行业动态 | 能源结构转型下，新能源电池材料的发展趋势如何？

当前，中国面临着复杂的发展安全问题，同时也处于发展高端制造的战略机遇期。发展新材料是成为制造业强国的关键，是摆脱关键材料与技术瓶颈的重要途径，也是寻找经济发展新动力的理想突破口。

新材料的发展需要长时间导入周期和高额前期投入，需要经过“材料开发-产业化-客户送样测试-小试-量产”等环节，通常需要10年以上的时间。

 

从价值投资的角度看，在材料性能之外，新材料的评估模型需要综合多方面评估。

虽然光伏、锂电、氢燃料电池分属新能源领域的不同赛道，但他们的投资评估逻辑是相通的。在性能满足发展需求的基础上，再综合考虑材料的市场规模与格局、商业化上量节点、产业发展周期的变化（比如2023Q1的锂价）等其他因素。

 

光伏电池新材料发展趋势

目前，光伏电池片产业正在逼近晶硅电池片的极限，需要新型材料应用助力突破转换率瓶颈。

现阶段光伏产业的PERC电池量产技术成熟，已经大规模流入市场。短期来看，TOPCon电池得益于与PERC电池类似的产线，已于2023年进入扩产阶段；从中长期来说，HJT与钙钛矿目前处于导入期，且二者结合的叠层电池理论转换效率可达43%，是未来远期的重点发展方向。

根据光伏龙头隆基绿能的公告，其自主研发的HJT电池实验室已经能够达到26.81%，通威股份在25.67%，结合更精简的工艺产线和低能耗，HJT的综合优势开始显现。但HJT工艺不同，生产线与传统PERC/TOPCon也大不相同，在规模未放量之前，不具备成本优势。

 

由于HJT电池工艺和结构的不同，是双面对称结构，叠加电池制备需要低温工艺，银浆的成本要显著高于传统P型电池和TOPCon电池。从降本提效的角度看，如何降低整体硅耗和金属化过程中的浆料成本，是从材料方面推动HJT晶硅电池规模化的主要途径。

在组件材料发展方向上，HJT电池片新材料可关注“2减1加”：减硅、减银、增光。

HJT电池片制备工艺的最大区别在于温度：因为TCO薄膜等非晶硅导电层的加入，如果烧结温度大于250℃，材料会向晶体转变，使电池失效。低温工艺无需顾虑高温烧结过程导致的硅片翘曲，因此HJT电池也有较大的硅片薄化潜力，为降低成本提供更多可能性。

 

钙钛矿电池新材料发展趋势

相比较传统晶硅电池，钙钛矿电池有多项优势，将是未来光伏电池发展的重要路线。

从材料性能本身看，钙钛矿相比传统的晶硅电池在实验室效率、弱光环境、生产工艺与效率等方面有明显的比较优势。并且，钙钛矿的工艺流程相对简单，产线投资成本较低，再加上本身材料的低价，钙钛矿材料基本被确定是推动光伏要降本增效的有效途径。

目前，钙钛矿已进入试量产，乐观预测产能将于2026年突破25GW，制造产值达到400亿。

2022年，协鑫光电、纤纳光电等多家先发企业已经开始百兆瓦产线的调试与试量产，其他企业也在快速跟进设备与产品验证工作。得益于钙钛矿的性能与成本优势，在产品验证普遍通过的情况下，行业乐观预测钙钛矿总产能将快速上升，于2026年达到26GW。

钙钛矿吸光层成本占比极低，主要成本集中在玻璃及其他封装材料上。

钙钛矿材料的光吸收能力强，在组件中的薄膜厚度与晶硅电池硅片厚度相差甚远，显著降低了材料成本。电池的材料成本主要集中在封装层，其中TCO导电玻璃、POE胶膜等占比较高。

不过目前来说，钙钛矿电池的产业化还存在着两大难点：（1）溶液涂布工艺中，大面积的钙钛矿薄膜容易出现均匀性与平整度的问题，最终严重影响光电转换效率；（2）钙钛矿材料本身的稳定性一般，产线上的产品在吸湿性、热稳定性等性能不达标。

从材料应用上讲，在封装过程中使用POE膜与TCO导电玻璃，将有助于提升材料稳定性，增加钙钛矿组件的使用寿命。

 

锂离子电池新材料发展趋势

储能与新能源汽车结合，迸发超级需求，储能/动力电池前景广阔。虽然补贴正在退坡，但得益于续航里程的不断突破，以及驾乘体验的稳定进步，新能源汽车的渗透率不断增长，动力电池装机量大增。

储能方面，风力发电与光伏发电的建设如火如荼，总发电量不断增长，但风光发电因其间歇性、周期性以及随机性的特点，会对电网整体的安全性和供电稳定性造成威胁，因此需要配备储能系统，以解决电力的就地存储，在国家层面提升绿色能源占比。

相较此前常见的可充电电电池，锂离子电池有着工作电压高、能量密度大、循环寿命长、可高功率放电等性能特点。电池充电时，正极材料中的锂脱出来，穿过隔膜进入到负极石墨中；电池放电时，锂离子又从负极石墨中脱出来，穿过隔膜回到正极材料中。

从材料成本上看，当前锂电池的正极材料占比最高，但随着2023Q1的碳酸锂价格下跌，正极材料成本占比有所下降。

随着新能源汽车等下游市场需求的放量增长，对电池的能量密度与量产价格提出了高要求，而若想满足不断精进的市场需求，需要电池厂商和上游原材料厂商在材料体系和电池结构等方面做出针对性的革新：高能量密度、高性价比。高能量密度代表着未来的发展方向，而高性价比意味着更快的商业化进度。

另一方面，随着锂电在新能源汽车动力电池、风光储能电池方面的应用不断加深，多元化的应用场景也对锂电池的性能提出更高、更多元的需求，主要体现在锂电池的能量密度、安全性能、使用寿命/循环次数、高压快充匹配、材料经济性等方面。

 

氢燃料电池新材料发展趋势

随着双碳目标的确定，氢能产业在实现碳中和路径中发挥至关重要的作用。

按照《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》规划，到2025年氢燃料电池车辆保有量约10万辆，到2035年突破100万辆。氢燃料电池汽车领域将率先实现产业化应用与运行，氢燃料电池客车、物流车、重卡等细分赛道，有望于2030年左右实现与纯电动车型相当的全生命周期经济性。

从产业链上来说，电堆是燃料电池的核心组成部分，成本占燃料电池整体的65%；膜电极则是电堆的最关键部件，成本占电堆成本的64%。膜电极不仅是氢燃料电池降本增效的核心部件，也是当前材料科技含量最高的环节，是氢燃料电池当之无愧的“心脏”。催化剂、质子交换膜主要来源于进口，国产化程度很低，是未来氢燃料电池国产替代的主要环节。

氢燃料电池能够将氢气和氧气的化学能直接转换成电能，是电解水的逆反应。基本原理是把氢和氧分别供到氢燃料电池的阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子，再通过外部的负载到达阴极。

电堆是氢燃料电池的核心，膜电极则是电堆的核心，成本占比64%。因此，膜电极相关的材料发展将很大程度上决定氢燃料电池的产业化进度，膜电极的材料发展与国产化值得关注。