序言：在碳达峰、碳中和的背景下，新能源的研发和应用成为了新的创新方向。减少一次能源中非可再生能源特别是煤炭的使用占比，增加储能及其应用。经过多年发展，以锂离子动力电池汽车为代表的新能源汽车走上台前，中国成为全球汽车用动力电池产、销量第一的国家，更是成为全球新能源汽车产能、销量均第一的国家。基于此，本篇文章简要总结了新能源汽车、动力电池框架及主要赛道玩家，并整理了新能源汽车、动力电池面临的困境及解决方案介绍，即续航、补能赛道的解析。
目录
一、新能源汽车发展驱动因素
二、新能源汽车发展现状
（一）新能源汽车类型划分：电动汽车处于快速成长期
（二）新能源汽车市场表现：中国纯电动车销售占比接近78%
（三）电动汽车市场表现：传统汽车与造车新势力齐头并进
三、动力电池发展现状
（一）动力电池类型
（二）动力电池市场分布
（三）动力电池的回收
四、续航补能赛道机遇
（一）赛道面临的难题
（二）解决方案：提升续航能力
（三）解决方案：充电桩
（四）解决方案：换电
一、新能源汽车发展驱动因素
（一）发展新能源汽车有利于国家能源安全
我国富煤贫油少气，随着经济的快速发展，国内原油难以满足消费需求。2020 年，我国石油消费6.81亿吨，但自给石油产量只有1.95亿吨，另外，我国探明石油储量仅为全球的1.5%，原油依赖大量进口。2021年中国进口原油5.13亿吨，占全部原油供给量的94.98%。
（二）新能源汽车是实现“碳中和”和“碳达峰”的重要抓手
我国“富煤、贫油、少气”的特征决定了煤炭在我国一次性能源生产和消费中仍将长期占据主导地位。2021年中国电力能源消耗总量为52.4亿吨标准煤，其中煤炭为29.34亿吨标准煤，占比为56.0%，相比2020年的56.8%，下降0.8%，
汽车行业的二氧化碳排放量占我国总体二氧化碳排放量的16%左右，而纯电动汽车则依靠电力驱动。为实现碳中和、碳达峰，需要逐步优化以清洁可再生能源替换化石能源发电，再将汽车的能源由一次能源的石油，变成二次能源的电力有助于减少碳排放。
（三）有利于中国汽车工业实现对欧美日传统汽车强国的超越
西方汽车工业强国，经过百年的发展，传统燃油车技术性能已经非常完善。虽然中国汽车产销量占全世界的1/3，是名副其实的汽车大国，但自主品牌车企市场份额不足4成。国产车在外观、内饰、配置甚至做工用料等方面，很多时候是有优势的，但因为驾驶与操控性、发动机和变速箱等方面存在差距，口碑难以提升。而电动车提供了百年一遇的国产车弯道超车的机会。
2020年11月，国务院办公厅发布了《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，计划到2025年新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。同时还提到鼓励车用操作系统、动力电池的开发创新，加强轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池和燃料电池系统核心技术攻关，加快固态动力电池技术研发及产业化。
（四）汽车制造产业是GDP增长的长期动能
汽车和零部件销售占据了美国消费的最大部分，占据了美国消费市场的最大比例，发展新能源汽车制造业，是促进GDP增长的有效动能。
2020年美国消费市场总规模是6.215万亿美元，其中汽车和零部件销售1.244万亿美元，占比高达20.02%，而中国汽车和零部件收入在GDP的占比只有10%左右，还有很大的增长空间。
二、新能源汽车发展现状
（一）新能源汽车类型划分：电动汽车处于快速成长期
1、汽车的分类
一般来说，汽车主要分为乘用车和商用车两大类，两大类又包含了多个小类，我们平时说的轿车属于乘用车的小型机动车类型。
2010年以来乘用车的销量远超商用车，近年来，SUV超过轿车成为销量最多的类型。
2、汽车的动力来源
我们也可以按动力来源划分汽车类型，包括常规能源、替代能源和新能源三种类型。目前应用最多的新能源汽车是纯电动车。
3、新能源汽车类型划分
新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车及其他能源汽车
（1）纯电动汽车
定义：采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，驱动电机运转。包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、太阳能电池等纯电动车（BEV）汽车。
（2）混合动力电动汽车
定义：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。按电池作用由小到大包括：轻度混合动力汽车(MHEV)、油电混合动力(HEV)、插电式混合动力(PHEV)、增程式电动(EREV)等
（3）燃料电池电动汽车
定义：一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。目前主要包括氢动力燃料电池
（4）其他新能源汽车
包括机械能（如超级电容器、飞轮、压缩空气等高效储能器）等新能源汽车。
就目前新能源汽车的产量和销量来说，纯电动汽车的占比接近80%，以2021年为例：
4、新能源汽车生命周期现状
（1）传统燃油车经过100多年的发展，技术最为成熟，目前处于成熟期；
（2）新能源汽车则快速发展，2020年，新能源汽车在汽车中的渗透率仅为5.4%，而2021年的渗透率便快速提升至14.8％。而如上节数据所示，纯电动车在新能源汽车中有绝对优势，电动车品类处于快速成长期；
（3）燃料电池车技术主要由日本主导，国内技术尚不成熟，缺少相应的配套设施，燃料电池车目前尚处于导入期。上节数据也可以发现，燃料电池的产销量占比都不足0.1%，也就是不足2000辆。
（4）混合动力车是过渡性产品，目的是节油减排，目前处于衰退期
（二）新能源汽车市场表现：中国纯电动车销售占比接近78%
1、中国在全球新能源汽车销售市场份额占比50%以上
新能源汽车消费深入人心，全球各地的政府也大力补贴，因此全球新能源汽车销量快速增长。2021年全球新能源汽车销量为644.2万辆，相比2020年足足增长了107.45%。
在新能源汽车发展的前半场，中国占据优势。中国新能源汽车销量在全球总销量的占比处于高位，2021年在全球大力发展新能源汽车的背景下，销量占比增长至54.66%
2、中国新能源汽车产、销量渗透率增至13%以上
2014年以来新能源汽车产量及销量爆发式增长，特别是2021年：
产量和销量由2020年的136.6万辆、136.8万辆分别增长至2021年的354.5万辆和352.1万辆；
产量和销量的渗透率由2020年的5.42%、5.40%分别增长至13.59%和13.40%，距离2025年20%渗透率的目标，似乎难度不大。
3、全球新能源汽车市场纯电动汽车占比达71%
全球角度，2021年全球纯电车型销量479.3万辆，同比增长111.3%，占新能源汽车总销量的比例达到71%。其中中国、美国及欧洲10国的电动车总销量增至439.4万辆。
4、中国新能源汽车市场纯电动汽车占比达78%
市场生产和销售的新能源汽车主要是纯电动汽车和插电式混合动力汽车，而燃料电池产量和销量均较少。以2021年为例，纯电动汽车产、销量最大，占新能源汽车产、销总量的78%左右；其次是插电式混合动力汽车，燃料电池车年产、销量不足2000辆。
（三）电动汽车市场表现：传统汽车与造车新势力齐头并进
1、主要或潜在电动汽车企业
电动汽车市场主要有造车新势力、新科技企业和传统车企三种力量
(1)以特斯拉、蔚来、小鹏、理想为代表的有一定积累的造车新势力
(2)传统车企觉醒后，加速智能电动领域的投资和产品投放
(3)加速入局的新科技企业，如小米集团、百度、华为、鸿海科技集团，以及潜在可能入局的公司，如苹果等
2、传统车企仍具销售优势
车企方面，2021年比亚迪排名国内车企新能源零售销量第一，销量达到58.4万辆，同比增长221.3%；车型方面，五菱宏光MINI领衔国内新能源轿车零售市场，Model Y领衔国内新能源SUV零售市场。
3、造车新势力快速崛起
经过几年发展，造车新势力初具规模，科技公司品牌企业目前以配角为主。2017年，比亚迪、上汽集团、北汽新能源、奇瑞汽车、吉利汽车 5 家企业占据中国约 74%的市场份额。随着特斯拉（中国）、蔚来、理想汽车、小鹏汽车智能汽车销量的提升，按2021 年全年销量为统计口径，四家造车新势力的市占率达 17.1%，行业竞争格局变化较为显著。
三、动力电池发展现状
（一）动力电池类型
1、动力电池是电动汽车的重要组成部分
动力电池是纯电动汽车驱动能量的唯一来源，直接关系到电动汽车的动力性能、续航能力和安全性，所以电池在整车的零部件中成本占比极高。
以北汽新能源EC3为例，电池成本为2.7-3.1 万元，预计占售价比例达37%-42%；荣威ER6电池成本在5.6-6.3万元，占售价比例约 34-39%。而传统燃油车的发动机成本不高， 例如，15万左右的传统燃油车中成本占比高的发动机一般一万出头。
2、锂离子动力电池结构
锂离子动力电池是全球装机量最大的汽车动力电池。锂离子动力电池主要由正极、负极、电解液、集流体和隔膜等部分构成，如下图圆形、方形电池的结构图。
3、三元锂电和磷酸铁锂电池是当前主要的动力电池类型
锂离子电池按正极材料类型可分为钛酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料（镍钴锰、镍钴铝）等技术路线，在动力电池领域，正经历由钛酸锂、锰酸锂转向磷酸铁锂、三元材料为主的发展历程。
下图展示了锂离子动力电池产业链及主要布局公司，其中正极成本占动力电池成本比例高达44%，因此锂电池往往用正极材料命名，例如三元锂离子动力电池、磷酸铁锂锂离子动力电池。
4、磷酸铁锂电池装机量超过三元电池
从全球动力电池市场看，采用磷酸铁锂电池技术路线的多数为中国企业，国外主要动力电池企业松下、 LGC、 SDI、 AESC、 SKI 等均采用三元材料电池。2021年7月以来，磷酸铁锂单月装机量超过三元锂电装机量。全年来看，2021年磷酸提锂的装机容量79.8GWh，占比达到51.7%，首次超过三元锂电。
另据中国汽车动力电池产业创新联盟(简称电池联盟)数据显示，近年来，磷酸铁锂和三元材料是主要的动力电池正极材料，同时，2021年磷酸铁锂动力电池产量大于三元材料动力电池产量。而钛酸锂电池和锰酸锂电池的产量较少。
5、三种封装技术各有所长
目前，主流的电池封装技术主要有方形电池、圆形电池以及软包电池三类，动力电池的安全性和使用寿命都受其封装工艺的影响，不同的封装技术都具有不同的技术壁垒，也有不同的代表厂家。
方型锂电池装机量较高，且呈现逐年增长趋势。
（二）动力电池市场分布
1、中国动力电池龙头显现，竞争激烈
国内动力电池企业较多，但宁德时代和比亚迪是国内锂离子动力电池的龙头企业，占据绝对优势
2、中国动力电池全球领先
国内动力电池行业配套完善，已在细分领域进入全球第一地位：
全球角度：2021年中国动力电池装机容量 154.5GWh，全球占比为52%，核心产业环节配套成熟。其中，宁德时代、比亚迪等公司进入全球领军企业，市占率占据全球第一位置。
中国角度：宁德时代的动力电池装机容量为80.51GWh，占国内动力电池企业装机量的52.1%，国内第一。宁德时代、比亚迪和国轩高科动力电池装机量为前3，占全国动力电池总装机量的比例大于80%。
3、中国动力电池已供应全球主要车企
新能源汽车的发展，特别是当前纯电动汽车发展为主的市场，依赖动力电池的供给。宁德时代等电池品牌已成为全球主要车企的供应商。
（三）动力电池的回收
1、锂金属资源价格上涨带动电池回收热情
目前全球对于锂和稀土资源供给（电池和电机的核心矿物资源），还是围绕一次资源提取供给为主。根据IEA（国际能源署）的报告，当下中镍、钴的回收率还可以，但锂几乎没有回收能力（回收率＜1%）。因有镍、钴等资源，三元锂电的回收热度更高，而磷酸铁锂的回收热度低、锂金属的回收量也少。
但随着锂金属资源的价格上涨，动力电池的回收热度也将上升。
2、回收行业目前还处于发展初期
中国汽车技术研究中心数据显示，2020年国内累计退役的动力电池超过20万吨（约25GWh），市场规模达到100亿元。考虑到动力电池的平均4-6年的有效寿命以及5-8年的使用年限，结合2014年开始的电动车快速普及，2021年底，我们才将迎来第一批退役高峰。预计2025年我国退役动力电池将接近80万吨。
3、锂电回收存在的问题
我国动力电池回收行业处于发展初期，缺乏监管导致回收率偏低。整个锂电池回收行业缺乏规范和标准，存在“劣币驱逐良币”的现象。大部分退役电池流入到非正规企业或个体手中，使得合规企业回收困难，回收率明显偏低。
例如，2020年我国动力电池累计退役总量约20万吨，但据GGII（高工产业研究院）数据，2020年全国退役动力电池回收量仅4.2万吨。这之间的差距多达16万吨。
四、续航补能赛道机遇
（一）赛道面临的难题
1、续航焦虑是新能源汽车主要问题
一般的燃油车续航里程在500km至600km左右，也有部分车型能达到1000km。而纯电动汽车的实际续航里程并不能达到车企说的理论里程，如懂车帝的数据，正常情况下只达到80%左右，而在冬天-20℃-10℃开空调的情况下多数甚至续航达成率不到50%。
2、续航焦虑主要解决方案
为了解决续航焦虑的问题，目前主要从“提升续航能力”、“充电”及“换电”等方面展开突破。
（二）解决方案：提升续航能力
1、提升续航能力方案综述
动力电池技术的更迭在于原材料体系的性能优化以及封装工艺的改良，因此，材料和结构创新是动力电池行业的两条优选赛道，也是降本的必由之路。方向上主要包括：正极材料（如高镍三元电池、无钴低镍电池）、负极材料（如硅基负极，目前在4680上已应用）、新电池类型（如锂金属电池）及电池结构创新（较为成熟的方向，如CTP、CTC）。
2、提升续航能力之高镍三元锂电池
三元前驱体主要分为镍钴锰（NCM）前驱体和镍钴铝（NCA）前驱体。按照镍盐、钴盐、锰(铝)盐的大致比例，可以分为NCM333，NCM523，NCM622，NCM811，NCA等型号。镍的占比越高，锂电池能量密度也就越高，三元锂电池高镍化是市场主流的发展方向之一，NCM811 前驱体的市场需求在逐年扩大。
3、提升续航能力之结构创新
国内、外车企的电池包基本上都采用从单体电芯—模组—电池包的成组方式，通过多层级的成组方式保障电池安全，但会牺牲电池包的空间利率和能量密度。电池企业及车企在积极探索新的技术方向，其中做大电芯和模组尺寸或者直接放弃模组是主要方法。
如下为车企或电池产商主导的结构创新方案：
（1）CTP技术
放弃模组，电芯直接安装于电池包的技术，其实是小模组换成大模组。提升15%以上空间利用率，减少40%的零件数量，提升10%-15%的能量密度。
代表企业：宁德时代、比亚迪、蜂巢
（2）刀片电池
彻底放弃模组，将电芯设计成扁片长条形状，可提高动力电池包的空间利用率、增加能量密度；能够保证电芯具有足够大的散热面积。
代表企业：比亚迪
（3）大体积电池
以4680型无极耳电池为例，即46mm直径、80mm高度，是更大体积的高镍三元正极、硅基负极电池。组装成电池包后，能够减少面积、提升容量。相比2170，续航里程提升 16%，充放电功率提升至6倍、能量提升至5 倍，而成本下降14%。
代表企业：松下（用于特斯拉）
（4）CTC（Cell toChassis）
将电芯直接集成到底盘，实现大三电系统（电机、电控、电池）、小三电系统、底盘系统以及自动驾驶相关模块的集成，大幅提升电池系统能量密度，减少整车重量，提升生产效率。
代表企业：特斯拉、沃尔沃
（5）案例：特斯拉动力电池发展历程
一般而言一种电动汽车的电池组装是多种技术的组合，例如比亚迪刀片电池包用到了刀片电池技术和CTP技术，特斯拉Model3的电池包用到了CTP技术，而特斯拉的4680电池包方案则是CTP（无模组）、CTC和4680电池技术的组合。
（三）解决方案：充电桩
1、充电桩分类
电动汽车充电系统是维持电动汽车运行的能源补给设施。按照不同的分类标准，充电桩有三种常见的分类方式，其中按照充电技术和安装地点的分类方式用得最多。
2、充电桩的构成
充电桩主要由总控单元、显示单元、监控单元组成，一般安装于公共楼宇、停车场、商场、运营车充电站等公共场所及居民小区等私人场所。具体硬件设施包括充电枪、充电柜、配线柜等充电桩外部硬件和逆变器、变压器、整流器、滤波器、继电器等内部硬件。
3、充电桩5年复合增长率达56%
根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟（EVCIPA）数据，截至2021年底，全国充电桩保有量达261.7万台，较2020年新增94万台，同比增长56%。其中，2017-2021年，全国充电桩保有量从44.6万台增加至261.7万台，5年复合增长率达56%。
2017-2021年，我国公共充电桩保有量从21.39万台增加至114.7万台，年均复合增长率达52%；私人充电桩保有量从23.18万台增加至147.01万台，年均复合增长率达59%。
4、充电桩产业链及玩家
电动汽车充电桩产业链主要涉及到上游设备生产商、中游的充电运营商和下游的平台解决方案商。
上游：充电桩及充电站建设及运营所需设备，包括充电桩和充电站的壳体、底座、线缆等主要材料和充电设备；
中游：充电桩和充电站的搭建和运营，以及能提供整体运营方案的专业化运营商；
下游：充电桩的使用者，包括整车企业和个人消费者。
5、充电运营商是行业最主要环节
充电桩产业链的中游为充电运营商，负责运营大型充电站或提供充电桩充电服务等。因为投资成本大，需要较强的资金实力，是行业潜在入局者较难进入的一个环节。
目前市场上的充电运营商参与者主要为第三方专业运营企业，例如，截至2022年1月，星星充电和特来电（特锐德，300001.SZ为控股股东）占据了充电桩50%以上的市场份额。此外还有部分车企、能源/电网企业也涉足充电运营服务。
（四）解决方案：换电
1、什么是换电
“换电模式”即签署的更换电池，是指通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务或者集电池的充电、物流调配、以及换电服务于一体的补能模式。
2、换电的方式
常用换电技术为底盘换电、分箱换电和侧方换电。底盘换电不改变车体前后轴重量，可实现全自动换电，大幅缩短换电时间，蔚来、奥动均采用底盘换电；分箱换电通用性好，易实现标准化，伯坦科技采取此技术路线；商用车主要采取端部、侧方换电，如时空电动。
3、换电产业链
换电产业链中，上游环节为换电设备及其基础零部件，中游为换电运营商，下游为商用车、乘用车、两轮车等应用场景。由于换电车型研发需要车企与换电建设运营商共同研发，换电站产业链不同环节之间联系紧密。
4、换电之上游设备商
换电设备包括快换系统、充电系统等部分，需要机械和电气、软件和硬件多项技术的结合，因此具备一定的壁垒。目前国内已有相关产品，较为领先的换电设备商有：山东威达（002026.SZ）、瀚川智能（688022.SH）、博众精工（688092.SH）、科大智能（300222.SZ）等。
换电流程：换电站通过举升装置对电动汽车进行导向定位，在将车辆固定后通过加解锁平台将电池包进行更换，同时利用锁止链接组件实现电池与车身的锁止或分离，电池通过快换系统中的履带行走结构被运输到码垛机，而后码垛机将满电电池与亏电电池的交换搬运，亏电电池在充电系统中被充能。
5、换电之中游换电运营商
换电产业链中，换电运营商、电池银行作为中游核心环节，与整车企业、消费者、电网等共同构成车电分离产业生态，并通过电池梯次利用与回收形成商业模式的闭环。以协鑫能科为例，对于运营商而言，换电模式成本高，投资大，企业要面对较高的财务压力。
目前我国商用车换电主要参与者则为玖行能源。而乘用车换电运营商主要玩家有蔚来、奥动、伯坦，截至2021年底，三者分别建有换电站789座、402座、107座，分摊了我国乘用车换电站市场。
5、换电市场展望
截至2021年10月，我国共计换电站保有量达1086座，2021年初为562座，近十个月累计增长93.24%，预计2021年底约1300座。根据中国充电联盟的数据，目前我国换电站市场主要是三家企业——奥动、蔚来、杭州伯坦。截至2021年10月，奥动换电站保有量占比34.07%，蔚来占比56.08%，杭州伯坦占比9.85%。
根据行业龙头公司建设规划，换电站规模在未来五年有望增长近 30 倍，从 1086座增长至约30000 座以上，空间巨大。
* 风险提示：投资有风险，决策需谨慎。本文内容为Vin投研基于公开资料梳理完成，供参考学习使用，并不构成投资建议。投资者应审慎决策、独立承担风险。*