大摩财经|特斯拉、宁德时代与比亚迪们的终极战场电池技术决定新能

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电池技术决定新能源革命
撰文|愚老头
来源｜锦缎
电池对于手机，属于有他没他都能过年的那种。但对于电动车和光伏，却是致命的约束，根本绕不过去的那一种。可以说，对电池的焦虑，落后的电池技术对各种前沿应用的制约，是新能源革命最大的障碍。
电池技术进步到什么程度，新能源革命就推进到哪一步，一通百通，是未来新能源革命的第一推动力。
为什么一定是固态电池？
电动车要实现对燃油车的取代，从根本上要实现两个突破，第一个是摆脱对补贴的依赖，第二个是从经济性上追平燃油车。
中国对新能源汽车的补贴预计在最近两年就会退出，目前看上半场战役已经结束，在特斯拉(NASDAQ:TSLA)的带领下，各大厂商基本做好了断奶的准备。
下半场核心的经济性问题就浮出水面，那就是制约电动车吊打燃油车的里程焦虑。而这个问题，归根结底出在电池上。
我们以当前市场主流的两款电动车为例，看看问题出在哪。

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这是两款今年上市的新车，一款是国内的电动车龙头，比亚迪的汉EV ，另一款是世界电动车龙头，特斯拉的model3 。
首先给大家普及几个大体的概念。我们知道，一般家用的乘用车，通常油箱容量在55L左右，按照百公里8L的耗油量，大概可以跑600公里出头。电动车厂商为了实现对燃油车的无缝替代，基础目标也是充一次电，跑600公里。
为了实现这个600公里的续航里程，电动车厂商就必须在电池上下功夫。
理论上你可以堆足够多的电池来实现这个目标，但我们知道，电池本身也有重量，而且还不轻，所以厂商就必须要在长里程、车重以及电池效率之间找一个平衡。这个平衡点，就是我们说的电池成组效率。

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这是一个典型的动力电池系统的构成图。可以发现，电池片模块（也就是我们常说的电芯）只占其中的一部分，除此之外，还有各种杂七杂八的配件，比如冷却系统、绝缘层、接线盒、连接端子等等。
电池系统容量的核心是电芯，电芯的能量密度由wh/kg来衡量，就是每公斤的电芯，能够产生多大功率的能量， kwh是我们日常说的度电，那么单体电芯能量密度170wh/kg代表的意义就是，每公斤的电芯，可以产生0.17度的能量。
我们用电池系统能量密度来衡量一辆电动车实际的能源效率。电池系统除了电芯之外，内部包含的这些电池管理系统，热管理系统，高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间，所以电池系统的能量密度都比单体电芯能量密度低。
电池系统能量密度与单体电芯能量密度的比值就是电池成组效率，是衡量一个电池系统效率的核心指标。
比如我们上面的这两款车：
比亚迪的汉EV ，电芯能量密度是170wh/kg ，组成电池组之后电池的系统能量密度就降到了140wh/kg ，成组效率为82.53%；特斯拉最新的model3长续航版，电芯采用松下的21700电池，电芯能量密度比比亚迪汉EV采用的磷酸铁锂刀片电池近乎高一倍。
但特斯拉选择的这种三元锂电池，相对比亚迪的刀片电池，更容易发热，需要更多的散热设备，电池管理系统也更复杂，因此组合起来的电池系统能量密度快速降到161wh/kg ，成组效率只有53.67% 。
这两款车型，代表了当前电动车的主流配置，主要指标很接近。
他们的续航里程都在600公里以上，总功率大约在77kwh ，也就是77度电，电池系统都很重，比亚迪汉EV549kg ，半吨多，特斯拉model3长续航版477kg ，基本占到全车重量的四分之一。无论从节能还是从挖潜的角度出发，电池技术都必须要有大的革新。
那么动力电池技术需要做到多大的改进，才能真正踏上替代燃油车的门槛呢？
目前市场公认的答案是，现有电动车的电池系统能量密度翻一倍半，从普遍的160wh/kg ，到400wh/kg ，才是电动车彻底取代燃油车的开始。这个指标意味着600km的续航， 80度电，总重大约200kg 。现在这个重量大约是450-550kg之间。
400wh/kg ，是一个非常刚性的指标。一个产品最终推广开来必须要做到适者生存，核心就是成本，讲再多的理想和未来，也比不过现实的便宜真香，电动车如果迈不过性价比经济性这条线，就永远只能是个小众的玩具。
如果奔着400wh/kg这个指标去，你就会发现，现在的动力电池市场，还远远谈不上竞争格局已经清晰，大家基本都在同一个起跑线上。

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上图是我们从光大的报告《固态电池：抢占下一代锂电技术制高点》中截取的图，勾勒了现在的电池技术发展路径。分页标题
不管你是哪种方案，理论的最高能量密度就是天堑，天资如此，你再努力也没用。
我们当下主流的电池，无论是磷酸铁锂电池，还是三元锂离子电池，都是液态电解液的锂离子电池，理论的最高能量密度就是350wh/kg ，如果再加上各种电池管理系统，能够做到全系统300wh/kg ，基本上就是极限。
这就好比你把弓箭做到了极致，最后面对火枪还是被秒杀，无他，这是代际的碾压。
故而，最终要解决电池的能量密度问题，消灭里程焦虑，最后的方案一定是固态电池。
固态电池，大家都还在研发的路上。那么我们能实现这个指标么？
能。恩格斯说过， “社会一旦有技术上的需要，则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进” 。需求是最好的动力。电动车相比燃油车，有更大的空间和潜力。
我们看电池领域，过去10年发生了什么。

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根据BloombergNEF的数据，在过去的10年里，电芯的能量密度基本提高了两倍。这也说明了，在强大的需求推动下，产业界的进步有多快。
数月前，特斯拉将model3的入门版从29.18万元一下降到了24.99万元，降了4万还多。我们看好电动车取代燃油车的过程，但是这款入门车型采用的是宁德时代的磷酸铁锂电池，电池系统能量密度不会比比亚迪的刀片电池好多少，也就是140-160wh/kg左右。
【大摩财经|特斯拉、宁德时代与比亚迪们的终极战场】相对于原来降价前产品的三元锂电池配置， model3的电池安全性略有提升，但系统能量密度还有所下降，对现有的这些电动车厂商比亚迪、小鹏等等有冲击，也会下探到传统的B级车帕萨特、雅阁、凯美瑞的市场，对他们产生一定的压制左右。
但总体来说，如果电池系统的能量密度没有大的提升，不能突破400wh/kg这个门槛，还都属于战术性的改进，格局上不会有太大的变化。
光伏的第二约束
我们知道，光伏这个行业遵循摩尔定律，每年的发电成本都会成比例下降。 2020年已经实现了平价上网，也就是价格跟煤电打平，后续发电成本还会继续下降，最后极限就是能源价格接近为零。
用“傻瓜扯扯淡”的说法，光伏要想实现对传统能源的平推，要突破两个限制：一个是摆脱补贴约束，这一个伴随着平价上网，已经基本实现，第二个是摆脱并网约束，这个是将来要实现的。
光伏作为一种新的能源形式，优点肉眼可见，节能环保资源可再生，取之不竭用之不尽，所以一开始各个国家都给了大量的补贴，但这种补贴不是长远之计。
羊毛出在羊身上，新能源的成本还是需要全社会来承担，如果不能摆脱这种补贴的约束，光伏只能作为一种时尚，偶尔出现在政绩报告上，作为一种点缀。
要想摆脱补贴，光伏的价格必须下降到足以与传统能源竞争。随着中国制造在光伏技术上的快速迭代，成本下降很快，终于到2020年，成本已经接近煤电，可以甩掉补贴直接上网了。第一个约束就这么解决了。
但是如果第二个约束，也就是并网约束不能突破，光伏的推广还是要被限制在一定范围内。为什么呢？这是由光伏发电的特点决定的。

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上面这张图就是著名的鸭子曲线，图上标出了美国加利福尼亚州每年3月31日这一天的用电净负荷。加利福利亚我们知道，阳光明媚，风景秀丽，光照时间长，特别适合光伏发电，加上又是硅谷所在地，对新能源的接受程度高，光伏发电的占比接近30% 。