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锂电池行业发展现状与未来趋势

2022-10-18 来源:第一锂电网 浏览数:12

锂电池是以锂金属或锂合金为正极材料,使用非水电解质溶液的电池。锂电池与锂离子电池不一样的是,前者是一次电池,后者是充电电池。锂离子电池工作原理就是依靠锂离子在正极和负极之间来回移动。充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,穿越隔膜到达负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合,锂离子的移动便产生了电流。在电动汽车高速增长的带动下,我国锂电池产业继续保持快速增长态势,行业创新不断加速,新产品、新技术不断涌现,各种新电池技术也相继问世。  

安徽省宣城市将新能源作为主导产业,主要围绕光伏和锂电池行业发展,但起步较晚,通过近年的招引和培育,锂电池产业链集群初具雏形,市经开区集聚了25家锂电池产业链企业,涵盖了正负极材料、电解液、隔膜、铜箔及电芯等类型。但总体而言,企业规模普遍不大、带动力不强,技术相对落后、研发投入不足,缺少龙头型企业。当前,立足补链、强链、延链,着眼于招大引强,是新一轮锂电池行业招商引资的重点和关键。


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  一、我国锂电池发展现状
  经过几十年的发展革新,我国的锂电池产业从数量上、质量上都取得了极大的突破,而且在政策、补贴的推动下,锂电池产业诞生出许多具有全球竞争力的企业。2021年我国锂电池出货量达229GW,预计2025年出货量有望达到610GW,年复合增长率超过25%。
  通过近年来的市场分析,主要有以下特点:
  (一)市场规模持续增长。2015年至2020年,中国锂离子电池市场规模持续增长,从985亿元增长到1980亿元,到2021年达到3126亿元。但是受价格等因素的影响,增速放缓,同比增长率从37.76%下降到2020年的13.14%。按容量计算,2020年我国锂离子电池产量148GWh ,同比增长19.2%,但是到2021年该产量达到324GWh,同比增长118.9%,产量高速增长。按照这个数来算,近年产量持续增长,2016年至今2021年我国锂离子电池产量从84.7亿只增长到232.6亿只,但是同比增长率从51.3%下降到23.4%。
  (二)动力电池占比大且增长更快。新能源汽车的快速增长带动动力电池的持续增长。2021年消费、动力、储能型锂电产量分别为72GWh、220GWh、32GWh,分别同比增长18%、165%、146%,占比分别22.22%,67.9%,9.88%,动力电池的占比最大且增长最快。动力电池中又以磷酸铁锂电池占比高,2021年磷酸铁锂电池产量累计125.4GWh,占总产量57.1%,同比累计增长262.9%。
  (三)方形电池逐步占据主导地位。方形电池的性价比最高,目前已占据中国市场主流,2021年方形锂电池市场份额约80.8%。软包电池电芯能量密度最高,但因为铝塑膜容易破损,电池组需加装更多保护层,导致整体能量密度不具备优势,同时标准化程度极低,导致生产成本偏高,故市场份额约9.5%。圆形电池成本最低,但能量密度偏低,较少企业选择这类电池,因此市场份额较少约9.7%。
  (四)上游原材料成本波动大。受产业周期、疫情、国际局势紧张等多重因素影响,2022年动力电池上游原材料成本涨幅不断增加。如电池级碳酸锂价格为一路飙升,从2013年的4.16万元/吨增长到2022年6月的47.49万元/吨,尤其是2022年价格涨势高,2022年6月价格增幅高达425.3%。但自7月份形开始,正负极等材料价格均出现了一定幅度的回落。
  二、锂电池材料行业市场状况
  锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。具体可分为正极材料、负极材料、电解液、隔膜、铝塑膜等。
  (一)正极材料
  锂电池正极材料是其电化学性能的决定性因素,对电池的能量密度及安全性能起主导作用,且正极材料的成本占比也较高,占锂电池材料成本的30%-40%,因此正极材料是锂电池最为关键的材料。锂电池按照正极材料体系来划分,主要分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等技术路线。钴酸锂成本较高、寿命较短,主要应用于3C产品;锰酸锂能量密度较低、寿命较短但成本低,主要应用于专用车辆;磷酸铁锂寿命长、安全性好、成本低,主要应用于商用车;三元材料尤其是NCM能量密度高、循环性能好、寿命较长,主要应用于乘用车。目前三元锂电池和磷酸铁锂电池是行业主流路线,磷酸铁锂受益于电动汽车和储能市场的增长带动,将成为未来5年增长最快的正极材料。
  从竞争格局来看,近年来钴酸锂的市场集中度不断提高,头部集中化趋势逐步显现。2021年,厦钨新能、杉杉能源、盟固利新材料、巴莫科技、格林美(002340)占据钴酸锂市场份额前五,市场份额分别为42%、14%、10%、9%、6%,累计占比高达82%。钴酸锂的高集中度与高低端产品显著分层、高端产品壁垒提升、整体市场已走向成熟密切相关,未来高电压钴酸锂等产品或促使产品壁垒进一步提升。三元材料的市场集中度相对较低,容百科技以11%的市场份额位居第一,巴莫科技、当升科技(300073)、长远锂科紧随其后,市场份额均为10%,各厂商间的差距相对较小,行业格局较为分散。磷酸铁锂正极材料集中度较高,湖南裕能和德方纳米(300769)两家独大。其中湖南裕能市占率为22%,处于龙头地位。其次是德方纳米,占比20%。
  数据显示,我国锂电池正极材料市场规模由2016年213.8亿元增至2020年751.9亿元,年均复合增长率为36.9%。2021年市场规模达877.1亿元,据预测,2022年我国正极材料市场规模可达1002.3亿元。
  (二)负极材料
  负极材料是锂离子电池的重要组成部分。主要影响锂电池的容量、首次效率、循环性能等。负极材料由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压形成。负极材料在动力电池成本的占比约为5%~15%。
  目前锂电池负极材料主要以人造石墨和天然石墨为主,发展趋势为向石墨负极中掺杂硅形成能量密度更高的硅基负极。现阶段,人造石墨为负极主流路线。硅基材料应用潜力较大,未来市场空间广阔。
  2021 年中国锂电负极市场出货量 72 万吨,同比增长 97%。由于人造石墨的一致性和循环性能好于天 然石墨,更契合动力及储能电池的需求,人造石墨产出货量占比持续提升至 84%,而天然石墨市场份额下降至 14%。我国负极材料市场集中度较高,行业竞争格局相对较好,CR3达到56%。其中,贝特瑞、璞泰来(603659)(江西紫宸)和杉杉股份(600884)一直处于头部地位,占比分别为26%、15%、15%,东莞凯金近年市占率有所提高,占比13%。
  数据显示,我国锂电池负极材料市场规模由2016年64.6亿元增至2020年140.2亿元,年均复合增长率为21.4%,2021年市场规模达159.1亿元。据中商研究院预计,2022年我国负极材料市场规模可达178亿元。
  (三)电解液
  电解液是电池中离子传输的载体,具体是在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。锂电池电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的。其中按其结构的不同,有机溶剂可以分为主要成分有六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、五氟化磷等。
  目前我国锂电池电解液行业集中度较高,行业业务规模前三名集中度超60%。同时近几年我国锂离子电池电解液龙头企业不断投资建厂扩产,行业竞争格局稳定,集中度正在进一步提升。有相关数据显示,国内锂离子电池电解液前三分别为天赐材料(002709)、新宙邦(300037)、国泰华荣,2021年,上述三家企业的市场份额合计67.1%。其中天赐材料市场份额最高,属于该行业绝对龙头,占比33.1%
  数据显示,2021年我国锂电池电解液由2017年11万吨增长到50.7万吨。预计2022年我国锂电池电解液出货量可达62.6万吨。
  (四)隔膜
  锂电池隔膜是锂电池原材料之一。位于电池内部正负极之间,保证锂离子通过的同时,阻碍电子传输,是一种具有微孔结构的薄膜,是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用
  锂膜的制造工艺分为干法和湿法,从隔膜产品结构来看,我国隔膜市场出货仍以湿法隔膜为主。湿法隔膜性能较高,厚度更薄,可提高锂电池能量密度。干法隔膜的核心优势在于成本更低,产线投资额低、单位能耗低,更适用于对成本敏感度高而对能量密度要求低的应用场景,譬如储能市场。
  在湿法隔膜方面,呈现出‘一超多强’的行业格局,恩捷股份(002812)在2021年产能大规模释放下,隔膜产量超过30亿平大关,湿法隔膜市场龙头地位进一步稳固,湿法隔膜的市场占有率超过50%。星源材质(300568)和中材科技(002080)位居第二梯队。
  在干法隔膜方面,整体呈现出‘三足鼎立’的市场格局。中兴新材在产能释放以及下游大客户需求放量的情况下,一举成为干法隔膜龙头企业。星源材质以21%的市占率退居第二,其他玩家有惠强新材、中材科技等。
  隔膜生产工艺复杂,资金投入大,且需要长时间的研发和生产经验积累, 是锂电池四大材料中最后才实现国产替代的材料。近年来,锂电隔膜在锂电池需求增长带动下,出货量也实现快速的增长。数据显示,2021年中国锂电隔膜出货量78亿平方米,同比增长超100%。预计2022年我国锂电池隔膜出货量将超150亿平方米,市场规模可达36.7亿元。
  (五)铜箔
  锂电铜箔作为锂离子电池负极集流体,充当负极活性材料的载体;在锂电池成本占比不高,大概在5-10%左右,但对电池综合性能具有重要影响。因此,锂电铜箔是锂电池不容忽视的重要部件。根据厚度不同,锂电铜箔可分为薄铜箔(12-18微米)、超薄铜箔(6-12微米)和极薄铜箔(6微米及以下)。由于新能源汽车对能量密度的要求较高,动力电池倾向于采用厚度较薄的超薄和极薄铜箔。
  受益中国新能源汽车以及锂电池行业较快发展,中国锂电铜箔发展处于全球领先的地位,产品涵盖薄铜箔、超薄铜箔和极薄铜箔。目前我国6纳米锂电池铜箔市场较为广阔,但传统7-8纳米铜箔市场竞争激烈。
  2020年我国锂电池铜箔出货量排前五的分别是龙电华鑫、诺德股份(600110)、嘉元科技、铜冠铜箔(301217)与九江德福,龙电华鑫以18.4%的市场份额暂居第一。
  目前中国已成为了全球最大的锂电铜箔生产国,2015-2021年中国锂电池铜箔行业平均增速高达80%。2020年中国全年锂电铜箔出货量为12.5万吨,同比增长13.9%,其中含内资企业出货的10.5万吨及外资企业的2.0万吨。未来几年,在新能源汽车产业受国家政策继续驱动及行业调整后,市场预计将再次进入快速发展阶段,动力电池将带动中国锂电铜箔市场保持高速增长趋势。2021年锂电铜箔出货15.4万吨,预计2022年将增长至18万吨。
  (六)铝塑膜
  铝塑膜是软包电池核心材料,对于电池轻量化起着关键作用。相较于钢壳、铝壳或塑料壳等包装材料,铝塑膜具有质量轻、厚度薄、外形设计灵活等优势,正在逐渐成为市场主流。整体来看,我国铝塑膜行业市场规模呈上升趋势。由2016年的30亿元增长至2020年的41亿元,年均复合增长率达8.1%,2021年达48亿元。据中商产业研究院预测,2022年我国铝塑膜行业市场规模将达57亿元。
  (七)设备
  电池生产的流程,把正负极材料分开均匀搅拌成浆,搅拌后的正极材料涂抹在铝箔上,负极材料涂抹在铜箔上。正负极材料之间用隔膜隔开,涂布后的极片进一步压实,提高能量密度。然后根据不同类型进行切片、烘烤、卷绕、入壳、注入电解液等,最后进行封装测试。
  其中所需要用到的锂电池设备包括真空搅拌机、涂布机、辊压机、卷绕机、注液机、检测机等。锂电池设备主要分为前段、中段、后段。前段设备价值量最高,主要由日韩企业把控。我国在锂电设备中后端制造生产方面技术领先,已达到国际先进水平,价格方面优势明显。从营收规模来看,先导智能(300450)是设备领域绝对龙头,2021年相关业务营收为69.56亿。其次为赢合科技(300457),相关营收49.07亿,其他企业还有科恒股份(300340)、璞泰来、杭可科技、华自科技(300490)等。
  三、2022年锂电池行业发展预判
  目前,疫情对生产端影响已逐渐趋于缓解,根据下游销量与上游产能利用率来看,锂电池仍处于供不应求状态,企业纷纷扩大产能。原材料方面,国内新能源车对成本更为敏感,磷酸铁锂的需求相对于三元前驱体更为旺盛,价格高位维持。目前电池电芯价格有所上升,电池生产企业毛利率有所好转。考虑到锂电池板块估值处于近年来底部,储能需求的不断增加,部分地区开始补贴汽车消费,后期锂电池产业链仍将快速发展。
  (一)储能应用爆发,形成与EV双轮同步增长的态势。2021年全球储能电池出货量203.5GW,我国出货量43.44GW,占21.3%。随着“双碳”推进,绿电高速发展,储能需求愈加迫切,据第三方预测2025年全球锂电池出货量将达到1218GW,储能占比将达到36%。
  (二)方形电池比例继续上涨。动力类方形电池比例进一步上升,储能电池以方形铁锂为主导,圆柱类4680投产进度加快。
  (三)EV电池市场集中度继续提升。宁德时代(300750)、比亚迪(002594)作为第一梯队,市场份额超过70%,国轩高科(002074)、中航锂电市场份额接近5%,第三梯队市场份额均小于3%,差(五)储能应用持续增长,EV需求仍保持强劲势头。距仍有拉大趋势。
  (四)动力电池价格持续上涨。受原材料上涨,拉闸限电产能下降,能耗双控和人工成本增加等因素影响,动力电池电芯价格暂时难以回落。
  (五)上游原材料供需仍有缺口。占比最大的磷酸铁锂由于产能不足,新增产能有限,需求紧张;电解液缺口进一步扩大,预计价格区间10—15万元/吨,涨幅最大。
  (六)钠离子电池、固态电池等核心技术仍在突破。受原材料资源和成本影响,此类电池关注度高居高不下,但短时间内难以实现规模量产,无法形成与锂电池的竞争。
  四、锂电池行业未来趋势
  (一)电池产业新技术逐渐迈向成熟。锂电池的无模组设计、刀片电池、弹夹电池等系统结构创新技术实现规模化应用,高镍无钴电池、固态/半固态电池等前沿技术取得突破。同时随着技术的进步,动力电池能量水平不断攀升。三元方形电池能量密度接近300Wh/kg,软包电池已达到330Wh/kg;半固态电池能量密度也已突破360Wh/kg,预计到2025年将实现400Wh/kg;未来锂硫电池能量密度有望达到600Wh/kg。
  特别是液态电解质锂离子电池存在着热失控的风险,氧化物电解质有望成为高性能电池的重要选择。未来的电池将朝着更高的比能量发展,整个电芯从液体向着更安全的混合固液和全固态电池发展。同时,更高比能量的高镍和富锂锰基,正极将成为大发展方向,以满足续航里程达到1000km的乘用车要求以及电动飞机要求;此外,基于改性锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰尖晶石的正极材料,与高容量的负极材料相匹配,形成针对600公里纯电动汽车续航的解决方案。
  (二)实现“双碳”目标加快推动电池回收。电池具有高回收价值,退役电池仍然可以经过回收、提升后再投入使用。即使是电池报废的时候,还可以回收其中的锂钴镍资源。正极材料里面金属的循环利用以及电池中的铝和铜的回收利用,不仅对供应链安全十分关键,对碳排放的目标达成具有非常重要的意义。目前主要有三种电池回收方法:物理回收、火法回收、湿法回收。(1)物理回收通过回收可以降低整个电池生产链的碳排放;(2)火法回收回收方式减碳量少,且能耗比较大;(3)湿法回收的能耗会降低一些,但是有液体溶剂污染物排放等问题。据有关机构预计,2030年电池材料回收将形成规模;2050年前后,原始矿产资源和回收资源的供给量将达到相当水平。更长期来看,回收资源将逐步完全替代原始资源需求。
  (三)轻薄化、高能量密度、高安全性和快速充电是未来行业重要的发展方向。近年来,消费类电子产品向时尚轻薄化、人体工学外形设计及移动互联性不断增强的方向发展,且在消费类电子产品射频频段扩张、像素密度提升、处理器性能增强的背景下,消费类电子产品的能耗和发热问题也日益凸显,其对重量轻、体积小、容量大、能量密度高、尺寸可定制、安全性能好、可快充的锂离子电池需求不断增加。同时,面对电动汽车和储能市场的快速发展,动力电池在高安全、高比能量、长寿命和快速充电等方面的表现受到消费者关注。
  (四)技术进步进一步推动行业发展。电动自行车以及低速电动车将越来越多地使用锂离子电池替代传统的铅酸电池;在消费电池应用领域,5G技术的成熟及大规模商业化应用将催生智能移动设备的更新换代需求。此外,可穿戴设备、无人机、无线蓝牙音箱等新兴电子产品的兴起亦将为消费电池带来新的市场;在储能电池应用领域,电网储能、基站备用电源、家庭光储系统、电动汽车光储式充电站等都有着较大的成长空间。可以预见,锂离子电池行业发展空间广阔。

 

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