技術(shù)導(dǎo)向：國(guó)內(nèi)水系電池的賽道融資2020年、2021年才拉開(kāi)序幕，真格、軟銀中國(guó)等已相繼出手。水系電池是技術(shù)導(dǎo)向型賽道，技術(shù)門(mén)檻高、研發(fā)難度大、商業(yè)化路徑不清晰，企業(yè)是否有對(duì)應(yīng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)業(yè)化團(tuán)隊(duì)支持尤為關(guān)鍵。

行業(yè)與市場(chǎng)：水系電池的需求方向比較明確，水系電池一旦完成商業(yè)化量產(chǎn)，在動(dòng)力運(yùn)輸方面將替代同系的鉛酸電池與鎳系電池，在儲(chǔ)能方面將替代現(xiàn)有的有機(jī)電池大面積鋪開(kāi)。市場(chǎng)切入順序與鋰電相反：短期在用戶(hù)儲(chǔ)能、電網(wǎng)儲(chǔ)能場(chǎng)景，長(zhǎng)期爆發(fā)在動(dòng)力運(yùn)輸場(chǎng)景。

機(jī)遇和挑戰(zhàn)：水系電池從性能、成本、安全性、環(huán)保性都突破了現(xiàn)有商業(yè)電池的問(wèn)題，是備受矚目的新型電池。由于產(chǎn)品處于非常早期的階段，當(dāng)前的性能參數(shù)都停留于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，在大量產(chǎn)業(yè)化后未必能夠符合現(xiàn)有預(yù)期。

以下為本文目錄，建議結(jié)合要點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性閱讀。

本篇行研將分為4個(gè)部分闡述：

01. 技術(shù)背景

02. 市場(chǎng)背景

03. 一級(jí)市場(chǎng)概況

04. 行業(yè)總結(jié)

01. 技術(shù)背景

問(wèn)：什么是水系電池？

水系電池是指以水為電解液溶劑的蓄能電池。

在新能源成為趨勢(shì)的今天，電池已廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē)、消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備以及各式儲(chǔ)能電源系統(tǒng)中。電池的封裝形式有所不同但基本組成一致，主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液以及隔膜四個(gè)部分。

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廣義上的水系電池，包含了鉛酸和鎳氫、鎳鐵等強(qiáng)酸強(qiáng)堿的水電解液電池。

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狹義上的水系電池，是指在近中性水系電解液中尋找到合適的電堆材料形成穩(wěn)定的電池結(jié)構(gòu)，以犧牲部分能量密度為代價(jià)達(dá)到安全、低成本、無(wú)毒的目的。

問(wèn)：水系電池是如何發(fā)展起來(lái)的？

我們發(fā)現(xiàn)電池電解液的發(fā)展路徑本身就是從水系出發(fā)，在動(dòng)力電池上迭代到有機(jī)溶劑體系。當(dāng)前的水系電池是對(duì)早期電池的一次技術(shù)和材料的迭代。

在傳統(tǒng)電池中，通常使用水作為無(wú)機(jī)溶劑的電解液體系，相較于有機(jī)電解液，水系電解液具有高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)的離子電導(dǎo)率，因此通?？商峁└叩墓β拭芏?。但由于水的理論分解電壓為1.23V，以水為溶劑的電解液體系的電池電壓最高也只有2V左右（例如鉛酸電池），無(wú)法提高能量密度。

在鋰離子電池中，電池的工作電壓通常高達(dá)3~4V，必須采用非水的有機(jī)電解液體系。

由于傳統(tǒng)水系電池與鋰電池仍存在許多不足，如鎳氫電池的強(qiáng)堿性電解液及高昂的價(jià)格，鎳鎘電池的毒性及記憶效應(yīng)，鉛酸電池的環(huán)境污染及低循環(huán)壽命、鋰電的易燃易爆等。因此，開(kāi)發(fā)采用近中性水系電解液和低毒電極材料的水系電池(如水系鋰、鈉離子電池) 成為近期研究的熱點(diǎn)。

問(wèn)：為什么要研究新型水系電池？

水溶劑具有低成本、不可燃性與無(wú)毒性，是與固態(tài)電池并列的安全技術(shù)路線(xiàn)。

問(wèn)：為什么存在了多年的傳統(tǒng)水系突然有新的發(fā)展和突破了？

傳統(tǒng)的技術(shù)背景下，水系電池的技術(shù)瓶頸主要有兩點(diǎn)：

一是因?yàn)樗等軇┑碾妷捍翱趦?yōu)先導(dǎo)致的電池能量密度低;

二是新電池結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的電池循環(huán)性差，電池壽命有限。

多年的技術(shù)累積和發(fā)展，現(xiàn)有的水系電池已經(jīng)通過(guò)電壓窗口拓寬和電極設(shè)計(jì)的技術(shù)突破來(lái)解決。

技術(shù)的突破有望帶來(lái)一絲量產(chǎn)的希望，但是要知道，水系電池雖然理論上積累時(shí)間較長(zhǎng)，在實(shí)際落地仍處于早期階段，對(duì)于雙極金屬材料的選擇、電解質(zhì)材料以及隔膜現(xiàn)有技術(shù)路徑對(duì)比和成本分析：

與現(xiàn)有的電池技術(shù)來(lái)對(duì)比，水系電池的主要優(yōu)勢(shì)在于其安全性和環(huán)保性，劣勢(shì)也很明顯，在于能量密度和電池壽命。

// 主流技術(shù)路徑

水性電池（ABs）可以分為分為兩類(lèi)：金屬離子型ABs和非金屬離子型ABs。

當(dāng)前發(fā)展最快的屬于金屬離子型ABs。我們也對(duì)該類(lèi)型下的細(xì)分產(chǎn)品做了一定的參數(shù)對(duì)比。

各種金屬離子AB，如Li+、Na+、K+、Zn2+、Mg2+、Ca2+和Al3+，已經(jīng)在金屬離子嵌入化合物的基礎(chǔ)上被證明（發(fā)展路徑：如Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Zn）。目前主流在發(fā)展的為水系鋰、水系鉀、水系鈉和多價(jià)的水系鋅離子電池。

在眾多技術(shù)路徑中，我們發(fā)現(xiàn)水系鋅離子電池格外受到關(guān)注。

其主要原因是鋅的儲(chǔ)備豐富，具有成本方面的優(yōu)勢(shì)；其次是鋅離子本身的金屬特性帶來(lái)的電池性能方面的優(yōu)勢(shì)。由于鋅具有很好的電化學(xué)可逆性，除鋅負(fù)極之外，大多數(shù)金屬在水系介質(zhì)中都不能直接用作負(fù)極。

同樣，水系鋅也面臨正極材料的選型問(wèn)題和負(fù)極的副反應(yīng)問(wèn)題（鋅枝晶、腐蝕以及生成堿式硫酸鋅等副反應(yīng)產(chǎn)物），容易有隔膜穿刺的問(wèn)題造成短路。

// 新型水系技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)Mapping

02. 市場(chǎng)背景

前面主要是技術(shù)側(cè)的問(wèn)題，接下來(lái)看看新型水系電池的市場(chǎng)化進(jìn)度。

水系電池的行業(yè)驅(qū)動(dòng)主要來(lái)自?xún)煞矫妫皇鞘袌?chǎng)對(duì)更安全的電池訴求，二是國(guó)內(nèi)政策對(duì)新型儲(chǔ)能的推動(dòng)。

需求側(cè)：行業(yè)內(nèi)部加快了對(duì)資源儲(chǔ)備更豐富、成本更低、更安全環(huán)保電池體系的研究和量產(chǎn)進(jìn)程。水系電池能夠?qū)崿F(xiàn)電池全生命周期的降本增效且增強(qiáng)安全性與環(huán)保性。水系電池可以在現(xiàn)有的鋰離子電池工廠生產(chǎn)，幾乎不需要改造，運(yùn)營(yíng)成本更低，并且不需要昂貴的干燥室、防火鎖和溶劑回收系統(tǒng)。

政策側(cè)方面，中國(guó)從2020年起開(kāi)始關(guān)注儲(chǔ)能&電池安全的問(wèn)題，并在近兩年接連提出相關(guān)政策要求與安全標(biāo)準(zhǔn)。一系列政策也側(cè)面推動(dòng)了新型、安全電池的發(fā)展。

? 2020年，工業(yè)和信息化部組織制定的GB 18384-2020《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》、GB 38032-2020《電動(dòng)客車(chē)安全要求》和GB 38031-2020《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》三項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，并于2021年1月1日起開(kāi)始實(shí)施。

? 2021年6月，在《新型儲(chǔ)能項(xiàng)目管理規(guī)范（暫行）（征求意見(jiàn)稿）》叫停動(dòng)力電池梯次利用。

? 2021年7月23日，國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局發(fā)布了最新儲(chǔ)能政策《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》。

? 2022年9月，工信部提出將高度重視電動(dòng)自行車(chē)用鋰離子電池質(zhì)量安全。

從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)看，水系電池的整體產(chǎn)業(yè)鏈與有機(jī)離子電池類(lèi)似（更類(lèi)似于鈉離子電池），主要差異表現(xiàn)在上游正、負(fù)極材料的設(shè)計(jì)與電解液的不同。而現(xiàn)有工藝流程基本類(lèi)似，因此不涉及到大范圍的硬件設(shè)備變動(dòng)。水系電池的制備過(guò)程中不需要真空、無(wú)水環(huán)境，從而降低了生產(chǎn)成本。

// 新型水系電池的應(yīng)用場(chǎng)景是什么？

我們對(duì)水系電池市場(chǎng)進(jìn)入順序的判斷是：增量市場(chǎng)優(yōu)先長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景，長(zhǎng)期可以關(guān)注動(dòng)力場(chǎng)景的替代，2030年水系電池國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模大約在450億人民幣左右。

儲(chǔ)能場(chǎng)景：電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)中核心組成部分，成本占到儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的50%，是儲(chǔ)能降本的關(guān)鍵。水系液流電池目前已成為安全儲(chǔ)能的較好選擇，但由于液流電池設(shè)備繁重，占地較大更適用于大型儲(chǔ)能場(chǎng)景，同時(shí)液流電池的度電成本也較高，平均在0.7元-1.2元之間。

水系電池由于其能量密度與性能限制，將主要應(yīng)用于替代、延伸后備電源及風(fēng)能太陽(yáng)能構(gòu)成的中小離、并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)（如戶(hù)儲(chǔ)），理想情況下整體儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本可與蓄水儲(chǔ)能相比（0.2元/kwh vs 0.25-0.3元/kwh）。

以2019-2025全球中小型光伏儲(chǔ)能市場(chǎng)來(lái)計(jì)算，目前以鋰電為主的新型儲(chǔ)能方式占市場(chǎng)份額12%，按照目前市場(chǎng)推廣情況預(yù)計(jì)，2025年，全球水系電池可應(yīng)用的儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模在300億人民幣。

動(dòng)力電池：由于和商用鋰離子電池相比，水系電池整體上在能量密度方面并不具有優(yōu)勢(shì)，其最大的特點(diǎn)是安全性和低成本，因此該技術(shù)在動(dòng)力運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景長(zhǎng)期發(fā)展有可能會(huì)按照二輪電動(dòng)車(chē)電池（替代）、船舶航運(yùn)（增量）、汽車(chē)啟停電池（非鋰電電池）的順序。

柔性穿戴設(shè)備：相比于鋰離子電池，水系鋅的彎曲度（bending）會(huì)有更大的提升，因此從全球的技術(shù)發(fā)展水平來(lái)看，目前水系電池的產(chǎn)品商業(yè)化進(jìn)度還處于非常早期的階段，全球第一款非實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的產(chǎn)品為東芝于2020年開(kāi)發(fā)的水系鋰離子電池。全球來(lái)看整體水系電池研發(fā)進(jìn)度水鈉系的電池海外研發(fā)進(jìn)度更快，而水鋅系則是國(guó)內(nèi)快于海外。

國(guó)際上，美國(guó)、日本優(yōu)先發(fā)展水系鋰、水系鈉離子電池；國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被高校背景的跨國(guó)科研創(chuàng)業(yè)公司占據(jù)，電池巨頭尚未入局。

// 案例分析：Aquion Energy 的滑鐵盧

任何技術(shù)的發(fā)展都不是一帆風(fēng)順，在水系電池創(chuàng)業(yè)方面，Aquion Energy的破產(chǎn)并購(gòu)或許能成為一個(gè)電池創(chuàng)業(yè)的“反面典型案例”。Aquion Energy是全球第一家批量生產(chǎn)水系鈉離子電池的公司。該公司是當(dāng)年著名的明星團(tuán)隊(duì)+明星資本的高起點(diǎn)團(tuán)隊(duì)，但因?yàn)槿狈ι虡I(yè)化思維且入場(chǎng)時(shí)機(jī)錯(cuò)誤，導(dǎo)致成立10年后破產(chǎn)收尾。

? AquionEnergy于2007年成立；2013年接受比爾蓋茨D輪投資5500萬(wàn)美元；2017年3月因?yàn)橘Y金鏈斷裂Aquion裁員80%并宣布破產(chǎn)。

? 2017年底接受泰坦能源注資916萬(wàn)美元。

? 2017年正式宣布申請(qǐng)破產(chǎn)保護(hù)之前，Aquion一共獲得了近2億美元的融資，投資人包括比爾˙蓋茨，凱鵬華盈（Kleiner Perkins）和殼牌等。2016年，Aquion Energy還被《麻省理工科技評(píng)論》評(píng)為全球“最聰明的公司”第五名。

公司破產(chǎn)的原因很明顯：一方面是創(chuàng)業(yè)時(shí)間點(diǎn)撞上了2015年后鋰電池大幅降價(jià)造成了市場(chǎng)沖擊，水系電池在成本上失去了優(yōu)勢(shì)；另一方面是公司對(duì)產(chǎn)能的規(guī)劃過(guò)早，產(chǎn)需不匹配。其成立后迅速在全球布點(diǎn)了200+的項(xiàng)目成為公司資金鏈斷裂的主要原因。

03. 一級(jí)市場(chǎng)概況

除開(kāi)AquionEnergy的坎坷，我們?cè)谛滦退惦姵氐囊患?jí)市場(chǎng)里也看到了一些新起的熱度。水系電池一級(jí)市場(chǎng)處于早期階段，公司多成立于2018年后，融資事件集中在2021年后，目前估值范圍在1億-3億內(nèi)。可以看到整體賽道熱度還在爆發(fā)前期，估值處于VC輻射范圍內(nèi)。

一級(jí)市場(chǎng)發(fā)展路徑多為高校項(xiàng)目組技術(shù)成熟后獨(dú)立出學(xué)校進(jìn)行產(chǎn)品商業(yè)化，因此賽道技術(shù)人才集中，融資目的還是多為中試產(chǎn)線(xiàn)建。

水系電池可以在現(xiàn)有的鋰離子電池工廠生產(chǎn)，幾乎不需要改造，運(yùn)營(yíng)成本更低，并且不需要昂貴的干燥室、防火鎖和溶劑回收系統(tǒng)。

04. 行業(yè)總結(jié)

賽道：

總的來(lái)看，水系電池目前還處于早期階段，行業(yè)剛剛完成0到1的產(chǎn)品成型，行業(yè)格局尚未形成，電池巨頭也尚未進(jìn)入市場(chǎng)，預(yù)計(jì)市場(chǎng)內(nèi)的參與玩家數(shù)量在2年內(nèi)會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。對(duì)于整個(gè)賽道的終局可以判斷得出當(dāng)前的有機(jī)系電池為在儲(chǔ)能行業(yè)是過(guò)渡形式，新型水系電池也是對(duì)現(xiàn)有電池體系的挑戰(zhàn)，以圍繞水系電解質(zhì)為中心重新構(gòu)造電池結(jié)構(gòu)的方式希望最終形成無(wú)污染、低成本、安全、高效率的儲(chǔ)能供能產(chǎn)品。

初創(chuàng)企業(yè)：

對(duì)于創(chuàng)業(yè)公司來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目人員配置是否完備是非常重要一點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)人員需要有能力進(jìn)行水系電池正負(fù)極設(shè)計(jì)、電解液設(shè)計(jì)。璞躍中國(guó)移動(dòng)出行團(tuán)隊(duì)觀察到，創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)成員都有相應(yīng)水系電池背景多年研發(fā)設(shè)計(jì)背景，且學(xué)歷均為博士及以上。同時(shí)產(chǎn)業(yè)化渠道也必不可缺，需要負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)化的成員有相關(guān)水系電池產(chǎn)銷(xiāo)背景，來(lái)自如傳統(tǒng)鉛酸、鎳氫公司（國(guó)能等）。

審核編輯 ：李倩