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锂离子电池: 多体系助力新能源汽车发展

2019-02-01

■ 中国化工信息中心咨询事业部 王世尧

动力电池成为最大引擎

据《中国锂电池行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》数据显示,我国消费类锂电池目前增速已经趋于平缓,其需求增量主要来自于3C产品的渗透率提升及存量产品的更新换代,但市场份额从2014年的83%迅速下降至2016年的42%。当前,我国锂离子电池的市场主要受益于新能源汽车产业的爆发性增长,动力电池在锂电池三大消费终端中增速最高,其市场份额在2017年首次超过消费型锂电池达到50%,预计2018年市场份额为53%;动力电池已成为锂电池行业发展的最大引擎。储能锂电池目前仍然处于市场导入期,在光伏分布式应用和移动通信基站领域的应用不断扩大,预计2018年消费需求占比约5%;储能锂电池市场需求与其他两种类型电池相比差距较大,但储能已经被列入“十三五”规划百大工程项目,随着技术的逐渐成熟,将成为拉动锂电池消费增长的另一极。

四大环节多领域应用

汽车锂电池行业的产业链根据生产流程大致可以分为上游、中游、下游、再循环这四个环节,如图1所示。

图1锂离子电池产业链及典型企业

 1.上游

锂离子电池的原材料主要包括正极材料、负极材料、隔膜和电解液等,各类材料生产厂商为锂离子电池产业链的上游企业。从电池类型看,2018年前三季度NCM三元电池装机量17.7GWh,超过其2017年全年装机量并超过磷酸铁锂电池,排名第一,市场份额达到60.0%;磷酸铁锂电池装机量11.2GWh,占比37.8%;锰酸锂电池装机量0.48GWh,占比1.63%;钛酸锂电池装机量0.17GWh,占比0.58%。

三元材料电池在新能源乘用车(插电式混动、纯电动)和专用车(纯电动)占主导地位,主要因为其具备高能量密度,可满足市场对车辆高续驶里程的需求;未来三元电池将逐渐替代磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池在纯电动客车市场占90%以上的市场份额,锰酸锂和磷酸锂铁电池则共同占据插电式混动客车市场。

从成本结构看,2017年镍钴锰酸三元锂电池(NCM)正极材料成本占锂电池总成本的38%;其次壳体盖板,占14%。由此可见,正极材料是锂电池的核心,材料性能直接影响锂电池的性能,同时也是区别多种锂电池的依据。

2.中游

主要包括各锂离子电池厂商,使用上游企业提供的正负极材料、电解液和隔膜生产出不同规格、不同容量的锂离子电芯产品,然后根据终端客户要求选择不同的锂离子电芯、模组和电池管理系统方案。从生产企业来看,2018年我国动力电池装机总量约57.0GWh,其中宁德时代电池装机总量23.5GWh,占比41.2%;比亚迪电池装机总量11.5GWh,占比20.2%。排名前十的动力电池企业装机总量47.2GWh,占整体的82.8%,较去年排名前十企业合计占比上升9个百分点,市场集中度明显提升,而且仍有可能进一步提升,进入寡头竞争格局。

3.下游

新能源汽车锂离子电池产品最终应用于汽车动力领域(纯电动汽车、混合动力汽车等)和储能领域等。2018年上半年行业补贴逐渐退出,抢装效应明显。补贴过渡期后,动力电池市场需求将有所下降。中汽协数据显示,2018年全年新能源产销分别为127万辆和125.6万辆,比上年同期增长59.9%和61.7%。其中,纯电动乘用车产销分别完成79.2万辆和78.8万辆,比上年同期分别增长65.5%和68.4%;插电式混合动力乘用车产销分别完成27.8万辆和26.5万辆,比上年同期分别增长143.3%和139.6%。纯电动商用车产销分别完成19.4万辆和19.6万辆,产销量比上年同期分别增长3.0%和6.3%;插电式混合动力商用车产销均完成0.6万辆,比上年同期均下降58.0%。在全年汽车产销量双双下降的大背景下,未来新能源汽车增长空间巨大,车型也逐步高端化,或将成为支撑车市发展的重要驱动力。

4.部分原材料再循环

在电池回收领域,废旧锂离子电池中的镍钴锰锂等有价金属可进行循环利用,用于生产锂离子电池三元前驱体、电池级碳酸锂及三元材料等锂电池材料,并提供给上游企业生产锂离子电池正极材料,使镍钴锰锂资源在电池产业中实现循环。虽然目前国家出台多项政策扶持产业发展,但产业体系尚未成熟,有待进一步发展。由于锂资源的储量有限,当前的电池原材料巨头已开始向下游延伸业务,分切锂电回收市场。

发展面临的挑战

1.安全性差

锂离子电池在发展过程中曾出现爆炸、燃烧等不安全问题。一方面由于用户使用方法不当,造成短路出现燃烧爆炸;另一方面是锂离子的化学性质较活泼,在石墨负极的配合下,一旦出现高温容易发生爆炸燃烧,所以通常厂家会在电池内部安装锂电池保护板。

2.环保和回收

锂电池本身的污染并不严重,但在提取冶炼过程中,会产生六氟磷酸锂等对环境造成污染的化学物质。锂电池相对其他电池对环境的污染较小,因而较少有企业回收废锂电池;但废弃的锂电池中含有大量不可再生且经济价值高的金属资源,如钴、锂、镍、铜、铝等。如果能有效地回收处理废弃或不合格的锂电池,不仅能减轻环境压力,还可以避免造成钴、镍等金属资源的浪费。

3.海外市场占有率不高

中国锂电池市场由于国内巨大的新能源汽车市场而迅速崛起,并且政府通过补贴和鼓励政策大力扶持该产业。然而中国锂电池生产企业在海外的市场占有率仍相对较低,松下、LG化学、三星SDI等企业的市场占有率高达76%。未来国产企业应在电池的一致性、稳定性和循环寿命等方面追赶海外企业,以增加海外市场占有率。

未来发展趋势

1.产销量持续增长,行业集中度提升

产量方面,得益于私人市场的渗透和共享汽车的普及,纯电动车乘用车产量增长迅速,在新能源汽车的总产量中已超过50%,可以预见纯电动乘用车即将发展成为最大的动力电池消费市场。

生产企业方面,2017年国产新能源汽车共有98家动力电池单体配套企业(其中6家国外企业)以及2家燃料电池企业,相比2016年的企业数量减少了三分之一;《汽车动力蓄电池行业规范条件》的实施以及日趋成熟的市场竞争使一些技术落后的企业或被兼并重组或选择退出汽车动力电池的生产与销售。

不同材料体系锂离子动力电池生产企业方面,企业数量变化最明显的是磷酸铁锂生产企业,较2016年的79家下降了一半;随着动力电池发展路线对能量密度的需求不断提高,磷酸铁锂生产企业的生存空间受到压缩,三元材料电池的市场份额逐渐增加。

2.动力电池系统销售价格有力下降,上游材料成为关键因素

动力电池系统作为新能源汽车中成本占比最高的部件直接决定了整车的市场定价,目前认为只有动力电池系统成本降至与传统燃油车发动机成本相当的水平,纯电动汽车才能于财政补贴退出后在终端售价方面具有真正的市场竞争力。在我国动力电池产品成本的发展演变中,产业链建设的日趋完善和国产化率的不断提高对动力电池的成本下降起到了关键的助推作用。

3.多元技术体系并进,三元电池占据乘用车统治地位

车型产量最高的乘用车(插电式混动和纯电动)中,三元材料电池占据了绝对的统治地位,源于市场对车辆续驶里程的需求;具备高能量密度优势和发展潜力的三元材料电池将逐渐完成对磷酸铁锂电池的替代。此外在纯电动专用车领域,三元电池同样是主要配套电池,尤其是纯电动物流车对高续驶里程的需求拉动了三元电池在专用车上的配套应用。

4.全固态电池将成为关注重点

作为下一代面向500Wh/kg的电池技术路线,具有高能量密度以及高安全特性的固态电池正在全球范围内受到关注,日韩欧美等国家和地区的相关研究机构和企业开始发力布局和加速固态电池的研究与开发。国内已开发出的阶段性电芯样品能量密度指标接近350Wh/kg。企业方面,赣锋锂业与中国科学院宁波材料所进行合作,推进固态电池的产业化进程。此外,宁德时代、天津力神、中航锂电以及卫蓝新能源等企业也在进行固态电池的开发。

5.回收路线渐趋清晰,政策和商业体系仍待健全

动力电池的回收再利用对全生命周期内降低动力电池成本、促进环境保护和社会安全以及节约矿藏资源利用等方面具有重要的现实意义。未来更多的新能源车企、电池生产商将参与电池回收领域;回收电池过程中的运输、处理要求、回收和二次利用价格体系以及不同类型电池回收技术规范等细则将会更加明确。



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