钴酸锂电池行业分析

钴酸锂电池行业分析

电池及锂离子电池概述（一）电池概述电池是一种能量转化与储存的装置，根据原理不同可划分为化学电池、物理电池以及生物电池，其中应用最为广泛的是化学电池。化学电池指盛有电解质溶液和电极以产生电流的杯、槽、其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能。实用的化学电池可以分成两个基本类型：原电池与蓄电池。原电池又叫一次电池，制成后即可产生电流，但在放电完毕即被废弃。蓄电池又称为二次电池，使用前须先进行充电，充电后可放电使用，放电完毕后还可以反复充电循环使用。目前二次电池按所用电芯的正负极材料主要分为四种：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。因铅酸电池，镍镉电池内含有大量铅、镉、汞等有害元素，废弃后会产生大量有毒物质对环境造成严重污染，在全球范围内其生产、销售和使用已逐步受到限制。镍氢电池由于在能量密度、循环寿命、记忆效应等方面逊色于锂离子电池，近年来在手机、笔记本电脑等消费类电子产品领域的使用已逐渐被锂离子电池替代。（二）锂离子电池概述锂离子电池是一类依靠锂离子在正极与负极之间移动来达到充放电目的的一种二次电池。锂离子电池主要由正极（含锂化合物），负极（碳素材料），电解液，隔膜四个部分组成。电池充电时，正极上锂原子电离成锂离子和电子（脱嵌），锂离子经过电解液运动到负极，得到电子，被还原成锂原子嵌入到碳层的微孔中（插入）；电池放电时，嵌在负极碳层中的锂原子，失去电子（脱插）成为锂离子，通过电解液，又运动回正极（嵌入）；锂离子电池的充放电过程，也就是锂离子在正负极间不断嵌入和脱嵌的过程，同时伴随着等当量电子的嵌入和脱嵌。锂离子数量越多，充放电容量就越高。根据功能与应用领域的不同，锂离子电池主要分成消费类锂离子电池、动力类锂离子电池和储能类锂离子电池三大类；根据封装方式和形状的不同，锂离子电池可以分为软包电池、方形电池和圆柱电池；根据使用的正负极材料体系不同，锂离子电池可以划分为磷酸铁锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池和钛酸锂电池等。近年来，锂离子电池产业受到世界各国政府的高度重视和大力支持。随着21世纪微电子技术的不断发展，小型化电子设备的日益增多，消费者对电源有了更高的要求，再加上新能源汽车行业的不断发展和进步，从而使锂离子电池进入了大规模的实用阶段。目前，锂离子电池已大量应用在消费类电子产品（例如手机、笔记本电脑等3C产品）、新能源汽车和储能领域等。与传统的二次电池相比较，锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、重量轻、体积小、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、充电快速等优势，同时由于不含铅、镉等重金属，无污染、不含毒性材料，因此被广泛应用于消费类电子产品领域，以及新能源汽车和储能等领域，被称为绿色新能源产品。全球锂电池产业竞争格局自1991年全球第一只商业化锂离子电池由日本索尼推向市场以来，锂离子电池产业发展已走到其第25个年头。经过20多年的发展，锂离子电池市场规模从无到有，先后超越镍镉电池、镍氢电池等其他二次电池而发展成为仅次于铅酸电池的第二大二次电池产品。从1990年至2012年间，锂离子电池产量从0．5万kWh（1990年还处在试应用阶段）快速发展到3233．47万kWh（注：与国内统计的数据有所不同），年均复合增长率高达49%，仅次于铅酸电池的3．26亿kWh。2000年之前10年的锂离子电池市场规模的年均复合增长率高达70．8%，之后10年为年均27．1%。从2010年至2015年，比传统功能手机更耗电的智能手机以及平板电脑、电动汽车等新兴市场的崛起，推动了锂离子电池市场的快速发展和市场普及。到2015年全球锂离子电池产量快速发展到7921．7万kWh，是2010年的3倍多。在全球经济总体处于低谷徘徊的情况下，如此高速增长尤为难得。锂电池行业成本仍有下降空间降低成本是电动汽车对锂离子电池行业发展提出的另一需求。电动汽车的造价成本一般比传统燃油车高。而电动汽车中动力电池成本占比在40%左右，动力电池成本的降低对整车降本贡献最大。而且锂离子电池成本下降空间一直存在。自从大规模工业化应用以来，锂离子电池的制造成本呈现急速下降趋势。根据BloombergNEF数据，2019年全球动力锂离子电池包价格在156美元/kWh，预计到2024年降至93美元/kWh，到2030年进一步降至61美元/kWh。锂离子电池的失效分为性能失效与安全性失效。性能失效指锂电池容量衰减、循环寿命短、倍率性能差、一致性差、易自放电、高低温性能衰减等。安全性失效包括热失控、胀气、漏液、析锂、短路等。失效的内因较为复杂，电芯四大材料皆存在失效导火索。动力锂电池的失效直接影响电池的使用寿命与安全性。有效解决电池热失效问题主要方法为：1）使用阻燃添加剂防止有机电解液燃烧；2）开发不易燃的固态电解质。近年来，锂电池不仅广泛应用于新能源汽车、消费类电子产品、储能领域，而且受工业智能化、信息化、民用便利化以及互联网、物联网、智慧城市快速发展带动，应用场景日趋丰富、产品质量持续提升。根据高工产业研究院（GGII）统计数据显示，2021年中国锂离子电池产量达到324GWh，同比增长126．57%。同时，我国锂电池行业创新持续加速，高端产品供给能力不断提高，三元电池、磷酸铁锂电池等产品能量密度陆续取得突破，预计2022年中国锂离子电池产量将达到489GWh。从应用领域来看，我国锂电池主要分为动力型锂电池、消费型锂电池和储能型锂电池三大类，广泛应用于电动汽车、手机、笔记本电脑、电动自行车、电动工具、数码相机和储能等众多下游领域。根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年受新能源汽车发展带动，锂电池市场中动力型锂电池产量最大，为220GWh，占比达到68%。2021年，虽然全球经济依然受到了新冠疫情的负面影响，但一方面，国内新能源终端市场增长超预期，新能源汽车市场产量超过350万辆，同比增幅达到159．5%，带动国内动力电池出货量增长；另一方面，欧洲新能源汽车市场继续高增长，带动国内部分头部电池企业出口规模提升。因此，我国动力型锂电池产量呈高增长态势。根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年我国动力型锂电池产量达到220GWh，同比增长175．0%，预计2022年我国动力型锂电池产量将达到306GWh。在可穿戴设备、电子烟、无人机、服务机器人、电动工具等新兴市场快速增长背景下，消费型锂电池需求呈较快增长态势。根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年中国消费型锂电池产量达到72GWh。预计随着5G技术的进一步普及、应用场景的持续拓展，未来锂电池在消费相关领域将释放更大的市场空间，带来更多发展机遇，预计2022年我国消费型锂电池产量将达到122GWh。在风电、光伏装机量持续增长与5G基站建设加快的背景下，储能锂电池需求快速增长。2021年，在电力与通信储能市场推动的同时，加上全球化石能源价格上涨、储能参与电力市场收益性提升和国内新型储能示范项目快速上马等因素驱动，中国储能型锂电池需求继续保持高增长，根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年国内储能电池出货量达到32GWh，预计2022年我国消费型锂电池产量将达到61GWh。锂离子电池行业未来发展趋势在动力电池领域，系统的能量密度与电动汽车的续航里程直接挂钩，高能量密度几乎成为市场衡量电池性能的绝对标准。目前，多国政府和企业对动力电池能量密度提出发展规划。从国家规划来看，韩国的规划相对激进，提出电芯能量密度在2030年达到600Wh/kg。美国先进电池联合会提出在2020年电芯能量密度提升至350Wh/kg。日本新能源产业技术综合开发机构提出在2020/2030年电芯能量密度分别达到250/500Wh/kg。中国的目标最为稳健，计划在2020/2025/2030年分别达到300/400/500Wh/kg。新技术、新体系将推动行业竞争格局良性改变。目前成熟的锂电池体系的能量密度天花板已现。对于电芯而言，能量密度提升的本质在于提高正负极材料的比容量以及正负极材料的电势差。短期可以通过调节材料元素成分或改善制备工艺提高现有体系的能量密度，如无钴高镍技术、干电极技术；长期看，现有锂电成熟体系的能量密度天花板已现，未来十年里，固态电池、锂空/锂硫电池等新体系的开发或将成为重点。下游需求旺盛推动离子电池行业市场发展目前锂离子电池电解液行业的下游应用仍在不断丰富中。在动力电池应用领域，全球汽车电动化趋势愈发明朗，新能源汽车行业发展迅速，渗透率不断提升，带动动力电池装机量迅速提升。锂离子电池行业面临的机遇与挑战（一）国家政策大力支持锂离子电池行业发展我国锂离子电池行业已逐步实现从无到有、由弱到强的转变。近年来，国家陆续出台多项对锂离子电池行业的鼓励支持政策，对行业规模的进一步扩大起到了极为重要的推动作用。《电子信息产业调整和振兴规划》中提出，要提高新型锂离子电池、薄膜太阳能电池等产品的研发生产能力，初步形成完整配套、相互支撑的电子元器件产业体系，并于2014年将锂离子电池材料作为电子核心基础工业中关键电子材料列入《国家重点新产品计划支持领域（2014年）》。为贯彻落实国家十三五规划纲要和《中国制造2025》，工信部在2016年8月发布《轻工业发展规划（2016-2020年）》，指出要推动电池工业向绿色、安全、高性能、长寿命方向发展。加快锂离子电池高性能电极材料、电池隔膜、电解液、新型添加剂及先进系统集成技术。同年11月，工信部又印发了《锂离子电池综合标准化技术体系》，制定工作目标到2020年，锂离子电池标准的技术水平达到国际水平，初步形成科学合理、技术先进、协调配套的锂离子电池综合标准化技术体系。为加强锂离子电池行业管理，引导产业转型升级，推动锂离子电池产业健康发展，2019年1月工信部发布《锂离子电池行业规范条件（2018年本）》，指出鼓励企业加强顶层设计，促进自动化装备升级；鼓励企业积极开展智能制造，降低运营成本，缩短产品生产周期，提高生产效率，降低产品不良品率，提高能源利用率，推动自动化水平提高。国家相关部门对锂离子电池行业多项鼓励政策的发布，明确显示出国家对锂离子电池产业发展的肯定与支持，对行业快速发展、加速产业升级具有积极意义。（二）锂电池产业链不断完善在我国相关政策的大力扶持和下游消费需求有效支撑的作用下，我国锂离子电池产业经过十余年的发展和完善，不仅在电芯制造这一核心领域取得了长足的发展，而且已逐步建立起包含锂矿采选、材料供应、电芯及PACK、电池回收等各个环节的完整产业链，并且受益于我国锂离子电池行业生产规模的不断扩大，我国锂电产业链产值也在迅速提升。根据高工产研（GGII）数据显示，2018年我国锂电产业链产值已突破3，100亿元，同比增长13%。我国锂电生产设备的技术水平也在不断提升，据高工产研（GGII）统计，中国锂电设备的国产化率已经超过85%，尽管在部分高端设备产品上与国际一流水平还存在一定差距，但是已完全可以实现锂离子电池所有生产环节所用设备的国产化供应，中国企业已具备提供整条锂离子电池生产线的能力，并且已有国内企业将生产设备供应至三星、索尼等企业的电池生产线。完整的产业链结构以及配套产业水平的提升将大幅减少我国锂电产业的设备进口量，降低成本，有利于产业的持续稳定健康发展，巩固我国在全球锂离子电池产业中的中心地位。（三）锂离子电池安全问题持续引发社会关注在锂离子电池问世初期，安全性是制约其大规模商业化的重要瓶颈之一。随着锂离子电池行业的不断发展和技术不断升级进步，锂离子电池的安全性能实现了大幅提升，但其安全隐患仍然不容忽视。从手机、笔记本电脑中的消费类锂离子电池，到新能源汽车中的动力锂离子电池，近年来关于锂离子电池的安全事故仍时有发生。根据新闻报道不完全统计，2020年我国新能源汽车发生起火等安全事故超过100起，与2019年不相上下。2021年4月，北京集美大红门25MWh直流光储充一体化电站发生起火爆炸事故，导致两名消防员牺牲。锂离子电池安全事故时有发生，这使得锂离子电池的安全问题持续引发社会关注。引发锂离子电池安全事故的原因主要有过充、不恰当使用等导致电池温度过高，受到外部猛烈的碰撞、挤压导致电解液外溢，电池内部短路导致起火，电池胀气、电解液外溢等。即便是在锂离子电池技术发展日趋成熟的今天，安全性能仍然是锂离子电池产业发展中最重要的议题。锂电池产业链锂离子电池产业链上游，需要完成初始矿石原料的采矿、冶炼、化工制作等流程，将原始矿产转变为适合制作动力电池的二级电池材料，包括正极材料、负极材料、电解液、电池隔膜、和其他原材料产业；中游锂离子电池生产与组装要经过两个环节：1）将一定数量的电芯进行串并联组装成电池模组；2）电池模组加上热管理系统、电池管理系统（BMS）以及一些结构件组成完整的电池包，又称作电池PACK；下游锂离子电池主要应用领域是新能源汽车动力电池、消费电子、储能设备。从新能源汽车的成本构成看，动力电池属三大成本要素之一，而动力电池主要由正极、负极、隔膜以及电解液等组成，其中正极材料成本占比最多达45%。锂离子电池行业发展态势（一）锂离子电池加速替代其他二次电池二次电池主要包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池四大类。自1991年日本索尼第一次将锂离子电池实现商业化以来，锂离子电池已广泛应用于消费电子、新能源汽车和储能等领域。根据艾瑞咨询数据显示，我国锂离子电池销售规模占我国电池行业整体销售规模的比重由2014年的17．9%上升至2018年的42．9%。与其他二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、重量轻、体积小、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、充电快速等优势，同时由于不含铅、镉等重金属，无污染、不含毒性材料，对人体无危害。此前，制约锂离子电池替代传统二次电池的主要因素是锂离子电池价格相对其他二次电池偏高，但近年来随着锂离子电池制造技术和生产工艺的进步、生产规模的提升，锂离子电池的价格已大幅下降。以锂离子电池和铅酸电池对比为例，锂离子电池的能量密度可以达到铅酸电池的4倍以上，循环寿命也是铅酸电池的3-4倍，能量转换效率可达97%，且锂离子电池不含铅等重金属，更加环保。目前，锂离子电池的价格已经降至铅酸电池的2倍不到，从单次循环使用成本来看，锂离子电池成本已经低于铅酸电池。由于锂离子电池性能较其他二次电池更加优异且更加环保，随着制造成本和价格的不断下降，未来锂离子电池在全应用场景加速替代其他二次电池将是大势所趋。（二）动力锂离子电池行业竞争加剧新能源汽车行业为国家大力坚定支持的战略性新兴行业，近年来实现了快速发展。碳排放政策（双积分政策）的引导、财政补贴政策以及其他相关政策的支持，是驱动新能源汽车行业增长的重要因素。然而，受宏观经济波动、相关政策支持力度下滑、中美贸易战、突发事件（如新冠肺炎疫情）等多重因素影响，新能源汽车行业的发展也呈现出明显的波动起伏。但从中长期发展趋势来看，随着电池成本不断降低、充电基础设施日趋完善、安全性逐步提升等下游消费者痛点问题的解决，新能源汽车行业未来增长趋势明确。随着新能源汽车补贴政策力度的滑坡甚至取消，新能源汽车行业将迎来更加市场驱动化的竞争，高端需求和性价比需求等多层次需求分化、显现。在新能源汽车行业快速发展的背景下，新能源汽车动力锂离子电池行业发展迅速，国内厂商新能源汽车动力锂离子电池装机量逐年提升。动力锂离子电池行业需要高资本投入，高技术要求，高人才配置，有较高的市场壁垒和准入门槛，近年来随着新能源汽车补贴政策力度的滑坡，动力锂离子电池技术的更新迭代，在激烈的市场竞争过程中，部分参与者已逐步被市场淘汰。根据赛迪研究院数据，20