成本和安全性占优的磷酸铁锂真的就是动力锂电池的未来吗？
作者 / 罗京编辑 / 封成
来源 / 鹿鸣财经
近日，据媒体报道，苹果公司正与宁德时代(300750,股吧)、比亚迪就苹果电动汽车项目供应电池进行谈判，在电池类型上，苹果倾向于采用磷酸铁锂电池。虽然该谈判尚在早期阶段，目前不确定最终是否会达成协议，但对于磷酸铁锂电池的优点显然苹果也很看重。
美国已通过《美国清洁能源法案》，提出新能源车补贴变更细则，其中取消了一车企新能车销量累计20万辆后补贴退坡的限制，更改为直到美国新能车渗透率达到50%后，退税补贴才会在三年内逐步取消，补贴政策超市场预期。
要知道，美国2020年新能源电动车的渗透率只有2.2%，显著低于欧洲14.9%、中国9.8%，而随着政策落地，补贴退坡大幅延期，新能源车企显著受益，将带动全球新一轮增长，相关板块行情全面启动。
动力电池作为电动车的心脏，占整车总成本近40%，其中正极材料又占到整个动力电池的3-4成。
当下主流电动车正极材料无非两种，三元材料和磷酸铁锂。两者各有所长，三元能量密度高，续航里程长，多用于乘用车；磷酸铁锂安全性好、使用寿命长，用于商用车（包括客车和专用车）。
乘用车体积小，与之配套的电池也不能太大，不然会压缩车身内部空间，同时又想续航能力好，所以需要“小身材、大容量”的电池，这点三元电池能满足；
商用车体积大，比如公交车、卡车、货车等，能承载更多锂电池，且磷酸铁锂电池成本低、耐用，更符合B端客户追求经济实惠的需求。
然而截至2020年9月，磷酸铁锂电池在客车和纯电专用车的渗透率分别达99%和91%，市场空间几乎饱和，一个月后，磷酸铁锂单吨价格跌至历史新低，3.2万元/每吨。
可没想到，原本以为会一路走低的磷酸铁锂，就在那时开启触底反弹，截至今年5月，单纯价格已反弹至5.1万元，走出个V型反转趋势，底部至今涨幅达47.1%。
这次，磷酸铁锂卷土重来的背后发生了什么？这次与以往有何不同？未来还会出现反转吗？
01 万亿增量的新战场
在新能源商用车领域制霸天下的磷酸铁锂电池，凭借着电池包结构件创新、成本低廉、安全性优异等因素，重新杀回乘用车市场，借助爆款车型，逐步实现装机量上涨。
自去年10月起，磷酸铁锂电池装车量和三元电池装车量的总量差距就不断缩小，2020年12月曾一度反超。
从铁锂和三元的装车量占比看，两者已经不相上下，2021年3月，两类电池的装车量分别达到3.89GWh和5.09GWh，占比分别为43%和57%，两者的剪刀口缩窄至14%。
以磷酸铁锂作为正极材料的动力电池能卷土重来，离不开部分爆款热销车型拉动需求提升。
目前新能源车的渗透率在不同级别乘用车市场表现不一，在A0/A/B/C级新能源车的渗透率只有3.7%/3.3%/8.2%/4.5%，但在A00级领域，新能源车的渗透率高达96.9%，远远高于均值5.9%。
A00级乘用车是指轴距在2米至2.2米之间，续航在0~400km间，一般可坐2-4人，代表车型为五菱宏光mini EV、欧拉黑猫等，市场对这部分车定位为代步车，其销售对象也以上班白领为主。
在《2020年全国主要城市通勤检测报告》中，北上广的上班族日常通勤距离分别约为11km、9km、8.5km，一线城市的日常通勤距离都超过5km， 此外还有一些买菜、接送小孩等使用场景，中短途代步出行需求庞大。
在2020年A00级新能源车销量排行榜上，五菱宏光MINI EV以全年11.9万辆稳居销量第一，拿下37.4%的市场份额。不仅如此，这款车在上市不到3个月，就成为所有新能源汽车中的销量冠军，且长达8个月蝉联榜首，截至至今年4月底，五菱宏光mini EV的销量已破20万。
就算是简单的代步车，五菱宏光也有三个版本，应对不同的续航需求，包括120km/h和170km/h，皆采用磷酸铁锂电池，售价在2.88~3.76万元。
今年1月，A00级别EV车销量排名第二的欧拉黑猫推出萌宠版，改三元电池为磷酸铁锂电池，将省出的电池成本花在内饰以及其他器件上，更好服务用户体验。
除了A00级别的电动车，其他级别的乘用车也纷纷推出铁锂版配置。3月初，小鹏汽车宣布推出小鹏P7后驱标准续航车型，采用磷酸铁锂电池，G3也新增460c悦享版，装了磷酸铁锂电池；另一造车新势力蔚来也在4月底推出磷酸铁锂电池包。
有观点认为，自今年以来，受通胀因素影响，大宗原材料不断上涨，侵蚀到下游的车企利润空间，因此车企相继把目光投向低成本的磷酸铁锂电池。
然而磷酸铁锂电池再度得到新能源车企的青睐，并不是缓兵之计，而是针对不同消费需求的战略定位。
如果把人们用车的需求和EV车的续航里程结合一起，分为几大档次，0~200km的主要满足基本乡村代步需求；201~400km满足城市代步；401~600km满足运营车以及跨城出行需求；600~800km可长途出行；800km以上则可实现里程完全无忧。
针对不同的需求，车企将对同一车型配置不同需求的电池，比如400km以下的则可以用磷酸铁锂电池；400~600km的则采用磷酸铁锂+CTP电池包或三元NCM523；600~800km的用NCM523+CTP电池包或NCM811；800以上就配置NCM811或NCA。
以B级车特斯拉Model3为例，分为标准续航和长续航，前者的里程在450~468km/h，后者为668km/h；在国内标准续航版又分为磷酸铁锂和三元两种，搭载了宁德时代CTP磷酸铁锂电池包的Model3续航能力比三元还优秀一些。
这跟当下智能手机拥有低配、标配、高配三种规格如出一辙，基本性能如内存和存储容量的不同，可满足消费者多元需求。
铁锂版车型有助于EV车企们以更优惠的售价，捕获中低端价格的消费客群，这部分客群也是整个汽车市场消费主力。据乘联会数据，我国汽车消费价格在8-25万的人数高达7成，其中8-12万价位占比最大，约30%。
按不同级别的续航里程来灵活配置电池路线是大势所趋，并非因大宗原料上涨而暂时性推出铁锂版汽车。早在去年8月中国汽车论坛上，大众就明确未来将采用磷酸铁锂电池；梅赛德斯-奔驰则在10月的战略发布会上，提出中低续航版本采用磷酸铁锂电池的想法。
除了汽车，磷酸铁锂电池还会替代铅酸电池，在两轮电动车等领域发力。
尽管磷酸铁锂电池价格是铅酸的2倍，但在能量密度和循环寿命表现上，都高出后者4倍，单次循环使用成本远低于铅酸。
2019年，中国铅蓄电池产量达202.5GWh，占全球40%市场份额，其中两轮电动车的电池占比达33%，市场规模达396亿。
在交通之外领域，磷酸铁锂电池还将迎来万亿级别的储能市场需求。
在2030年前碳达峰、2060年碳中和的大背景下，提高风电、光伏等非化石能源消费占比需要大大提升。而光伏、风电等新能源因易受天气影响，需要用储能电池来提升消纳能力。
从成本、循环寿命、环保无毒等因素看，磷酸铁锂电池都胜过三元和铅酸电池，未来将成为储能电池的主力。
目前，国内市场使用的储能电池几乎全部为磷酸铁锂电池。根据GGII，2020年中国储能电池出货量为16Gwh，同比增长68.4% ，预计到 2025 年中国储能锂电池出货量将达到 68GWh，是 2020 年的 4.2 倍，年复合增速超过 33%。
5月初，CATL公告称，与ATL签署合资合同，CATL持股70%，ATL持股30%，拟共同出资140亿设立新电池公司，从事于家用储能、电动两轮车等中型电池的研发、生产、销售。
两大巨头强强联手，携手看好未来储能电池市场需求。据川财证券估算，到 2025 年，来自全球 5G 基站、新能源汽车以及可再生能源并网为磷酸铁锂提供的空间将超1万亿，国内市场空间也将达到 6000 亿元，磷酸铁锂电池翻身仗号角已响起。
02 磷酸铁锂的底气
磷酸铁锂回春，实质上归功于电池包结构件的创新，如比亚迪的刀片电池和宁德时代的CTP(Cell to Pack)。
对消费者和车企来说，续航里程几乎是衡量性能好坏的第一指标，而通过结构件创新，磷酸铁锂电池包的续航能力得到显著提升。
磷酸铁锂电池的优势在于安全性高、循环使用寿命长，但缺点也很明显，特别是能量密度不足和低温性能表现不佳。相较于三元材料5系和8系能达到210和260Wh/kg，单体磷酸铁锂的只有150Wh/kg，在低温环境下，电池的放电容量衰减特别厉害，在-20℃环境下，磷酸铁锂的有效续航里程会折损近半。
由于单体磷酸铁锂目前能达到的能量密度（150Wh/kg）与已接近理论极限（理论能量密度175Wh/kg），提升空间非常小，因此针对续航不足问题，主流的解决方案就是电池包创新，还有些辅助措施包括多建几个充电桩，发挥快充性能（比如15分钟充电80%），综合优化用户充电体验。
比亚迪的刀片电池和宁德时代的CTP有异曲同工之妙，都属于电池包创新，减少了结构件模组，提升整个电池包体积能量密度来提升续航里程。
刀片电池的核心是在电芯层面通过多软包小电芯的内串联实现长条型类电芯、并密集组合为PACK，减少结构件，看起来又长又扁，因此形象地命名为“刀片电池”。
比亚迪“汉”就搭载了这款电池，跟同一体积的电池包相比，能量密度提升50%，成本下降30%，可实现605km的续航里程，并不逊于主流三元电池。
宁德时代的CTP同样减少模组，降低结构件耗材，CTP电池包体积利用率提高了20%，零部件数量减少40%，能量密度超过180Wh/kg，可与NCM333比肩，续航里程达468km。
由于磷酸铁锂作为正极材料的导电性较差，低温环境下容易产生极化，从而降低电池容量，此外电池内的负极石墨也会受到低温影响，嵌锂速度降低，表面析出金属锂，充电后马上就用则不够安全；还有电解液在低温下会增加黏度，锂离子迁移阻抗也会随着增大；还有粘接剂问题……
种种问题交织，导致冬天零下温度时，磷酸铁锂电池容量衰减特别严重，在低温环境-10℃环境下，电池容量会衰减20~30%，-20℃则衰减近50%，汽车实际续航里程直接减半。
因此每逢冬季，磷酸铁锂电动车开不动的新闻满天飞，更别说在冬天享受车内暖气了。
目前，下游整车厂商和锂电厂商在这方面都提出相应解决方案，前者围绕BMS（电池管理系统）做文章，通过热管理技术，回收余热、给电池加热等手段将电芯温度稳定控制在合理区间。
锂电厂商主要从电池化学体系入手，以鹏辉能源(300438,股吧)为例，其通过多方面的尝试和探索，已经可以实现-20℃之下放电保持率 91%，性能实现大幅突破。
03 三元向左，铁锂往右
自去年10月以来，磷酸铁锂行业景气度回升，磷酸铁锂的单吨价格已从历史低位3.2万元/吨，反弹至5.1万元/每吨，底部至今涨幅达47.1%。
其中，不仅有需求侧的拉动，也有供给侧的向好。目前铁锂行业竞争格局明晰，德方纳米(300769,股吧)、国轩高科(002074,股吧)、贝特瑞市占率分别为22%、14%、11%，稳定占据半壁江山。
在经历了“需求增长导致大规模扩产—产能过剩—量价齐跌—尾部产能出清”等一系列阶段，磷酸铁锂CR3已由2014年的6%大幅提升至2020年的51%，CR5也达到89%。
相比之下，三元材料的竞争格局就更为分散，CR3 和 CR5 分别为 35%、52%， 容百、巴莫、长远锂科等前几名公司市占率差距不大。
目前，铁锂头部三大企业包揽整个行业50%产能，其中德方纳米和贝特瑞维持高产能利用率，分别达到95%和89%，而尾部企业只有10-20%水平。
产能利用率与企业的单位制造费用直接挂钩，利用率越高，单位制造费用和人工费用也越低。
通过拆解德方纳米的磷酸铁锂正极产品成本构成，其中锂、铁、碳、磷等原材料占总成本约7成，制造费用占2成，人工费约1成，换言之，如果产能利用率提升50%，则企业毛利率则有10~20%空间。
此外，行业的扩产计划集中在头部公司，据中金公司测算，行业未来3年内将有16万吨产能释放，而其中11.5万吨的扩产来自头部德方纳米、贝特瑞和安达科技（比亚迪子公司），三家累计占据未来总增量的71.8%。
由于头部正极材料企业往往与下游动力电池大厂深度绑定，产有所供，能维持较高的产能利用率，而尾部企业销量少、难盈利，整个行业马太效应进一步凸显。
值得注意的是，从短期看磷酸铁锂行业回暖并不意味着会一直延续高景气，从更长远角度看，磷酸铁锂电池已经面临技术瓶颈，并且未来三元电池降本会赶超铁锂。
对车企以及电池厂商而言，降本并不是单纯的数字价格下降，其背后代表着是电池能量密度提升带来的单位Wh原材料消耗下降。
上文已述，单体磷酸铁锂能量密度已经接近理论极限，换言之磷酸铁锂降本只能靠原材料单价以及规模效应下降。
而未来三元材料通过持续改进材料配比，降低钴元素占比，同时不断提升能量密度，从而让每单位Wh的成本下降。
德邦证券预测，到2025年，磷酸铁锂和三元电芯的销售价格差距将从20%缩窄至5%，有望实现三元平价。
因此对动力电池厂商来说，一面抓三元高镍化，一面继续推磷酸铁锂是两条并行不悖的路径，和车企一起，从消费者不同需求层次来考虑电池和车型的适配。
参考文献：
德邦证券《三元正极系列之一：高镍趋势下的行业集中度提升》
华安证券《从供需探讨磷酸铁锂变化发展——新能源锂电池系列报告之三》
中金公司《铁锂正极：景气周期开启，供给格局清晰》
中金公司《从需求看高镍锂电中长期发展的必要性》
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（董云龙 ）
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