新能源汽车的动力电池总共发展了几代

从1834年第一辆电动汽车诞生，到2011年新能源汽车在国际各大车展中唱起主角，新能源汽车已经走过了将近180年的历程。经过近两个世纪的曲折发展，新能源汽车无论在种类、技术、市场占有率上都得到空前的突破，作为电动汽车的细分，混合动力汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车主导着新能源汽车的发展进程，受到了比其他类型汽车更多的重视。新能源汽车百年历程可以大体分为电动汽车诞生、电动汽车重获重视、混合动力等其它车型的发展、以及纯电动车市场化发展四个阶段。

经过 20 余年的发展，我国新能源汽车实现从科研、产业化到市场推广的“三级”转变。目前，我国新能源汽车累计产量已超 280 万辆，推广规模居于世界首位。车辆类型上，乘用车、商用车分别占总产量约 70.4%、29.6%；动力类型上，以纯电动为主，占总产量约 78.5%，插电式混合动力约 21.5%。区域分布上，主要集中在京津冀、长三角及珠三角 地区，广东、上海、北京、山东、浙江保有量位列全国前 5 位。

我国动力蓄电池累计配套量超过131GWh，产业规模位居世界第一。配套类型上，磷酸铁锂、三元电池分别占比约 54%、40%。纯电动乘用车、商用车中三元电池配套占比分别约 71%、17%，磷酸铁锂电池配套占比分别约 23%、78%；插电式混合动力汽车中三元、磷酸铁锂电池配套占比分别约 53%、33%。外形设计上，方形、圆柱形、软包占比约 78.7%、20.6%、0.7%。

随着动力蓄电池需求量的快速上升，原材料行业投资规模快速扩大。正极材料、负极材料、隔膜及电解液行业龙头企业在市场占有率和技术研发方面优势明显，行业集中度较高。2017 年，我国正极材料产量达 32.3 万吨，磷酸铁锂产 量为 6 万吨，负极材料产量达 14.6 万吨，隔膜销量 13.6 亿 平方米，电解液产量为 10.2 万吨。

动力蓄电池大量退役后，未经妥善的处置和进行价值最大化利用，将威胁公共安全，造成难以逆转的环境污染，并浪费宝贵的有价金属资源。

从安全层面来看，废旧动力蓄电池处置不当存在一定安全隐患。一是触电隐患。新能源汽车的动力蓄电池额定电压较高，人员在缺乏防护措施情况下接触易造成触电事故。二是燃爆隐患。电池在出现内部或外部短路情况下，正负极会产生大电流导致高热，引起正负极燃烧。三是腐蚀隐患。电解液为有机易挥发性液体，与空气中水分反应产生白色有腐蚀性和刺激性的氟化氢烟雾。

从环境层面来看，废旧动力蓄电池对生态环境和人身健康均有威胁。一是重金属污染。电池正极材料中含镍、钴等重金属，不经专业回收处理会造成重金属污染。二是电解液污染。电解液溶质LiPF6属有毒物质且易潮解，会造成氟污染，溶剂会造成水污染。

从资源层面来看，镍氢、锂离子动力蓄电池因正极材料不同，分别含有锂、镍、钴、锰及稀土等金属，动力蓄电池产业对于锂、镍、钴等资源需求旺盛。随着动力蓄电池累计配套量的不断增加，电池中这些资源如未有效回收利用，将直接造成资源的极大浪费。

1. 退役现状

从现有退役电池数量、种类及分布地区情况来看，相对比较集中。“十城千辆工程”推广期间生产的新能源汽车共计产生退役动力蓄电池（以下简称“退役电池”）约1.22GWh；退役电池主要集中在深圳、合肥、北京等新能源汽车推广力度较大的城市。

从企业回收情况来看，当前回收的动力蓄电池中，以研发生产过程中产生的废旧动力蓄电池为主，新能源汽车退役电池较少，主要来源于研发试验和生产制造产生的废旧动力蓄电池。

从综合利用经济性方面看，三元电池和磷酸铁锂电池互有优势。梯次利用方面，磷酸铁锂电池更适于梯次利用。再生利用方面，企业再生利用收益具有一定的不确定性，易受退役电池数量、原材料市场行情及企业管理水平等因素影响。

从用户移交退役电池情况来看，市场上存在电池生产企业、回收利用企业、租赁企业及保险公司等多主体回收处理退役电池的情况。例如，深圳市退役的大部分动力蓄电池交由电池生产企业回收存储，用于梯次利用研究；北京新能源公交车动力蓄电池主要采取租赁方式，退役后交由北京电力公司用于梯次利用储能产品研究或回收利用企业处理。

近年来，随着新能源汽车行业的迅速发展，我国动力电池行业也迎来了高速发展期。2020年，受新冠疫情持续、宏观经济下行、全球贸易壁垒加剧等因素影响，我国动力电池产销量均有所下降。

2021年，我国动力电池产销量恢复增长。从各类材料的动力电池产销量来看，三元电池是我国产销量最多的电池类型，但近年来磷酸铁锂电池产销量增速较快，使得磷酸铁锂电池产销量占比逐步扩大。

动力电池行业主要上市公司：目前国内动力电池行业的上市公司主要有宁德时代(300750)、比亚迪(002594)、孚能科技(688567)、亿纬锂能(300014)、国轩高科(002074)、澳洋顺昌(002245)、鹏辉能源(300438)、欣旺达(300207)等。

本文核心数据：动力电池产销量、各类动力电池产销量占比、磷酸铁锂电池产销量占比增速

1、动力电池产销量恢复增长

近年来，随着新能源汽车行业的迅速发展，我国动力电池行业也迎来了高速发展期。2020年，受新冠疫情持续、宏观经济下行、全球贸易壁垒加剧等因素影响，我国动力电池产销量均有所下降。

从产量看，据中国汽车动力电池产业创新联盟统计数据，2016-2019年，我国动力电池产量持续增长，2020年我国动力电池产量较2019年减少2%。2021年1-4月，我国动力电池产量恢复增长，累计产量为45.7GWh，同比增长252%。

2020年，我国动力电池销量也有所下降，较2019年减少13%。2021年1-3月，我国动力电池销量恢复增长，销量累计达23.9GWh，同比增长201%。

2、磷酸铁锂电池产销量占比逐步扩大

从各类材料的动力电池产量来看，三元电池是我国产量最多的电池类型，但三元电池占比在逐渐减小。2019-2021年4月，我国三元电池占比从64.6%降至53.6%而磷酸铁锂电池占比在逐渐增大，从32.4%增至46.3%。

从销量占比来看，2019-2021年3月，我国磷酸铁锂电池的销量占比在逐步扩大，从27.2%增至46.7%。

自2020年初，磷酸铁锂电池技术端解决了能量密度低的问题之后，磷酸铁锂电池凭借高性价比优势产销量快速增长。同时，由于有多个使用三元材料的新能源汽车自燃，所以市面上对三元材料的安全性产生怀疑，磷酸铁锂电池就又重新受到市场关注。

从产销量增速来看，磷酸铁锂电池产销量增速高于行业整体增速水平。2020年，全国动力电池产销量均有所下降，但磷酸铁锂电池产销量却有所增长2021年1-4月，磷酸铁锂电池产量达21.2GWh，同比累计增长381%2021年1-3月，我国磷酸铁锂电池累计销售11.1GWh，同比累计增长246%。

更多行业相关数据请参考前瞻产业研究院《中国动力锂电池行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》

中国新能源汽车产业始于21世纪初。2001年，新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题，并规划了以汽油车为起点，向氢动力车目标挺进的战略。“十一五”以来，我国提出“节能和新能源汽车”战略，政府高度关注新能源汽车的研发和产业化。2008年，新能源汽车在国内已呈全面出击之势。2008年成为我国“新 能源汽车元年”。2008年1-12月新能源汽车的销量增长主要是乘用车的增长，1-12月新能源乘用车销售899台，同比增长117%，而商用车的新能 源车共销售1536台，1-12月同比下滑17%。

第一阶段是以混合动力汽车为主，燃料电池车等新能源汽车为辅的发展方向，开拓新能源汽车市场；第二阶段是在纯电动汽车技术成熟的基础上，纯电动汽车逐步替代混合动力及燃料电池汽车以至于完全占据新能源汽车市场，实现零排放的阶段。据相关统计，截至2013年上半年，在一系列的政策支持下，我国新能源汽车产销比上年同期有较快增长。新能源汽车销售达到5889辆，比上年同期增长42.7%，其中纯电动汽车为5114辆，插电式混合动力达到775辆。“十二五”期间，国家将大幅提高纯电动汽车、插电式混合动力汽车累计产销量，初步形成与市场规模相适应的充电设施体系和新能源汽车商业运行模式。到2020年则实现纯电动汽车、插电式混合动力汽车累计产销量在2015年的基础上再上一个新台阶，实现规模化商业运营。

纯电动汽车(Blade Electric Vehicles，BEV)是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。纯电动汽车的可充电电池主要有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等，这些电池可以提供纯电动汽车动力。同时，纯电动汽车也通过电池来储存电能，驱动电机运转，让车辆正常行驶。

2.折叠混合动力汽车

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)，它的主要驱动系统由至少两个能同时运转的单个驱动系统组合 而成的汽车，混合动力汽车的行驶功率主要取决于混合动力汽车的车辆行驶状态:一种是由单个驱动系统单独提供第二种是通过多个驱动系统共同提供。

3.折叠燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车(Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV)，在催化剂的作用下，燃料电池电动车用氢气、甲醇、天然气、 汽油等作为反应物与空气中的氧在电池中燃烧，进而电能为汽车提供动力源。本质上来说，燃料电池电动车也属于电动汽车之一，在很多性能和设计方面和电动汽车都有很多相似之处，将其分为两类是由于燃料电池电动车是将氢、甲醇、 天然气、汽油等通过化学反应能转化成电能，而纯电动车是靠充电补充电能。

2011年(辛卯年)11月28日，中国泰州新能源高层论坛吸引了全国各地200多位嘉宾参加。中策资本集团董事局主席黄友权怀揣着《钒电池在新能源产业的应用》报告在台上做了精彩的演讲。依据规划，该项目占地1800亩，一期工程将在2012年投产，届时可形成25亿元的销售额，2013年全部投产后，有望形成100亿元的产业规模，届时中策资本集团旗下的洋泰能源(泰州)有限公司将成为全球最大的钒电池生产商。所生产的钒电池将从泰州集成后走向全球。

近日全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统应用示范工程通过了辽宁电力(行情 专区)勘测设计院的验收，目前已经全面投入运行。业内人士指出，在上述示范项目的良好带头作用下，如果今后全钒液流电池在核心技术研发、稳定性、成本控制等诸多方面取得更大的突破，则将有望成为储能行业的“黑马”；再加上我国新能源产业也将步入“钒电池时代”，预计钒矿相关个股如明星电力(行情 股吧 买卖点)、国星光电(行情 股吧 买卖点)、天兴仪表(行情 股吧 买卖点)及海亮股份(行情 股吧 买卖点)将获得资金的青睐。 近年来，风力发电在中国发展得十分迅猛。截至2012年底，风电累计装机容量达到7532.4万千瓦；但是，由于风能等可再生能源具有不连续、不稳定的非稳态特性，大规模并网后对电网调峰、调频及电能质量均会带来不利影响。因此，随着风电装机容量占电网电力比例的提高，弃风限电现象也频频出现。

有专家指出，如何提高电网对于可再生能源的接纳能力，减少弃风并提高可再生能源利用效率成为今后我国需要解决的重大问题。

据相关媒体报道，与其他储能技术相比，全钒液流电池储能技术因其使用寿命长、规模大、安全可靠等突出的优势，成为规模储能的首选技术之一。2012年，美国制定的储能技术发展规划已经将全钒液流电池列在首位。据悉，大规模储能电池有三个基本要求：高安全性、生命周期性价比高及生命周期环境友好。

作为当前储能的首选技术之一，全钒液流电池储能系统安全性高，在常温常压下运行时，电池系统产生的热量能够通过电解质溶液有效排出，再通过热交换排至系统之外；而且电解质溶液为不燃烧、不爆炸的水溶液，系统运行安全性高。

正因为全钒液流电池储能系统拥有诸多优势，有业内分析人士表示，全钒液流电池技术未来在储能行业具备无可估量的发展潜力，甚至有可能将改变未来的能源格局。

而此次通过验收的全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统，其背后是大连化物所与大连融科储能技术发展有限公司长达13年的自主创新研发与合作。分析人士表示，示范项目的成功运行标志着我国全钒液流电池技术达到了国际领先水平，这为可再生能源的普及应用提供了有效的技术支撑，具有重要的社会效益并将产生重大的经济效益。

中国万亿储能市场将启动

按照我国《新能源汽车(行情 专区)产业发展规划》和近年来电池行业数据的测算，钒电池所应用的风电储能设备和城市调峰储能设备市场规模将在11000亿元左右，为国家经济发展的大趋势又给钒电池产业带来了历史性机遇。

未来，钒电池将引导世界纯电动汽车的电池潮流。日前，钒电池已经列入国家“863计划”备选项目，中德“波恩项目”新能源汽车项目已于2011年4月份在海南岛奠基，投资上百亿，而钒电池就属于重点之一。

目前关于钒电池，政府层面与产业界以及学术界都有共识，均认为钒电池在中国具备发展前景。首先，中国钒矿资源丰富，拥有核心技术，通过跨国整合，目前中国公司已掌握了世界的钒电池关键技术，钒电池的特点也适合中国电网的需求，如寿命长、可重复放电、可靠性高，完全能满足中国建设智能电网的需求。

据了解，在日本用于电站调峰和风力储能的钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入使用，并全力推进其商业化进程。但在我国，钒电池产业还处于起步阶段。针对国内在钒电池领域的萌芽状况，中策资本集团凭借在矿产能源领域的广泛投资，目前在徐州、南阳等地建立了钒电池原材料(行情 专区)生产基地，并在国内最大的风力发电基地甘肃玉门建立了风、光、电储一体化的国家级示范基地。此外，该集团通过股权纽带引进了日本、韩国钒电池新技术，再进行吸收、消化和创新，组建了中日韩工程技术联合研发中心，并在全球多个国家申请了专利。

据相关资料显示，我国钒储量占全球钒储量的35%，居全球第一位；我国钒产量占到全球产量的48%，2010年我国钒产量达到6.15万吨，优越的资源禀赋为我国发展钒电池产业创造了得天独厚的条件。

业内人士表示，钒电池是一种基于金属钒元素的氧化还原电池储能系统，非常适用于大型静态储能，未来将被广泛应用于太阳能、风能发电储能设备、电站储能调峰以及电动汽车等领域，或成为未来电池发展的重要方向。而为了减少风电、光伏发电对电网的冲击，每台发电装置需配备一款功率相当于其功率10%-50%，且储能需求高于风电装机容量的20%以上的储能蓄电池。有券商分析师估算，2020年中国的钒电池市场规模将达到1.6万亿元，其中风电的产值将是主要部分。

涉钒概念股引关注

在全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统应用示范工程这一示范项目的良好带头作用下，未来钒电池有望成为储能行业的“黑马”；再加上我国新能源产业也将步入“钒电池时代”，预计钒矿相关个股如明星电力、国星光电、天兴仪表及海亮股份将获得资金的青睐。

明星电力(600101)：有分析人士指出，钒具有“现代工业的味精”之称。公司持有四川奥深达资源投资开发公司100%的股权，奥深达公司在矿产勘探、开发等方面开展了大量的工作，公司已获得四川甘孜和平武、陕西山阳、西藏江达、新疆且末等地的铁、锰、钒、银、铜、铅、锌等各类矿权共7宗。其中，奥深达的核心资产为持股比例75%的陕西山阳县杨洼钒矿项目(已经获得采矿权).

国星光电(002449)：2013年1月，公司股东大会同意调整钒业项目的投资实施主体，将以龙宇钒业为主体继续实施该项目。而龙宇钒业自2005年底依赖拥有河南省淅川县打磨沟的钒矿采矿权，并已取得国土资源部门颁发的采矿许可证，该矿区矿石中主要有益元素是五氧化二钒。

天兴仪表(000710)：2008年6月，公司完成收购鑫地隆矿业公司70%的股权，目前该公司已取得了耀岭河钒矿的采矿许可证，有效期限为3年，自2010年12月28日至2013年12月28日。该项目勘查面积为6.46平方公里，目前鑫地隆所拥有的耀岭河钒矿内蕴矿石储量2382万吨，该项目工程建设(行情 专区)需投入资金6000万元左右，公司尚需筹措资金才能进行投资建设。

海亮股份(002203)：公司持有恒昊矿业股份5000万股的股权，占恒昊矿业增发后总股本的12.89%。据悉，恒昊矿业拥有四座镍矿山、一座钒矿山、两座锰矿山和两座铜钼矿山，钒金属储量达42.03万吨。 一、电堆作为发生反应的场所与存放电解液的储罐分开，从根本上克服了传统电池的自放电现象。功率只取决于电堆大小，容量只取决于电解液储量和浓度，设计非常灵活；当功率一定时，要增加储能容量，只需要增大电解液储罐容积或提高电解液体积或浓度即可，而不需改变电堆大小；可通过更换或添加充电状态的电解液实现“瞬间充电”的目的。可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站，适应性很强。

二、充、放电性能好，可以进行大功率的充电和放电，也可以允许浮充和深度放电。对铅酸蓄电池来说，放电电流越大，电池的寿命越短；放电深度越深，电池的寿命也越短。而钒电池放电深度即使达到100%，也不会对电池造成影响。而且钒电池不易发生短路， 这就避免了因短路而引起的爆炸等安全问题。

三、可充放电次数极大，理论上寿命是无数次。充放电时间比为1：1，而铅酸电池是4：1。而且钒电池充、放切换响应速度快，小于20毫秒，非常有利于均衡供电。

四、能量效率高，直流对直流能量效率可以达到80%以上，而铅酸电池只有60%左右。钒电池组中的各个单位电池状态基本一致，维护简单方便。

五、选址自由度大，占地少，系统可全自动封闭运行，不会产生酸雾，没有酸腐蚀。电解液可反复利用，无排放，维护简单，操作成本低。是一种绿色环保储能技术。因此对于可再生能源发电，钒电池是铅酸电池理想的替代品。 与其它化学电源相比，钒电池具有明显的优越性，主要优点如下：

1.功率大：通过增加单片电池的数量和电极面积，即可增加钒电池的功率，美国商业化示范运行的钒电池的功率已达6兆瓦。

2.容量大：通过任意增加电解液的体积，即可任意增加钒电池的电量，可达吉瓦时以上；通过提高电解液的浓度，即可成倍增加钒电池的电量。

3.效率高：由于钒电池的电极催化活性高，且正、负极活性物质分别存储在正、负极电解液储槽中，避免了正、负极活性物质的自放电消耗，钒电池的充放电能量转换效率高达75%以上，远高于铅酸电池的45%。

4.寿命长：由于钒电池的正、负极活性物质只分别存在于正、负极电解液中，充放电时无其它电池常有的物相变化，可深度放电而不损伤电池，电池使用寿命长。加拿大VRBPowerSystems商业化示范运行时间最长的钒电池模块已正常运行超过9年，充放循环寿命超过18000次，远远高于固定型铅酸电池的1000次。

5.响应速度快：钒电池堆里充满电解液可在瞬间启动，在运行过程中充放电状态切换只需要0.02秒，响应速度1毫秒。

6.可瞬间充电：通过更换电解液可实现钒电池瞬间充电。

7.安全性高：钒电池无潜在的爆炸或着火危险，即使将正、负极电解液混合也无危险，只是电解液温度略有升高。

8.成本低：除离子膜外，钒电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，材料来源丰富，易回收，不需要贵金属作电极催化剂，成本低。

9.钒电池选址自由度大，可全自动封闭运行，无污染。 钒电池存在的技术问题主要有两个，第一，钒电池正极液中的五价钒在静置或温度高于45摄氏度的情况下易析出五氧化二钒沉淀，析出的沉淀堵塞流道，包覆碳毡纤维，恶化电堆性能，直至电堆报废，而电堆在长时间运行过程中电解液温度很容易超过45摄氏度。第二，石墨极板要被正极液刻蚀，如果用户操作得当，石墨板能使用两年，如果用户操作不当，一次充电就能让石墨板完全刻蚀，电堆只能报废。在正常使用情况下，每隔两个月就要由专业人士进行一次维护，这种高频次的维护费钱、费力。

另外，钒电池成本过高。以一个五千瓦电池为例，电解液（一立方，1.8mol/L）17万、控制系统10万、隔膜7万、板框4万、石墨板1.5万、泵0.7万、碳毡0.4万，总共40.6万，这只是主要材料成本，没计入次要材料成本和人力成本。因此，一个五千瓦钒电池的成本在四十万以上，高出相同规格铅酸电池的成本数倍。

从环保的角度来说，钒电池压根就不环保，配制电解液用到的原料、正极沉淀以及泄漏的正极液经风干后形成的薄层都有一样相同东西，那就是五氧化二钒，它是一种剧毒化学品。

因此，钒电池还有很多问题需要解决，让人无法乐观的是，钒电池在国内被研究十多年来还没有哪家科研机构取得了突破。 钒电池（VRB）是一种新型清洁能源存储装置，经过美国、日本、澳大利亚等国家的应用验证，与市场中的铅酸蓄电池、镍氢电池相比，具有大功率、长寿命、支持频繁大电流充放电、绿色无污染等明显技术优势，主要应用于再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统、海岛应用等领域。

早在60年代，就有铁—铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车用而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入实用，并全力推进其商业化进程。 前期工作：我单位从1995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W的钒电池样机，在钒电池的关键技术上有所突破，填补了国内空白。成功开发了四价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、中型电池组装配和调试等技术。1998年，500w的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已研制出800W的产品样机。