特斯拉(TSLA.US)、寧德時代與比亞迪股份(01211)們的終極戰(zhàn)場：固態(tài)電池

本文來自微信號“錦緞”。

電池對于手機，屬于有他沒他都能過年的那種。但對于電動車和光伏，卻是致命的約束，根本繞不過去的那一種。可以說，對電池的焦慮，落后的電池技術對各種前沿應用的制約，是新能源革命最大的障礙。

電池技術進步到什么程度，新能源革命就推進到哪一步，一通百通，是未來新能源革命的第一推動力。

1、為什么一定是固態(tài)電池?

電動車要實現對燃油車的取代，從根本上要實現兩個突破，第一個是擺脫對補貼的依賴，第二個是從經濟性上追平燃油車。

中國對新能源汽車的補貼預計在最近兩年就會退出，目前看上半場戰(zhàn)役已經結束，在特斯拉(TSLA.US)的帶領下，各大廠商基本做好了斷奶的準備。

下半場核心的經濟性問題就浮出水面，那就是制約電動車吊打燃油車的里程焦慮。而這個問題，歸根結底出在電池上。

我們以當前市場主流的兩款電動車為例，看看問題出在哪。

這是兩款今年上市的新車，一款是國內的電動車龍頭，比亞迪股份(01211)的漢EV，另一款是世界電動車龍頭，特斯拉的model 3。

首先給大家普及幾個大體的概念。我們知道，一般家用的乘用車，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公里出頭。電動車廠商為了實現對燃油車的無縫替代，基礎目標也是充一次電，跑600公里。

為了實現這個600公里的續(xù)航里程，電動車廠商就必須在電池上下功夫。

理論上你可以堆足夠多的電池來實現這個目標，但我們知道，電池本身也有重量，而且還不輕，所以廠商就必須要在長里程、車重以及電池效率之間找一個平衡。這個平衡點，就是我們說的電池成組效率。

這是一個典型的動力電池系統(tǒng)的構成圖?？梢园l(fā)現，電池片模塊(也就是我們常說的電芯)只占其中的一部分，除此之外，還有各種雜七雜八的配件，比如冷卻系統(tǒng)、絕緣層、接線盒、連接端子等等。

電池系統(tǒng)容量的核心是電芯，電芯的能量密度由wh/kg來衡量，就是每公斤的電芯，能夠產生多大功率的能量，kwh是我們日常說的度電，那么單體電芯能量密度170wh/kg代表的意義就是，每公斤的電芯，可以產生0.17度的能量。

我們用電池系統(tǒng)能量密度來衡量一輛電動車實際的能源效率。電池系統(tǒng)除了電芯之外，內部包含的這些電池管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)，高低壓回路等占據了電池系統(tǒng)的部分重量和內部空間，所以電池系統(tǒng)的能量密度都比單體電芯能量密度低。

電池系統(tǒng)能量密度與單體電芯能量密度的比值就是電池成組效率，是衡量一個電池系統(tǒng)效率的核心指標。

比如我們上面的這兩款車：

比亞迪的漢EV，電芯能量密度是170wh/kg，組成電池組之后電池的系統(tǒng)能量密度就降到了140wh/kg，成組效率為82.53%;特斯拉最新的model 3 長續(xù)航版，電芯采用松下的21700電池，電芯能量密度比比亞迪漢EV采用的磷酸鐵鋰刀片電池近乎高一倍。

但特斯拉選擇的這種三元鋰電池，相對比亞迪的刀片電池，更容易發(fā)熱，需要更多的散熱設備，電池管理系統(tǒng)也更復雜，因此組合起來的電池系統(tǒng)能量密度快速降到161wh/kg，成組效率只有53.67%。

這兩款車型，代表了當前電動車的主流配置，主要指標很接近。

他們的續(xù)航里程都在600公里以上，總功率大約在77kwh，也就是77度電，電池系統(tǒng)都很重，比亞迪漢EV549kg，半噸多，特斯拉model 3 長續(xù)航版477kg，基本占到全車重量的四分之一。無論從節(jié)能還是從挖潛的角度出發(fā)，電池技術都必須要有大的革新。

那么動力電池技術需要做到多大的改進，才能真正踏上替代燃油車的門檻呢?

目前市場公認的答案是，現有電動車的電池系統(tǒng)能量密度翻一倍半，從普遍的160wh/kg，到400wh/kg，才是電動車徹底取代燃油車的開始。這個指標意味著600km的續(xù)航，80度電，總重大約200kg?，F在這個重量大約是450-550kg之間。

400wh/kg，是一個非常剛性的指標。一個產品最終推廣開來必須要做到適者生存，核心就是成本，講再多的理想和未來，也比不過現實的便宜真香，電動車如果邁不過性價比經濟性這條線，就永遠只能是個小眾的玩具。

如果奔著400wh/kg這個指標去，你就會發(fā)現，現在的動力電池市場，還遠遠談不上競爭格局已經清晰，大家基本都在同一個起跑線上。

上圖是我們從光大的報告《固態(tài)電池：搶占下一代鋰電技術制高點》中截取的圖，勾勒了現在的電池技術發(fā)展路徑。

不管你是哪種方案，理論的最高能量密度就是天塹，天資如此，你再努力也沒用。

我們當下主流的電池，無論是磷酸鐵鋰電池，還是三元鋰離子電池，都是液態(tài)電解液的鋰離子電池，理論的最高能量密度就是350wh/kg，如果再加上各種電池管理系統(tǒng)，能夠做到全系統(tǒng)300wh/kg，基本上就是極限。

這就好比你把弓箭做到了極致，最后面對火槍還是被秒殺，無他，這是代際的碾壓。

故而，最終要解決電池的能量密度問題，消滅里程焦慮，最后的方案一定是固態(tài)電池。

固態(tài)電池，大家都還在研發(fā)的路上。那么我們能實現這個指標么?

能。恩格斯說過，“社會一旦有技術上的需要，則這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進”。需求是最好的動力。電動車相比燃油車，有更大的空間和潛力。

我們看電池領域，過去10年發(fā)生了什么。

根據BloombergNEF的數據，在過去的10年里，電芯的能量密度基本提高了兩倍。這也說明了，在強大的需求推動下，產業(yè)界的進步有多快。

數月前，特斯拉將model 3的入門版從29.18萬元一下降到了24.99萬元，降了4萬還多。我們看好電動車取代燃油車的過程，但是這款入門車型采用的是寧德時代的磷酸鐵鋰電池，電池系統(tǒng)能量密度不會比比亞迪的刀片電池好多少，也就是140-160wh/kg左右。

相對于原來降價前產品的三元鋰電池配置，model 3的電池安全性略有提升，但系統(tǒng)能量密度還有所下降，對現有的這些電動車廠商比亞迪、小鵬等等有沖擊，也會下探到傳統(tǒng)的B級車帕薩特、雅閣、凱美瑞的市場，對他們產生一定的壓制左右。

但總體來說，如果電池系統(tǒng)的能量密度沒有大的提升，不能突破400wh/kg這個門檻，還都屬于戰(zhàn)術性的改進，格局上不會有太大的變化。

2、光伏的第二約束

我們知道，光伏這個行業(yè)遵循摩爾定律，每年的發(fā)電成本都會成比例下降。2020年已經實現了平價上網，也就是價格跟煤電打平，后續(xù)發(fā)電成本還會繼續(xù)下降，最后極限就是能源價格接近為零。

用“傻瓜扯扯淡”的說法，光伏要想實現對傳統(tǒng)能源的平推，要突破兩個限制：一個是擺脫補貼約束，這一個伴隨著平價上網，已經基本實現，第二個是擺脫并網約束，這個是將來要實現的。

光伏作為一種新的能源形式，優(yōu)點肉眼可見，節(jié)能環(huán)保資源可再生，取之不竭用之不盡，所以一開始各個國家都給了大量的補貼，但這種補貼不是長遠之計。

羊毛出在羊身上，新能源的成本還是需要全社會來承擔，如果不能擺脫這種補貼的約束，光伏只能作為一種時尚，偶爾出現在政績報告上，作為一種點綴。

要想擺脫補貼，光伏的價格必須下降到足以與傳統(tǒng)能源競爭。隨著中國制造在光伏技術上的快速迭代，成本下降很快，終于到2020年，成本已經接近煤電，可以甩掉補貼直接上網了。第一個約束就這么解決了。

但是如果第二個約束，也就是并網約束不能突破，光伏的推廣還是要被限制在一定范圍內。為什么呢?這是由光伏發(fā)電的特點決定的。

上面這張圖就是著名的鴨子曲線，圖上標出了美國加利福尼亞州每年3月31日這一天的用電凈負荷。加利福利亞我們知道，陽光明媚，風景秀麗，光照時間長，特別適合光伏發(fā)電，加上又是硅谷所在地，對新能源的接受程度高，光伏發(fā)電的占比接近30%。

一天里，中午光照最強，但是用電卻不多，所以電網負荷最低，而到了晚上，光伏歇菜，用電量卻飆升，電網負荷也快速躍升，就出現了圖中這根長長的鴨頸。

由于中國的加入，太陽能組件的價格逐年下降，加州光伏發(fā)電的占比也越來越高，從2012年以來，中間用電凈負荷的這個鴨肚腩也越來越大，整體像一只鴨子，所以叫鴨子曲線。

這條曲線反應了光伏發(fā)電面臨的第二個約束，并網發(fā)電。光伏發(fā)電畢竟受自然條件約束，白天有太陽，發(fā)電就多，晚上就停擺，但我們用電卻反過來，白天少，晚上多。

要解決這個問題，現在我們采取的是煤電或者天然氣發(fā)電調峰的方式來補償。白天的時候這些調峰機組停機，晚上的時候才開機。

這就涉及到一個電網消納比例的問題，整個電網系統(tǒng)，光伏發(fā)電的占比有一個極限，這個上限基本上在30%-40%左右，具體取決于電網的調峰水平和日常的光照條件。

那么我們能完全突破這個約束么?能。

這個圖來自于興業(yè)證券電力設備研究員朱玥的報告：《成長鋒芒，中國力量》。光伏發(fā)電要想突破這個30%-40%的上限，就需要配置儲能設施，在中午發(fā)電高峰期把電力儲存起來，到晚上用電高峰期把電放出來，這樣就可以徹底淘汰掉煤和天然氣，只用光伏全天候滿足整個電網的需求。

為了突破第二個約束，光伏發(fā)電需要達到配置了儲能設施之后的光伏+儲能發(fā)電的系統(tǒng)成本低于現有的煤電，才能甩開并網約束，真正進入哲學上說的“自由王國”，改變電網，也徹底改變這個世界。

光伏并網對儲能的最核心的要求就是，絕對價格足夠低，這個價格指的是全成本。我們看興業(yè)證券整理的光伏儲能電站中標項目報價情況，如下圖：

現在光伏儲能電池最低的中標價格為0.86元/wh，加上電池管理系統(tǒng)(BMS)，逆變器(PCS)之后的電池系統(tǒng)最低中標價為1.49元/wh，包括土建、系統(tǒng)集成在內的全光伏儲能電站，最低為1.94元/wh。

而這個1.94元，就是光伏儲能的全成本。1.94元/wh，一度電是kwh，換算成度電建設成本就是1940元/kwh，假設可以實現10000次的充放電循環(huán)，不考慮資金成本，攤到每度電上的儲能成本就是0.194元。

但是實際上，我們現有的儲能電站，很難做到1萬次的充放電循環(huán)壽命，普遍在5000次左右，那攤到每度電上的成本就是將近0.4元，這個價格大約相當于現有火電的價格，長期看需要有下降的空間。

那么儲能的成本需要降到什么的價格才會實現突破呢?目前市場普遍的共識是，10000次的循環(huán)壽命，1元/wh的全建設成本。

按照這個指標計算，單度電的儲能成本就是0.1元，在這個價格下，儲能電站可以脫離任何的補貼或者峰谷電價差價而獨立生存。在這個價格下，需要光伏發(fā)電成本從0.4元/kwh降到0.3元/kwh。這樣光伏+儲能的度電成本將為0.3+0.1=0.4元/kwh，價格約等于現有的煤電，從而徹底擺脫并網約束。

儲能的成本還有繼續(xù)下降的空間么?有，而且可能比動力電池下降的速度還快。

首先，因為動力電池的價格下降的很快，而儲能電池可以完全借鑒動力電池的技術，實際上很多的光伏儲能裝置，直接用的就是二手的汽車動力電池。如上圖BloombergNEF的數據，動力電池從2010年的每千瓦時1160美元，已經下降到2019年的156美元，9年時間，價格下降了將近87%。

其次，光伏儲能需要的電池比動力電池要求要低，選擇范圍廣。相對動力電池對重量體積價格效率的極致追求，光伏儲能電池只需要滿足循環(huán)壽命足夠長，度電全成本低就可以了，對于動力電池要求的體積小，重量輕，儲能電站并沒有嚴格的約束，因此選擇范圍更大，實現技術突破的概率也越大。

光伏行業(yè)有自己的摩爾定律，那就是發(fā)電容量每增加一倍，新增裝機的電價減少16%。從儲能技術的角度上來講，隨著電池技術的進步，光伏儲能的總容量每增加一倍，單次充放電循環(huán)的成本也會按照一定的比例下降。在未來的十年，我們大概率上會看到儲能成本的快速下降。

3、各領風騷三五年

后面我們會看到一個互相促進螺旋上升的過程，而電池的需求量將會呈現指數性的增長。

根據牛頓第一定律，“任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止”，在這個循環(huán)中，外力或者說第一驅動力就是光伏技術進步所帶來的光伏發(fā)電成本的快速下降。

光伏發(fā)電成本快速下降，倒逼電價穩(wěn)步降低，電力需求提升，電動車性價比持續(xù)提升，倒逼動力電池進步，動力電池降本增效，儲能電池性價比提升，各種應用場景紛紛進入盈虧平衡點，又提升了電力的需求。這是一個正向的完整的循環(huán)。

作為投資者，最希望見到的場景當然是量價齊升，我看到很多電力設備研究員，都在講電價提升的邏輯，對未來的電價、補貼做了非常樂觀的估計，但這種假設本質上都是站不住腳的，我們并不認可。

因為大工業(yè)生產的核心就是降本提效，規(guī)模效應之下，成本降低，價格下降，利潤雖薄，可餅攤得大。

在工業(yè)上，任何講長期漲價的邏輯都是有瑕疵的。比如我們對贛鋒鋰業(yè)這類資源性的公司的長期成長性是有懷疑的，因為一個行業(yè)要想長期持久的增長，原材料一定不能成為一個約束。為什么半導體行業(yè)是在硅的基礎上做大的，就是因為沙子到處都有，不存在任何稀缺的可能。

我們花了這么多時間來思考未來能源革命的路徑，但是預言歸預言，投資歸投資，即使你看對了方向，也不一定選對了股票，選對了股票也不一定能從一而終。

確實，光伏帶來的新能源革命會徹底改變這個社會，但這種高技術行業(yè)，按照易方達的基金經理蕭楠的說法，商業(yè)模式非常不友好。

這種商業(yè)模式屬于“自我燃燒，燃燒自己，照亮別人。這樣的公司很累，他們要花很多錢去投固定資產，去投研發(fā)，他們把所有節(jié)省出來的效率都送給了自己的客戶，因為如果不這樣做，自己就面臨著淘汰，被客戶拋棄?！?/p>

新技術方向的競爭的異乎的殘酷，往往是各領風騷三五年。（編輯：mz）