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鋰電池:消費、動力、儲能三分天下

發(fā)布日期:2022-11-14

核心提示:1.鋰離子電池:應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,規(guī)模加速擴張鋰離子電池是一種二次電池(充電電池),主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。
 1.鋰離子電池:應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,規(guī)模加速擴張

鋰離子電池是一種二次電池(充電電池),主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時,Li+從正極脫嵌,經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時則相反。

當(dāng)前,市場上主要使用的可充電電池按照材料可分為鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。鉛酸電池、鎳鎘電池內(nèi)含有大量鉛、鎘、汞等有害元素,廢棄后會產(chǎn)生大量有毒物質(zhì),對環(huán)境造成嚴(yán)重污染,在全球范圍內(nèi)其生產(chǎn)、銷售和使用已逐步受到限制。相比之下,鋰離子電池具有體積小、重量輕、能量密度高、工作電壓高、循環(huán)壽命長、充電速度快、無記憶效應(yīng)、環(huán)境污染小等優(yōu)點,正在逐漸替代鉛酸電池。

近年來,鋰離子電池在消費類電子產(chǎn)品、電動汽車、儲能裝置等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸加深,市場規(guī)模迅速擴大。根據(jù)高工產(chǎn)研(GGII)數(shù)據(jù)顯示,2020 年全球鋰電池出貨量 294.5GWh,同比增長 35.32%,2013-2020CAGR 達 26.13%。

EVTank 近期發(fā)布《中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書(2022 年)》表明,2021年全球鋰離子電池總體出貨量 562.4GWh,同比大幅增長 90.64%,預(yù)計 2030年之前全球鋰離子電池出貨量的復(fù)合增長率將達到 25.6%,到 2030 年總體出貨量或?qū)⒔咏?5TWh。從國內(nèi)市場來看,受益于消費電子產(chǎn)品普及與新能源汽車的銷量提升,國內(nèi)鋰電池迅速放量,產(chǎn)量由 2010 年的 26.87 億只提升至2021 年的 232.6 億只,其中 2021 年同比增長 22.4%,仍處于上升通道。GGII數(shù)據(jù)顯示,2021 年中國鋰電池出貨量為 327GWh,同比增長 130%,預(yù)計2022 年中國鋰電池出貨量有望超 600GWh,同比增速有望超 80%;2025 年中國鋰電池市場出貨量將超 1450GWh,21-25 年復(fù)合增長率超過 43%。

2. 鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈:體系成熟完整,專業(yè)化程度高

經(jīng)過近二十年的發(fā)展,鋰離子電池行業(yè)已經(jīng)形成了一個專業(yè)化程度高、分工明晰的產(chǎn)業(yè)鏈體系,上游為基礎(chǔ)原料,中游涵蓋電池材料、鋰離子電芯、鋰電池模組及 PACK,下游包括三大應(yīng)用領(lǐng)域與鋰電池回收利用。

1、上游:鈷、鋰、鎳、錳、石墨等是構(gòu)成鋰離子電池的基礎(chǔ)原料。

2、中游:

1)正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜四大材料與其他輔材正極材料:鋰離子電池通過正極出現(xiàn)的鋰離子在負(fù)極碳材中的嵌入與遷出來實現(xiàn)電池的充放電過程,正極材料在鋰離子電池四大材料中占據(jù)最為核心的地位,對電池的能量密度、循環(huán)壽命和倍率性能等綜合性能至關(guān)重要,其成本占鋰離子電池成本的 40%- 45%,決定了電池整體成本的高低。正極材料主要分為鈷酸鋰(LCO)、錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)、三元(NCM/NCA)等。

正極材料出貨結(jié)構(gòu)方面,受消費電池增速放緩影響,主要應(yīng)用于 3C 數(shù)碼領(lǐng)域的鈷酸鋰市場占比逐步下滑;在電動車市場高速增長驅(qū)動下,磷酸鐵鋰與三元正極材料合計市場份額由 2020 年的 70%提升至 2021 年的 81%,其中磷酸鐵鋰市場占比由 24%上升到 43%,三元市場占比則略微下滑。

根據(jù) GGII 預(yù)測,2022 年鐵鋰材料新產(chǎn)能投放將超 80 萬噸,在動力和儲能需求帶動下成為市場主流;三元正極材料新產(chǎn)能投放將超 40 萬噸,高鎳、無鈷以及高電壓化為技術(shù)演進方向。

負(fù)極材料:負(fù)極在電池中起儲鋰作用,對電池循環(huán)性能有直接影響,成本占比10%左右。目前的主流材料包括人造石墨、天然石墨等,其中人造石墨的綜合性能最優(yōu),占據(jù)負(fù)極材料的市場主流地位。硅碳負(fù)極在提升能量密度方面具備優(yōu)勢,有望成為未來負(fù)極材料演變方向。

電解液:電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)離子的作用,是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點的保證。電解液影響電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性等綜合性能,一般由高純度的有機溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料,在一定條件下、按一定比例配制而成。

隔膜:隔膜的主要作用是使電池的正、負(fù)極分隔開來,防止兩極接觸而短路,此外還具有能使電解質(zhì)離子通過的功能。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等,直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能。鋰電池電解液為有機溶劑體系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

2)鋰離子電芯:鋰離子電芯廠商使用上游材料廠商提供的正負(fù)極材料、電解液和隔膜,生產(chǎn)出不同規(guī)格、不同容量的鋰離子電芯產(chǎn)品。電芯在鋰電池模組成本構(gòu)成中占比超過 60%,被視為鋰電池的“心臟”。

3)鋰電池模組:由鋰離子電芯、電源管理系統(tǒng)、精密結(jié)構(gòu)件及輔料等構(gòu)成,是手機、便攜式電腦、智能硬件等消費類電子產(chǎn)品和新能源汽車的必需基礎(chǔ)元器件之一。鋰電池模組及 PACK 是將電芯加工成電池的過程,電池模組廠商根據(jù)下游客戶產(chǎn)品的不同性能、使用要求選擇不同的鋰離子電芯、電源管理系統(tǒng)方案、精密結(jié)構(gòu)件、制造工藝等,進行鋰電池模組的設(shè)計與生產(chǎn)。

3、下游:電池產(chǎn)品最終可應(yīng)用于消費電子領(lǐng)域(智能手機、平板電腦、智能手環(huán)等)、動力領(lǐng)域(電動自行車、電動汽車等)、儲能領(lǐng)域(電網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、5G 基站等)。

鋰離子電池回收利用:在電池使用壽命屆滿或報廢后,可對廢舊電池中的三元材料、磷酸鐵鋰、石墨等材料進行加工再生,使上述材料在電池產(chǎn)業(yè)中實現(xiàn)循環(huán)。主要途徑包括火法、濕法冶金工藝以及固相電解還原技術(shù)等。

3. 動力電池和儲能電池市場為消費電池廠商打開廣闊成長空間

按應(yīng)用領(lǐng)域不同,鋰離子電池主要分為消費型、動力型和儲能型三大類。其中,消費型鋰離子電池主要供應(yīng)手機、筆記本電腦、智能硬件等消費電子產(chǎn)品,動力型鋰離子電池應(yīng)用于混合動力汽車、純電動汽車、電動兩輪車等領(lǐng)域,而儲能型鋰離子電池則供太陽能發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等可再生能源儲蓄使用。

三類鋰電池處于不同的發(fā)展階段。消費電池起步較早,已歷經(jīng)相對完整的產(chǎn)業(yè)發(fā)展周期,目前步入成熟階段;動力電池近十年來異軍突起,當(dāng)前出貨量規(guī)模已占據(jù)主導(dǎo)地位;隨各國清潔能源替代計劃逐步推進,儲能電池呈高速增長態(tài)勢,目前受限于成本與技術(shù)仍處于市場導(dǎo)入期,預(yù)計將逐步邁入規(guī)?;A段,未來放量可期。

根據(jù)工信部,2021 年我國消費、動力、儲能型鋰電池產(chǎn)量分別為 72GWh、220GWh、32GWh,分別同比增長 18%、165%、146%,動力、儲能型鋰電池增速較快,占比進一步提升。在消費電池漸趨飽和、動力電池方興未艾的背景下,轉(zhuǎn)換產(chǎn)品方向、進軍動力和儲能領(lǐng)域成為眾多傳統(tǒng)消費電池廠商的戰(zhàn)略選擇。動力領(lǐng)域,海外來看,三星 SDI、LG 化學(xué)、松下等大體量電池廠商均于 21 世紀(jì)初陸續(xù)投入動力電池研發(fā),搶占市場獲取先發(fā)優(yōu)勢。

國內(nèi)來看,億緯鋰能、鵬輝能源較早切入動力電池業(yè)務(wù),動力電池對營收的貢獻迅速增長,已成為公司業(yè)績的重要支撐,其中億緯鋰能 2021 年動力電池業(yè)務(wù)共實現(xiàn)營業(yè)收入 100.07 億元,占鋰離子電池業(yè)務(wù)營收的 59.21%。欣旺達于 2008 年開始布局動力電池領(lǐng)域,2021 年動力電池總出貨量 3.52GWH,實現(xiàn)收入 29.33 億元,同比增長 584.67%,占總營收比重為 8.98%,較 2020 年上漲 5.6 個百分點。珠海冠宇布局相對較晚,2021年動力電池業(yè)務(wù)占營收比重為 0.91%,未來提升空間較大。

另外,當(dāng)前占據(jù)國內(nèi)動力電池龍頭地位的寧德時代(CATL),亦脫胎于消費鋰電龍頭 ATL 的動力電池部門。儲能領(lǐng)域,當(dāng)前全球儲能電池出貨量前四大廠商三星 SDI、LG 化學(xué)、寧德時代、松下均具備消費電池背景,鵬輝能源、欣旺達、德賽電池、億緯鋰能等二線廠商陸續(xù)切入。

歷經(jīng)多年積累,消費電池廠商在產(chǎn)業(yè)鏈整合、技術(shù)儲備等方面綜合實力突出,有望在動力、儲能新領(lǐng)域積極卡位。鋰離子電池為資金、技術(shù)密集型行業(yè),頭部企業(yè)站穩(wěn)腳跟需具備生產(chǎn)工藝、資金投入、上游供應(yīng)鏈整合、下游客戶認(rèn)證等方面的綜合實力。自 20 世紀(jì) 90 年代以來,消費鋰電行業(yè)已歷經(jīng)三十余年發(fā)展歷程,業(yè)內(nèi)企業(yè)大多擁有長期技術(shù)積累與產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)驗,許多廠商通過并購、合資等方式與上游材料供應(yīng)商建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系,具備良好的成本管控能力??v觀鋰電三大應(yīng)用領(lǐng)域的市場格局,三星 SDI、LG 化學(xué)、松下等國際消費鋰電巨頭轉(zhuǎn)向動力與儲能領(lǐng)域后仍迅速占據(jù)龍頭地位,充分印證了傳統(tǒng)消費電池廠商的相對競爭力。


 
 
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