2022年我國新能源車迎來爆發(fā)式增長,新能源乘用車累計批發(fā)銷量為649.8萬輛,同比增長96.3%。在新能源汽車的強勁需求的帶動下,動力電池產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展,成為近年來增長最快的產(chǎn)業(yè)賽道之一。本文從動力鋰離子電池基本概念出發(fā),對動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題以及未來發(fā)展趨勢進行全面闡述。
01 認識:動力鋰離子電池
(一)定義與類型:磷酸鐵鋰、三元鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰
動力電池是指專為工具提供動力來源的電源,多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車提供動力的蓄電池。隨著對動力電池性能要求的不斷提升,動力電池不斷換代革新,從可反復循環(huán)使用的鉛酸電池,到鎳鎘電池,再到鎳氫電池,再到如今的鋰離子電池、鈉離子電池、燃料電池。動力鋰離子電池相比同時代其他電池,具有能量密度高、技術成熟度高、長循環(huán)壽命等特點,是現(xiàn)階段的主流動力電池。
動力鋰離子電池按照正極所用材料類型可分為磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池,相較于錳酸鋰和鈷酸鋰,磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池在能量密度、安全性、循環(huán)次數(shù)及生產(chǎn)成本等方面具備綜合優(yōu)勢,因此應用更為廣泛。


圖1 鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
(圖片引用自網(wǎng)絡)
正極材料是鋰離子電池中重要的鋰離子來源,主要類型有磷酸鐵鋰、三元鋰、鉆酸鋰、錳酸鋰等,目前磷酸鐵鋰和三元鋰較為常用。
負極材料是鋰離子和電子的載體,有著蓄能和釋放作用,主要類型有天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、石墨烯、硅基復合材料、鈦酸鋰等。出于成本技術成熟度等方面考慮目前負極材料市場依舊以人造石墨為主。
隔膜是用以將正負兩極分開防止在電解池中直接反應損失能量的一層薄膜,主要為聚烯烴微孔膜,包括PP(聚丙烯)/PE(聚乙烯)/PP多層復合隔膜、PP或PE單層微孔膜及其涂布膜。
電解液是一種媒介物質(zhì),在正、負極之間起著輸送離子的作用。電解液由溶質(zhì)、溶劑和添加劑組成。溶質(zhì)主要為LiPF6、LiBF4;溶劑主要為碳酸酯類溶劑;添加劑主要有碳酸亞乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)等。

圖2 鋰離子動力電池材料產(chǎn)業(yè)鏈
動力電池是新能源車制造成本最高部分,正極材料是動力電池成本占比最高的原材料。動力電池生產(chǎn)成本約占新能源車生產(chǎn)成本的38%,正極材料約占電池材料總成本的比例的35%-45%;負極材料約占比10%-20%;隔膜約占比15%-20%;電解液約占比10%-15%;其他輔助材料如鋼殼、鋁殼等約占成本的10%-15%左右。

圖3 新能源車及動力鋰電池成本構(gòu)成

圖4 新能源汽車銷量及滲透率

圖5 2018-2021年動力電池裝機量
展望未來,動力電池產(chǎn)業(yè)將在綠色革命的推動下繼續(xù)保持高速增長。世界主要經(jīng)濟體均設立了電動化目標,推動新能源汽車的發(fā)展。2020年10月,我國國務院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》,明確在2025年我國新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右,2035年,純電動汽車成為新銷售車輛的主流,公共領域用車全面電動化。美國亦在2020年《清潔能源革命和環(huán)境計劃》和2021年《新基建計劃》中充分鼓勵新能源汽車的發(fā)展,并確立了2030年新能源汽車滲透率50%的目標。歐洲國家中,法國提出2040年無使用化石燃料的汽車,英國提出2035年電動化率達100%。發(fā)展新能源汽車已成全球主要經(jīng)濟體的共識,動力電池作為新能源汽車能量存儲與轉(zhuǎn)換裝置的基礎單元,是新能源汽車的核心零部件,其技術發(fā)展水平是全球汽車產(chǎn)業(yè)電動化轉(zhuǎn)型的關鍵支撐。在全球汽車產(chǎn)業(yè)電動化的浪潮下,動力電池未來仍有數(shù)倍的增長空間,GGII預計,2025年全球動力電池出貨量將達到1,550GWh,2030年有望達到3000GWh。
動力電池生產(chǎn)商主要集中于中國、日本和韓國,行業(yè)內(nèi)參與企業(yè)眾多,競爭較為激烈,龍頭企業(yè)占據(jù)較高的市場份額,行業(yè)整體市場集中度較高。根據(jù)SNE Research調(diào)研數(shù)據(jù),2021年全球前十動力電池企業(yè)裝機量約為270.8GWh,占全球動力電池裝機量的91.2%。
我國部分企業(yè)已具備國際競爭力,在全球市場具備一定的競爭地位,在全球動力電池裝機量前十名中,我國企業(yè)占據(jù)6席,市場份額約為48%。寧德時代動力電池裝機量最高達96.7GWh,市場份額約為32.6%。此外,比亞迪、中創(chuàng)新航、國軒高科、遠景動力、蜂巢能源均進入裝機量全球前十。2021年中國前十動力電池企業(yè)裝機量占市場份額92.20%,在新能源汽車的強勁帶動下,市場對鋰離子動力電池的需求不斷提升,由于頭部企業(yè)產(chǎn)能及供應鏈保障更加充分,保障了快速增長的需求供應,市占率得到進一步的提升。


旺盛的需求刺激鋰價格的持續(xù)提升,2019年-2020年中旬國內(nèi)碳酸鋰價格仍維持為4-5萬元/噸,2021年年初上漲到7萬元/噸,2022年11月中旬一度逼近60萬元/噸大關,價格兩年內(nèi)上漲幅度超過十倍。碳酸鋰作為鋰離子電池生產(chǎn)的關鍵原料,其價格的激增侵蝕了電池廠商的利潤,抑制了產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

圖7 國內(nèi)碳酸鋰價格走勢
動力鋰離子電池對安全性和能量密度有著同樣的極致追求,但目前二者之間存在著一定的不可協(xié)調(diào)性。一是在電池充放電過程中,電池的能量損失致使放電時化學能/充電時電能會轉(zhuǎn)變成熱能;谀芰渴睾阍,能量密度越高,產(chǎn)生熱量越多。無法及時散出的熱量會在電池內(nèi)部積聚從而形成高溫。當電池長期工作在高溫狀態(tài)下,電池內(nèi)部的化學反應會越來越多,產(chǎn)熱也越來越多,會導致溫度不斷升高,進而引發(fā)熱失控風險。二是鋰離子電池電解液中有機溶劑具有易燃性,電池的高能量密度值是通過升高電池電壓來獲得的。若電解液耐高壓能力不足,就會被氧化分解,放出的熱量使電池溫度升高,高溫會引起電池內(nèi)部各種副反應的發(fā)生。如負極與電解液發(fā)生放熱反應;隔膜熔化,從而導致正負極發(fā)生短路等,最終導致熱失控的發(fā)生,甚至引發(fā)火災和爆炸。目前的技術水平下鋰離子電池的安全性和高能量密度之間的不可兼得性,一定程度上抑制著動力離子電池產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。
中國動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟對寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航、國軒高科、蜂巢能源等超80家電池、汽車、新能源領域廠商的248個項目的產(chǎn)能統(tǒng)計數(shù)據(jù),以2025年為時間節(jié)點僅寧德時代、比亞迪、蜂巢能源、中創(chuàng)新航、國軒高科這6家頭部企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃就達到3039GWH。浙商證券預計,到2025年全球主要動力鋰電池廠商的規(guī)劃產(chǎn)能將達到4335GWh。而根據(jù)SNE Research預計2022年全球動力電池出貨量為443GWh,3年十倍的增幅顯然并不切合目前實際。中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬指出,“2023年中國本土市場的新能源汽車增速很可能會下降,加上動力電池企業(yè)新建產(chǎn)能釋放,隨之電池供應一定會過剩。”億緯鋰能董事長劉金成也曾表示“預計最晚2024年,全產(chǎn)業(yè)鏈將出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的情況。”中國科學院院士歐陽明高也曾表示“2025年中國電池產(chǎn)能可能達到3000GWh,而出貨量則為1200GWh,產(chǎn)能過剩明顯。”
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