序言：在碳達峰、碳中和的背景下，新能源的研發和應用成為了新的創新方向。減少一次能源中非可再生能源特別是煤炭的使用占比，增加儲能及其應用。經過多年發展，以鋰離子動力電池汽車為代表的新能源汽車走上臺前，中國成為全球汽車用動力電池產、銷量第一的國家，更是成為全球新能源汽車產能、銷量均第一的國家。基于此，本篇文章簡要總結了新能源汽車、動力電池框架及主要賽道玩家，并整理了新能源汽車、動力電池面臨的困境及解決方案介紹，即續航、補能賽道的解析。
目錄
一、新能源汽車發展驅動因素
二、新能源汽車發展現狀
（一）新能源汽車類型劃分：電動汽車處于快速成長期
（二）新能源汽車市場表現：中國純電動車銷售占比接近78%
（三）電動汽車市場表現：傳統汽車與造車新勢力齊頭并進
三、動力電池發展現狀
（一）動力電池類型
（二）動力電池市場分布
（三）動力電池的回收
四、續航補能賽道機遇
（一）賽道面臨的難題
（二）解決方案：提升續航能力
（三）解決方案：充電樁
（四）解決方案：換電
一、新能源汽車發展驅動因素
（一）發展新能源汽車有利于國家能源安全
我國富煤貧油少氣，隨著經濟的快速發展，國內原油難以滿足消費需求。2020 年，我國石油消費6.81億噸，但自給石油產量只有1.95億噸，另外，我國探明石油儲量僅為全球的1.5%，原油依賴大量進口。2021年中國進口原油5.13億噸，占全部原油供給量的94.98%。
（二）新能源汽車是實現“碳中和”和“碳達峰”的重要抓手
我國“富煤、貧油、少氣”的特征決定了煤炭在我國一次性能源生產和消費中仍將長期占據主導地位。2021年中國電力能源消耗總量為52.4億噸標準煤，其中煤炭為29.34億噸標準煤，占比為56.0%，相比2020年的56.8%，下降0.8%，
汽車行業的二氧化碳排放量占我國總體二氧化碳排放量的16%左右，而純電動汽車則依靠電力驅動。為實現碳中和、碳達峰，需要逐步優化以清潔可再生能源替換化石能源發電，再將汽車的能源由一次能源的石油，變成二次能源的電力有助于減少碳排放。
（三）有利于中國汽車工業實現對歐美日傳統汽車強國的超越
西方汽車工業強國，經過百年的發展，傳統燃油車技術性能已經非常完善。雖然中國汽車產銷量占全世界的1/3，是名副其實的汽車大國，但自主品牌車企市場份額不足4成。國產車在外觀、內飾、配置甚至做工用料等方面，很多時候是有優勢的，但因為駕駛與操控性、發動機和變速箱等方面存在差距，口碑難以提升。而電動車提供了百年一遇的國產車彎道超車的機會。
2020年11月，國務院辦公廳發布了《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》，計劃到2025年新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右。同時還提到鼓勵車用操作系統、動力電池的開發創新，加強輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統核心技術攻關，加快固態動力電池技術研發及產業化。
（四）汽車制造產業是GDP增長的長期動能
汽車和零部件銷售占據了美國消費的最大部分，占據了美國消費市場的最大比例，發展新能源汽車制造業，是促進GDP增長的有效動能。
2020年美國消費市場總規模是6.215萬億美元，其中汽車和零部件銷售1.244萬億美元，占比高達20.02%，而中國汽車和零部件收入在GDP的占比只有10%左右，還有很大的增長空間。
二、新能源汽車發展現狀
（一）新能源汽車類型劃分：電動汽車處于快速成長期
1、汽車的分類
一般來說，汽車主要分為乘用車和商用車兩大類，兩大類又包含了多個小類，我們平時說的轎車屬于乘用車的小型機動車類型。
2010年以來乘用車的銷量遠超商用車，近年來，SUV超過轎車成為銷量最多的類型。
2、汽車的動力來源
我們也可以按動力來源劃分汽車類型，包括常規能源、替代能源和新能源三種類型。目前應用最多的新能源汽車是純電動車。
3、新能源汽車類型劃分
新能源汽車主要包括純電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車及其他能源汽車
（1）純電動汽車
定義：采用單一蓄電池作為儲能動力源的汽車，驅動電機運轉。包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、太陽能電池等純電動車（BEV）汽車。
（2）混合動力電動汽車
定義：主要驅動系統由至少兩個能同時運轉的單個驅動系統組合而成的汽車。按電池作用由小到大包括：輕度混合動力汽車(MHEV)、油電混合動力(HEV)、插電式混合動力(PHEV)、增程式電動(EREV)等
（3）燃料電池電動汽車
定義：一種不燃燒燃料而直接以電化學反應方式將燃料的化學能轉變為電能的高效發電裝置。目前主要包括氫動力燃料電池
（4）其他新能源汽車
包括機械能（如超級電容器、飛輪、壓縮空氣等高效儲能器）等新能源汽車。
就目前新能源汽車的產量和銷量來說，純電動汽車的占比接近80%，以2021年為例：
4、新能源汽車生命周期現狀
（1）傳統燃油車經過100多年的發展，技術最為成熟，目前處于成熟期；
（2）新能源汽車則快速發展，2020年，新能源汽車在汽車中的滲透率僅為5.4%，而2021年的滲透率便快速提升至14.8％。而如上節數據所示，純電動車在新能源汽車中有絕對優勢，電動車品類處于快速成長期；
（3）燃料電池車技術主要由日本主導，國內技術尚不成熟，缺少相應的配套設施，燃料電池車目前尚處于導入期。上節數據也可以發現，燃料電池的產銷量占比都不足0.1%，也就是不足2000輛。
（4）混合動力車是過渡性產品，目的是節油減排，目前處于衰退期
（二）新能源汽車市場表現：中國純電動車銷售占比接近78%
1、中國在全球新能源汽車銷售市場份額占比50%以上
新能源汽車消費深入人心，全球各地的政府也大力補貼，因此全球新能源汽車銷量快速增長。2021年全球新能源汽車銷量為644.2萬輛，相比2020年足足增長了107.45%。
在新能源汽車發展的前半場，中國占據優勢。中國新能源汽車銷量在全球總銷量的占比處于高位，2021年在全球大力發展新能源汽車的背景下，銷量占比增長至54.66%
2、中國新能源汽車產、銷量滲透率增至13%以上
2014年以來新能源汽車產量及銷量爆發式增長，特別是2021年：
產量和銷量由2020年的136.6萬輛、136.8萬輛分別增長至2021年的354.5萬輛和352.1萬輛；
產量和銷量的滲透率由2020年的5.42%、5.40%分別增長至13.59%和13.40%，距離2025年20%滲透率的目標，似乎難度不大。
3、全球新能源汽車市場純電動汽車占比達71%
全球角度，2021年全球純電車型銷量479.3萬輛，同比增長111.3%，占新能源汽車總銷量的比例達到71%。其中中國、美國及歐洲10國的電動車總銷量增至439.4萬輛。
4、中國新能源汽車市場純電動汽車占比達78%
市場生產和銷售的新能源汽車主要是純電動汽車和插電式混合動力汽車，而燃料電池產量和銷量均較少。以2021年為例，純電動汽車產、銷量最大，占新能源汽車產、銷總量的78%左右；其次是插電式混合動力汽車，燃料電池車年產、銷量不足2000輛。
（三）電動汽車市場表現：傳統汽車與造車新勢力齊頭并進
1、主要或潛在電動汽車企業
電動汽車市場主要有造車新勢力、新科技企業和傳統車企三種力量
(1)以特斯拉、蔚來、小鵬、理想為代表的有一定積累的造車新勢力
(2)傳統車企覺醒后，加速智能電動領域的投資和產品投放
(3)加速入局的新科技企業，如小米集團、百度、華為、鴻海科技集團，以及潛在可能入局的公司，如蘋果等
2、傳統車企仍具銷售優勢
車企方面，2021年比亞迪排名國內車企新能源零售銷量第一，銷量達到58.4萬輛，同比增長221.3%；車型方面，五菱宏光MINI領銜國內新能源轎車零售市場，Model Y領銜國內新能源SUV零售市場。
3、造車新勢力快速崛起
經過幾年發展，造車新勢力初具規模，科技公司品牌企業目前以配角為主。2017年，比亞迪、上汽集團、北汽新能源、奇瑞汽車、吉利汽車 5 家企業占據中國約 74%的市場份額。隨著特斯拉（中國）、蔚來、理想汽車、小鵬汽車智能汽車銷量的提升，按2021 年全年銷量為統計口徑，四家造車新勢力的市占率達 17.1%，行業競爭格局變化較為顯著。
三、動力電池發展現狀
（一）動力電池類型
1、動力電池是電動汽車的重要組成部分
動力電池是純電動汽車驅動能量的唯一來源，直接關系到電動汽車的動力性能、續航能力和安全性，所以電池在整車的零部件中成本占比極高。
以北汽新能源EC3為例，電池成本為2.7-3.1 萬元，預計占售價比例達37%-42%；榮威ER6電池成本在5.6-6.3萬元，占售價比例約 34-39%。而傳統燃油車的發動機成本不高， 例如，15萬左右的傳統燃油車中成本占比高的發動機一般一萬出頭。
2、鋰離子動力電池結構
鋰離子動力電池是全球裝機量最大的汽車動力電池。鋰離子動力電池主要由正極、負極、電解液、集流體和隔膜等部分構成，如下圖圓形、方形電池的結構圖。
3、三元鋰電和磷酸鐵鋰電池是當前主要的動力電池類型
鋰離子電池按正極材料類型可分為鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料（鎳鈷錳、鎳鈷鋁）等技術路線，在動力電池領域，正經歷由鈦酸鋰、錳酸鋰轉向磷酸鐵鋰、三元材料為主的發展歷程。
下圖展示了鋰離子動力電池產業鏈及主要布局公司，其中正極成本占動力電池成本比例高達44%，因此鋰電池往往用正極材料命名，例如三元鋰離子動力電池、磷酸鐵鋰鋰離子動力電池。
4、磷酸鐵鋰電池裝機量超過三元電池
從全球動力電池市場看，采用磷酸鐵鋰電池技術路線的多數為中國企業，國外主要動力電池企業松下、 LGC、 SDI、 AESC、 SKI 等均采用三元材料電池。2021年7月以來，磷酸鐵鋰單月裝機量超過三元鋰電裝機量。全年來看，2021年磷酸提鋰的裝機容量79.8GWh，占比達到51.7%，首次超過三元鋰電。
另據中國汽車動力電池產業創新聯盟(簡稱電池聯盟)數據顯示，近年來，磷酸鐵鋰和三元材料是主要的動力電池正極材料，同時，2021年磷酸鐵鋰動力電池產量大于三元材料動力電池產量。而鈦酸鋰電池和錳酸鋰電池的產量較少。
5、三種封裝技術各有所長
目前，主流的電池封裝技術主要有方形電池、圓形電池以及軟包電池三類，動力電池的安全性和使用壽命都受其封裝工藝的影響，不同的封裝技術都具有不同的技術壁壘，也有不同的代表廠家。
方型鋰電池裝機量較高，且呈現逐年增長趨勢。
（二）動力電池市場分布
1、中國動力電池龍頭顯現，競爭激烈
國內動力電池企業較多，但寧德時代和比亞迪是國內鋰離子動力電池的龍頭企業，占據絕對優勢
2、中國動力電池全球領先
國內動力電池行業配套完善，已在細分領域進入全球第一地位：
全球角度：2021年中國動力電池裝機容量 154.5GWh，全球占比為52%，核心產業環節配套成熟。其中，寧德時代、比亞迪等公司進入全球領軍企業，市占率占據全球第一位置。
中國角度：寧德時代的動力電池裝機容量為80.51GWh，占國內動力電池企業裝機量的52.1%，國內第一。寧德時代、比亞迪和國軒高科動力電池裝機量為前3，占全國動力電池總裝機量的比例大于80%。
3、中國動力電池已供應全球主要車企
新能源汽車的發展，特別是當前純電動汽車發展為主的市場，依賴動力電池的供給。寧德時代等電池品牌已成為全球主要車企的供應商。
（三）動力電池的回收
1、鋰金屬資源價格上漲帶動電池回收熱情
目前全球對于鋰和稀土資源供給（電池和電機的核心礦物資源），還是圍繞一次資源提取供給為主。根據IEA（國際能源署）的報告，當下中鎳、鈷的回收率還可以，但鋰幾乎沒有回收能力（回收率＜1%）。因有鎳、鈷等資源，三元鋰電的回收熱度更高，而磷酸鐵鋰的回收熱度低、鋰金屬的回收量也少。
但隨著鋰金屬資源的價格上漲，動力電池的回收熱度也將上升。
2、回收行業目前還處于發展初期
中國汽車技術研究中心數據顯示，2020年國內累計退役的動力電池超過20萬噸（約25GWh），市場規模達到100億元。考慮到動力電池的平均4-6年的有效壽命以及5-8年的使用年限，結合2014年開始的電動車快速普及，2021年底，我們才將迎來第一批退役高峰。預計2025年我國退役動力電池將接近80萬噸。
3、鋰電回收存在的問題
我國動力電池回收行業處于發展初期，缺乏監管導致回收率偏低。整個鋰電池回收行業缺乏規范和標準，存在“劣幣驅逐良幣”的現象。大部分退役電池流入到非正規企業或個體手中，使得合規企業回收困難，回收率明顯偏低。
例如，2020年我國動力電池累計退役總量約20萬噸，但據GGII（高工產業研究院）數據，2020年全國退役動力電池回收量僅4.2萬噸。這之間的差距多達16萬噸。
四、續航補能賽道機遇
（一）賽道面臨的難題
1、續航焦慮是新能源汽車主要問題
一般的燃油車續航里程在500km至600km左右，也有部分車型能達到1000km。而純電動汽車的實際續航里程并不能達到車企說的理論里程，如懂車帝的數據，正常情況下只達到80%左右，而在冬天-20℃-10℃開空調的情況下多數甚至續航達成率不到50%。
2、續航焦慮主要解決方案
為了解決續航焦慮的問題，目前主要從“提升續航能力”、“充電”及“換電”等方面展開突破。
（二）解決方案：提升續航能力
1、提升續航能力方案綜述
動力電池技術的更迭在于原材料體系的性能優化以及封裝工藝的改良，因此，材料和結構創新是動力電池行業的兩條優選賽道，也是降本的必由之路。方向上主要包括：正極材料（如高鎳三元電池、無鈷低鎳電池）、負極材料（如硅基負極，目前在4680上已應用）、新電池類型（如鋰金屬電池）及電池結構創新（較為成熟的方向，如CTP、CTC）。
2、提升續航能力之高鎳三元鋰電池
三元前驅體主要分為鎳鈷錳（NCM）前驅體和鎳鈷鋁（NCA）前驅體。按照鎳鹽、鈷鹽、錳(鋁)鹽的大致比例，可以分為NCM333，NCM523，NCM622，NCM811，NCA等型號。鎳的占比越高，鋰電池能量密度也就越高，三元鋰電池高鎳化是市場主流的發展方向之一，NCM811 前驅體的市場需求在逐年擴大。
3、提升續航能力之結構創新
國內、外車企的電池包基本上都采用從單體電芯—模組—電池包的成組方式，通過多層級的成組方式保障電池安全，但會犧牲電池包的空間利率和能量密度。電池企業及車企在積極探索新的技術方向，其中做大電芯和模組尺寸或者直接放棄模組是主要方法。
如下為車企或電池產商主導的結構創新方案：
（1）CTP技術
放棄模組，電芯直接安裝于電池包的技術，其實是小模組換成大模組。提升15%以上空間利用率，減少40%的零件數量，提升10%-15%的能量密度。
代表企業：寧德時代、比亞迪、蜂巢
（2）刀片電池
徹底放棄模組，將電芯設計成扁片長條形狀，可提高動力電池包的空間利用率、增加能量密度；能夠保證電芯具有足夠大的散熱面積。
代表企業：比亞迪
（3）大體積電池
以4680型無極耳電池為例，即46mm直徑、80mm高度，是更大體積的高鎳三元正極、硅基負極電池。組裝成電池包后，能夠減少面積、提升容量。相比2170，續航里程提升 16%，充放電功率提升至6倍、能量提升至5 倍，而成本下降14%。
代表企業：松下（用于特斯拉）
（4）CTC（Cell toChassis）
將電芯直接集成到底盤，實現大三電系統（電機、電控、電池）、小三電系統、底盤系統以及自動駕駛相關模塊的集成，大幅提升電池系統能量密度，減少整車重量，提升生產效率。
代表企業：特斯拉、沃爾沃
（5）案例：特斯拉動力電池發展歷程
一般而言一種電動汽車的電池組裝是多種技術的組合，例如比亞迪刀片電池包用到了刀片電池技術和CTP技術，特斯拉Model3的電池包用到了CTP技術，而特斯拉的4680電池包方案則是CTP（無模組）、CTC和4680電池技術的組合。
（三）解決方案：充電樁
1、充電樁分類
電動汽車充電系統是維持電動汽車運行的能源補給設施。按照不同的分類標準，充電樁有三種常見的分類方式，其中按照充電技術和安裝地點的分類方式用得最多。
2、充電樁的構成
充電樁主要由總控單元、顯示單元、監控單元組成，一般安裝于公共樓宇、停車場、商場、運營車充電站等公共場所及居民小區等私人場所。具體硬件設施包括充電槍、充電柜、配線柜等充電樁外部硬件和逆變器、變壓器、整流器、濾波器、繼電器等內部硬件。
3、充電樁5年復合增長率達56%
根據中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟（EVCIPA）數據，截至2021年底，全國充電樁保有量達261.7萬臺，較2020年新增94萬臺，同比增長56%。其中，2017-2021年，全國充電樁保有量從44.6萬臺增加至261.7萬臺，5年復合增長率達56%。
2017-2021年，我國公共充電樁保有量從21.39萬臺增加至114.7萬臺，年均復合增長率達52%；私人充電樁保有量從23.18萬臺增加至147.01萬臺，年均復合增長率達59%。
4、充電樁產業鏈及玩家
電動汽車充電樁產業鏈主要涉及到上游設備生產商、中游的充電運營商和下游的平臺解決方案商。
上游：充電樁及充電站建設及運營所需設備，包括充電樁和充電站的殼體、底座、線纜等主要材料和充電設備；
中游：充電樁和充電站的搭建和運營，以及能提供整體運營方案的專業化運營商；
下游：充電樁的使用者，包括整車企業和個人消費者。
5、充電運營商是行業最主要環節
充電樁產業鏈的中游為充電運營商，負責運營大型充電站或提供充電樁充電服務等。因為投資成本大，需要較強的資金實力，是行業潛在入局者較難進入的一個環節。
目前市場上的充電運營商參與者主要為第三方專業運營企業，例如，截至2022年1月，星星充電和特來電（特銳德，300001.SZ為控股股東）占據了充電樁50%以上的市場份額。此外還有部分車企、能源/電網企業也涉足充電運營服務。
（四）解決方案：換電
1、什么是換電
“換電模式”即簽署的更換電池，是指通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統一配送，并在電池配送站內對電動汽車進行電池更換服務或者集電池的充電、物流調配、以及換電服務于一體的補能模式。
2、換電的方式
常用換電技術為底盤換電、分箱換電和側方換電。底盤換電不改變車體前后軸重量，可實現全自動換電，大幅縮短換電時間，蔚來、奧動均采用底盤換電；分箱換電通用性好，易實現標準化，伯坦科技采取此技術路線；商用車主要采取端部、側方換電，如時空電動。
3、換電產業鏈
換電產業鏈中，上游環節為換電設備及其基礎零部件，中游為換電運營商，下游為商用車、乘用車、兩輪車等應用場景。由于換電車型研發需要車企與換電建設運營商共同研發，換電站產業鏈不同環節之間聯系緊密。
4、換電之上游設備商
換電設備包括快換系統、充電系統等部分，需要機械和電氣、軟件和硬件多項技術的結合，因此具備一定的壁壘。目前國內已有相關產品，較為領先的換電設備商有：山東威達（002026.SZ）、瀚川智能（688022.SH）、博眾精工（688092.SH）、科大智能（300222.SZ）等。
換電流程：換電站通過舉升裝置對電動汽車進行導向定位，在將車輛固定后通過加解鎖平臺將電池包進行更換，同時利用鎖止鏈接組件實現電池與車身的鎖止或分離，電池通過快換系統中的履帶行走結構被運輸到碼垛機，而后碼垛機將滿電電池與虧電電池的交換搬運，虧電電池在充電系統中被充能。
5、換電之中游換電運營商
換電產業鏈中，換電運營商、電池銀行作為中游核心環節，與整車企業、消費者、電網等共同構成車電分離產業生態，并通過電池梯次利用與回收形成商業模式的閉環。以協鑫能科為例，對于運營商而言，換電模式成本高，投資大，企業要面對較高的財務壓力。
目前我國商用車換電主要參與者則為玖行能源。而乘用車換電運營商主要玩家有蔚來、奧動、伯坦，截至2021年底，三者分別建有換電站789座、402座、107座，分攤了我國乘用車換電站市場。
5、換電市場展望
截至2021年10月，我國共計換電站保有量達1086座，2021年初為562座，近十個月累計增長93.24%，預計2021年底約1300座。根據中國充電聯盟的數據，目前我國換電站市場主要是三家企業——奧動、蔚來、杭州伯坦。截至2021年10月，奧動換電站保有量占比34.07%，蔚來占比56.08%，杭州伯坦占比9.85%。
根據行業龍頭公司建設規劃，換電站規模在未來五年有望增長近 30 倍，從 1086座增長至約30000 座以上，空間巨大。
* 風險提示：投資有風險，決策需謹慎。本文內容為Vin投研基于公開資料梳理完成，供參考學習使用，并不構成投資建議。投資者應審慎決策、獨立承擔風險。*