为主，⽤于电动巴⼠上。
三星SDI：⽬前的动⼒电池同样以正极NCM 622+⽯墨负极的化学体系为主，也量产NCA+LMO的正极材料，⽬前三星SDI的单体锂离⼦电池产品系列⽐较齐全，标准产品包括⾼能量的BEV(纯电动)60Ah、94Ah电池，PHEV(插电式混合电动车)26Ah、37Ah电池(26Ah会逐渐被37Ah取代)，HEV(混合电动车)5.2Ah、5.9Ah电池，以及与超级电容器结合应⽤于低压系统(LVS，low voltage system)的⾼功率电池(4.0Ah、11Ah)。
松下电池：松下⽬前的圆柱形动⼒电池主要为NCA+硅碳负极的化学体系。根据A2Mac1实测数据，特斯拉采⽤的松下圆柱形电池型号从Model S、Model X的18650逐步过渡到Model 3的21700，NCA正极材料配⽐由Ni：Co：
Al=0.82:0.15:0.03升级为Ni：Co：Al=0.9:0.05:0.05，镍的含量进⼀步得到提升，钴的含量降⾄0.05%，极⼤地降低了电池的原材料成本，领先于NCM的811化学体系。
SKI电池：SKI⽬前的软包电池正极材料主要为NCM622为主，在2019年应该发展为NCM811混合体系，2020年发展为100%⽐例的NCM811体系，2021年以后预计Ni的含量将达90%。负极材料⽬前采⽤⽯墨，预计2021年后采⽤硅碳负极。
CATL：⽬前CATL的⽅形电池正极材料主要为NCM523为主，在2019年应该发展为NCM811体系。负极材料⽬前主要采⽤⽯墨，预计2020年后采⽤硅碳负极。
1.3. 成组效率：⽅形最优，圆柱最难
LG化学与SKI：⽬前软包电池虽然单体能量密度⽐⽅形电芯⾼，但是在成组效率⽅⾯较低，⽬前能量密度转化率预计在80%左右。
三星SDI与CATL：电芯由于采⽤的是⽅形电芯形态，成组效率较⾼，电芯⾄模组最⾼的能量密度转换效率可⾼达90%。
松下电池：单体能量密度⾼，但是由于单体数量众多，需要众多结构辅助件，系统集成难度较⼤，电芯⾄模组和电池包的集成效率较低。18650升级为21700，单体使⽤数量减少，⼀定程度上提⾼了集成效率。特斯拉Model 3有两种规格模组，能量密度转化效率⾼达84%。Model X（90kWh版本）的电池包由7104个电芯96S74P组成，能量密度
148.4Wh/kg，集成效率为60.41%；Model 3的电池包由4416个电芯组成，能量密度167Wh/kg，集成效率为64.2%。1.4. 能量密度：松下领跑，三星较慢
LG化学：电芯能量密度在250Wh/kg左右，体积能量密度在530Wh/L左右，可以满⾜整车400km的续航
⾥程需求。
三星SDI：在能量密度的提升上，和国内通⽤的以Wh/kg所不同，所采⽤的标准是Wh/L，三星认为对于乘⽤车来
讲，Wh/L其实意义更重要。⽬前，三星的第3代动⼒电池能量密度是在550Wh/L，相当于210-230Wh/kg，已经实现量产。
松下：根据A2Mac1实测数据，在单体容量上，松下由NCR 18650B型号的3.2Ah提升⾄21700NCA型号的4.8Ah，电压平台由3.6V提升⾄3.7V。随着单体容量和单体电压的提升，能量密度由NCR 18650B的245.1Wh/kg提升⾄21700NCA 的260Wh/kg，后续可以提升到300Wh/kg，在体积能量密度⽅⾯21700远⾼于18650，经计算可知松下的21700电芯体积能量密度⾼达732Wh/L。
SKI：在2018年量产的64Ah规格的软包电芯能量密度可达260Wh/kg，体积能量密度可达540Wh/L。
CATL：⽬前量产的153Ah规格电芯能量密度可达217Wh/kg，体积能量密度可达510Wh/L。
1.5. 循环寿命：圆柱电芯寿命低于软包⽅形电芯
LG化学具有较好的循环寿命，能到达到2000次循环，三星SDI的动⼒电池循环寿命可以达到1500次，松下的18650电芯循环寿命约500-1000次。
CATL的523体系动⼒电池电芯循环寿命可以达到1800次，与韩国企业的寿命指标较为接近，⽇本的电池循环寿命显著偏低。
国内外技术相近，CATL不惧竞争：从电池形态、化学体系、成组效率、能量密度和循环寿命等五个维度对LG化学、三星SDI、松下、SKI、CATL的动⼒电池进⾏综合对⽐，CATL以NCM523体系的正极材料做出与三星SDI能量密度相近的产品，某些产品甚⾄⾼于三星SDI，循环寿命同样具有⼀定的竞争优势。考虑电芯⾄模组的成组效率，CATL与LG化学、SKI、松下在模组层⾯的具有很强的技术竞争⼒。
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全球动⼒电池企业未来技术规划
全球动⼒电池企业未来技术规划
2.1. 电池技术的发展路径
LG化学：LG电芯依然为软包形态，在长度上会根据整车需求考虑加长，主要有两个好处：提供电芯到模组的能量密度转化率，提到能量密度（上升约13%）。模组形式采⽤VDA模组和长模组形式，减去散热铝板采⽤软包边缘导热胶形式，提升散热性能，简化模组结构，改善电芯⾄模组的能量密度转化率，提升模组能量密度。2020-2022年单体能量密度将达到300Wh/kg，体积能量密度将达到700Wh/L，可以
满⾜整车500km的续航⾥程需求。2023-2024年能量密度将达330Wh/kg，可以满⾜整车600km的续航⾥程需求。
三星SDI：下⼀代3.5代产品能量密度可以达到630Wh/L，预计在2019年量产。同时，三星还在加⼤⼒度研发第4代电池，能量密度可以达到700Wh/L，相当于270-280Wh/kg，预计2021~2022年左右量产，此后第5代电池会达到800Wh/L 相当于300Wh/kg，这个产品会在2023年以后量产。300Wh/kg已经是锂电池储能的能量密度极限，2023-2025年就需要通过变⾰电池创新来进⼀步提升，⽬前，三星也在做新型电池的基础研发，样品可以做出来，但距离产业化量产还⽐较远：在2015年，三星SDI的全固态电池试制样品已经可以达到300Wh/kg(采⽤硫化物类的固态电解质)，⾄于锂⾦属电池、锂空⽓电池，三星SDI现在只是实验室开发，真正应⽤可能要10年之后，届时能量密度有望达到900Wh/kg，⼀次充电可⾏驶700km的⽬标。
松下：松下的动⼒电池未来发展⽅向主要分为两⼤类，⽅形电池主要应⽤于⾼功率输出的HV和PHEV领域，圆柱电池主要应⽤于⾼能量密度的EV领域。并且会通过进⼀步优化镍钴含量⽐例，开发继续引领⾼能量密度优势的新型材料。发展新的结构电池单体以提⾼其安全性和容量。
SKI：SKI在2019年正极材料体系将由NCM 622升级为掺杂NCM 811的NCM 622体系，负极材料在2021-2022年将由⽯墨升级为硅碳负极。产品规格将包括63Ah、70Ah、75Ah、80Ah、86Ah、90Ah等，
使⽤寿命⽅⾯将保证10年24万公⾥，快充⽅⾯将10min可满⾜100km的续航⾥程需求。2020年的能量密度⽬标为284Wh/kg，2021年的能量密度⽬标为294Wh/kg，2022年能量密度有望达到314Wh/kg，随着硅碳负极的使⽤在2023年能量密度将达到319Wh/kg。CATL：CATL未来的技术发展趋势可以从材料体系、电芯、模组、PACK等⼏个⽅⾯分析。
材料体系⽅⾯：CATL⽬前的正极材料主要为NCM 523，在2019年底有望量产NCM 811体系电池，正极材料除了往⾼镍⽅向发展，CATL⼀直致⼒于⾼电压平台的正极材料研发，并有望在2020年后量产且改善电芯的能量密度；同时，在2020年左右CATL会采⽤硅碳负极材料以提升负极的理论能量密度从⽽提⾼电芯的能量密度；电解液通过优化配⽅并添加新型添加剂，使其耐⾼压性能、热稳定性能更好；隔膜主要采⽤涂覆湿法隔膜。
电芯⽅⾯：CATL⽬前通过加厚电芯尺⼨，将单体电芯的容量做到153Ah，显著改善其单体的能量密度，未来的发展⽅向可能将⾼度由当前的108mm做到100mm以内，利于扁平的电池PACK设计，更好地便于整车底盘设计，增强车⾝内部的空间体验。另外，CATL在快充电芯⽅⾯积累深厚，⽬前已有43Ah的三元快充产品量产，最⼤充电倍率可达4C，即最快可以25分钟充满电量，待成本改善后，将彻底解决电动车充电速度慢的痛点。2019年电芯的能量密度将达
230Wh/kg，2020-2021年电芯的能量密度将达265Wh/kg。特斯拉电池
模组⽅⾯：为了便于电池包PACK的集成，CATL在未来将会推出标准模组外的Combo 模组、Sandwich模组和低⾼度模组，能量密度以及转化率都将得到显著提升。集成效率在2019年将从2018年的83%提升⾄86%，2020年将会达到89%-90%，2021-2022年将会达到91%-92%。
PACK⽅⾯：CATL2018年电池PACK的能量密度在150-160Wh/kg，2019-2020年能量密度将达180Wh/kg，2021年以后能量密度将达210Wh/kg。冷却系统均采⽤⽔冷⽅式，冷却板为⼝琴管形式，在2019年将会与电池包托盘集成为⼀体，提⾼集成效率。集成效率2018年在72%左右，2019年有望提升⾄76%，2021年有望达到80%的⽬标。
2.2. 材料体系的发展趋势
LG化学未来从622做到70％的镍，10％的钴和20％的锰以达到712。⽽NCMA是LG的⼀个中长期⽬标，通过向NCM添加氧化铝，使镍含量接近90％，钴含量低于10%。⽬前的情况是622软包电芯正在量产，712型正在积极开发，会在两到三年内进⾏⼤规模⽣产。NCM811正极材料更适⽤于圆柱电池，会⼤量⽣产⽤于电动公交车，第三代电池主要的发展
到三年内进⾏⼤规模⽣产。NCM811正极材料更适⽤于圆柱电池，会⼤量⽣产⽤于电动公交车，第三代电池主要的发展⽅向是增加能量密度（增加镍含量），降低成本（减少钴含量）和提⾼充电性能（引⼊⼈造⽯墨负极）。
三星SDI未来采⽤NCA材料，因为锂离⼦在循环往复的使⽤过程中，容易在NCA表⾯形成⼀些残留，会影响它的使⽤寿命。三星SDI通过在NCA表⾯做⼀层⾦属的涂布，减少残留，提⾼它的使⽤寿命。
松下已开发出的正极材料有镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等，并已经在规模化应⽤。为了解决镍氧化物带来的热稳定性低和安全⽅⾯的问题，松下在正极材料表⾯进⾏了纳⽶涂层处理，特别注重通过“松下固溶液Panasonic Solid
Solution”（PSS）等技术提⾼安全性，该技术在新的正极中采⽤“耐热层”（HRL）技术。
SKI⽬前的软包电池正极材料主要为NCM622为主，在2019年应该发展为NCM811混合体系，2020年发展为100%⽐例的NCM811体系，2021年以后预计Ni的含量将达90%。负极材料⽬前采⽤⽯墨，预计2021年后采⽤硅碳负极。CATL⽬前的正极材料主要为NCM 523，在2019年底有望量产NCM 811体系电池，正极材料除了往⾼镍⽅向发
展，CATL⼀直致⼒于⾼电压平台的正极材料研发，并有望在2020年后量产且改善电芯的能量密度；同时，在2020年左右CATL会采⽤硅碳负极材料以提升负极的理论能量密度从⽽提⾼电芯的能量密度；电解液通过优化配⽅并添加新型添加剂，使其耐⾼压性能、热稳定性能更好；隔膜主要采⽤涂覆湿法隔膜。