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火狐体育安卓版网页登录:锂电池正极材料行业技术水平特点及前景趋势壁垒

发布时间:2022-08-01 20:47:11 来源:火狐体育网页下载app 作者:火狐体育官方app 阅读:2

  锂电池属于二次电池的一种,与其他二次电池相比(镍镉、镍氢、铅蓄电池等),锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长且无重金属污染的优点,广泛应用于消费电子、动力电池和储能电池等领域。

  锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解质和电池外壳等部分组成。正极材料直接决定了锂电池能量密度、安全性、使用寿命、充电时间及温度高低适应性等性能的优劣,是电池电化学性能的决定性因素。此外,正极材料成本对于锂电池总体成本的高低也有着关键性影响。因此,正极材料对于锂电池产业的发展有着引导性的作用。

  钴酸锂主要应用于消费电子产品领域,随着 5G 技术的推广应用以及新型电子产品的不断涌现,出于对锂电池长续航的需求与电池体积的限制,智能手机、平板电脑等消费电子产品对电池能量密度的要求进一步提升。正极材料是锂电池锂源的提供者,从根本上决定了电池的比容量和能量密度。未来钴酸锂产品的技术路线将向高电压、高压实等方向发展,4.45V 以上的高电压钴酸锂逐渐成为锂电池正极材料企业重点开发的主流产品。

  三元材料主要应用于新能源汽车电池市场,随着 2017 年以来新能源汽车补贴政策额度收紧、技术标准要求逐渐提高,动力电池生产企业对提高锂电池能量密度的诉求上升。在三元材料中,三种元素的功能定位不同,镍在三元材料中起提高材料能量密度的作用,增加三元材料中镍的相对含量是提高电池能量密度的关键。从成本角度考虑,提高三元材料的镍含量、降低钴含量也是降低三元材料整体成本的必要途径。

  高镍化是三元材料未来发展的主流技术路线。高镍三元材料主要包括镍钴锰和镍钴铝两个系列,未来三元材料的发展趋势是不断提高镍的含量(镍的摩尔含量≥80%),以提高其比容量,同时通过掺杂、包覆和表面处理等技术手段,提高其循环性能。

  除动力电池和消费电池外,由于中国储能电池行业尚处于发展初期,储能电池需求占中国锂电池总需求的比例还不足 10%,储能电池行业尚未形成规模效应。出于成本考量,储能电池企业倾向于选择低成本的磷酸铁锂作为正极材料。然而,随着中国储能市场的发展,储能电池的应用场景将进一步增加,加之三元正极材料成本的不断下降,三元正极材料有望以其综合性能优势扩大在储能电池领域的渗透率。

  全球能源供求失衡和环境污染等问题凸显,作为创建节能环保社会的关键一环,发展新能源汽车成为当务之急。自 2015 年以来,作为最具代表性的新能源汽车类型,纯电动汽车受到各国政府和车企大力认可和支持,获得广阔的发展空间和巨大的发展红利,例如,日本政府计划到 2023 年将新能源汽车销量占新车总销量的比例提高到 70%;挪威计划在 2025 年前禁售燃油车,英国、丹麦、德国、冰岛、斯洛文尼亚、瑞典和荷兰等国家计划在 2030 年前禁售燃油车。众多全球主流车企也开始纷纷布局新能源汽车,例如,大众汽车集团践行“goTOzero”战略,计划到 2025 年集团旗下产品全生命周期的碳排放量较 2015年降低30%,到2050年之前在全球市场实现碳中和;梅赛德斯-奔驰汽车集团发布“2039 愿景”,计划至 2030 年电动车型(包括纯电动和插电式混合动力车型)占乘用车新车销量一半以上份额,至 2039 年着力实现乘用车新车产品阵容的碳中和。

  全球范围内节能环保政策的推广对新能源汽车动力电池的需求不断增大,将促进三元正极材料的市场需求。

  (3)补贴政策退坡对新能源汽车产业的不利影响逐步减弱,新能源汽车产销量发展势头良好

  汽车行业对国民经济发展具有重大带动作用,经过多年快速发展,近年来国内汽车行业整体增速趋缓,根据中国汽车工业协会数据,2020 年,中国汽车产销 2,522.5 万辆和 2,531.1 万辆,同比下降 2.0%和 1.9%。随着新能源、智能化技术的推进,大批新兴造车企业进入汽车业,涌现的新产品、新技术、新服务和新模式,加速了汽车产业的转型。

  根据中国汽车工业协会数据,2015 年至 2018 年,我国新能源汽车销量由 33.1万辆大幅增长至 125.6 万辆,年均复合增长率高达 56.0%。2019 年以来,由于新能源汽车产业相关政策的变化,尤其是新能源汽车补贴政策的退坡,对新能源汽车市场产生了较大的影响。2019 年,新能源汽车实现销量 120.6 万辆,同比下降4.0%。但随着疫情的稳定,新能源汽车销量下半年显著回暖,2020 年中国新能源汽车销量 136.7 万辆,同比增长 13.3%,新能源产业逐步恢复。2021 年,我国新能源汽车销量完成352.1万辆,已经超过国内历年全年的数量。

  (4)国家产业政策推动我国新能源汽车产业进入加速发展新阶段,带来三元材料大规模市场空间

  自 2012 年以来,国家先后出台《节能与新能源汽车产业发展规划》、《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《汽车产业中长期发展规划》等产业政策,明确指出新能源汽车作为我国汽车工业转型的主要战略方向。2020 年 11 月,我国印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》,预计 2025 年我国新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20%左右。而根据中国汽车工业协会统计数据,2020 年我国新能源汽车销量占全部汽车销量的比例仅为 5.40%,新能源汽车还处于初期发展阶段,未来预计还有很大的市场提升空间。

  2021 年 7 月,中国汽车工业协会发布《“十四五”汽车产业发展建议》,对我国当前新能源汽车产业发展现状总结为 “新能源汽车打下坚实基础,进入加速发展新阶段。截至2021年底,全国新能源汽车保有量达784万辆,占汽车总量的2.60%,其中,纯电动汽车保有量640万辆,占81.63%,产销量、保有量已连续六年居世界首位。世界上最先进的技术纷纷向中国聚集,研发体系建设、产业供应链培育、衍生业务拓展等领域全面扩展。”

  对未来发展目标提出:“新能源汽车产业发展实现市场化。以新能源汽车产业为中心的新型产业生态逐步构建完成,共性瓶颈技术得到突破,品牌质量具备较强国际竞争力,基础设施体系不断完善,产品经济性和使用便利性持续提升,市场环境大幅改善,产品渗透率显著提高。到 2025 年,新能源汽车新车销量占比超过 20%,纯电动乘用车新车平均电耗降至 12.0 千瓦时/百公里。”

  在中高端 3C 电子产品领域,钴酸锂具备能量密度高、放电电压高、填充性好、循环性能好等优点,满足智能手机、笔记本电脑、平板电脑等中高端 3C 电子产品对电池体积和能量密度方面的市场要求;同时,中高端 3C 电子产品的消费者对电池正极材料的成本敏感性较低,因此在中高端 3C 电子产品领域,钴酸锂将继续保持主导地位,很难被其他正极材料所替代。随着 5G 通信技术应用带来的智能手机更新换代需求,以及消费无人机、电子烟和便携式电子设备等新型消费电子产品的不断涌现,钴酸锂的市场需求将保持稳步增长。

  在低端 3C 电子产品领域,由于三元正极材料具有价格优势,并在循环稳定性、热稳定性和安全性能上有所改善,同时低端 3C 电子产品对电池体积和能量密度的要求相对较低,因此三元正极材料逐渐替代钴酸锂,在充电宝、电动玩具、电动家居产品等部分低端 3C 电子产品市场占据一定份额。

  在正极材料的选择方面,低成本、高安全性一直是动力电池企业考虑的重要因素,因此,中国新能源纯电动汽车行业发展初期,具备成本和成熟度优势的磷酸铁锂是动力电池的主要正极材料。

  在新能源纯电动汽车商业化加速的背景下,纯电动乘用车在中国纯电动汽车市场中逐渐占据主导地位,引领新能源纯电动汽车行业的发展。相对于大巴、物流车等其他类型纯电动汽车,纯电动乘用车对续航和充电效率的要求更高,使用高比容量和高倍率动力电池及相应正极材料的必要性凸显。相比于磷酸铁锂,三元材料具备高比容量、高能量密度和高倍率等优势,可满足纯电动乘用车动力电池的要求。此外,随着三元材料技术逐渐成熟,三元材料的市场价格逐渐降低,磷酸铁锂相对于三元材料的成本优势随之减弱。出于成本和性能的综合考虑,动力电池企业选择三元材料作为电池正极材料的意愿加强,三元材料成为纯电动乘用车领域主流的正极材料之一。

  未来在动力电池领域,由于磷酸铁锂和三元材料的不同性能特点,两大技术路线将同时得到支持,并应用于不同场景中。磷酸铁锂电池具有高安全性及长循环寿命的优点,可以满足对安全性、运营频率要求更高的纯电动商用车领域需求;而在对空间和重量要求更高的纯电动乘用车领域,高能量密度的三元电池可以实现更长的续航里程,更加贴合个人消费者需求。

  2)新能源汽车补贴退步及成本下降需求推动三元材料向高镍路线 年国家开始新能源汽车推广试点以来,我国一直推行新能源汽车补贴政策,随着新能源汽车市场的发展,国家对补贴政策也有所调整。总体来看,补贴政策呈现额度收紧、技术标准要求逐渐提高的趋势,从 2017 年开始补贴政策与能量密度挂钩。2017 年,我国政府陆续发布《促进汽车动力电池产业发展行动方案》和《汽车产业中长期发展规划》,制定了高能量密度动力电池的发展目标。2018 年,补贴政策鼓励高续航里程、高能量密度、低能耗的车型,续航里程和能量密度双高的车型补贴不降反升,补贴政策开始向扶强扶优转变,有利于淘汰行业内落后产能,提高行业集中度。2019 年补贴政策出台,续航 250 公里、能量密度 125Wh/kg 以下的纯电动汽车不再享受补贴。2020 年补贴政策中,动力电池系统能量密度等技术指标不作调整,适度提高了新能源汽车整车能耗、纯电动乘用车纯电续驶里程门槛。2021 年补贴政策保持现行购置补贴技术指标体系框架及门槛要求不变,新能源汽车补贴标准在 2020 年基础上退坡 20%,但公共交通等领域符合要求的电动车辆,补贴标准退坡 10%。

  由于纯电动汽车对续航里程的要求不断提高,动力电池生产企业对提高锂电池能量密度的诉求上升。在三元材料中,三种元素的功能定位不同,镍在三元材料中起提高材料能量密度的作用。动力电池能量密度是影响纯电动乘用车续航的主要因素,而增加三元材料中镍的相对含量是提高电池能量密度的关键,因此提高三元材料中镍的相对含量,从而提高纯电动汽车续航里程,是纯电动乘用车向高续航里程发展的必要选择。

  此外,从成本角度而言,提高三元材料镍含量也是降低三元材料整体成本的必要途径。在三元材料的整体成本中,原材料成本占比超过 80%。相比镍资源,中国钴资源更为匮乏,作为三元材料的原材料,钴金属盐化合物与镍金属盐化合物之间的价差明显,钴原材料的价格高企是制约三元材料成本下降的关键因素之一。在三元材料中,镍的使用量增加,钴用量则可大幅减少,使得三元材料单位成本获得大幅下降空间。尽管短期而言,高镍系列三元材料的工艺和技术复杂、生产环节要求高、前期设备和研发投入大,导致其总体成本相比普通三元材料较高。然而伴随高镍系列三元材料技术成熟度的提高,高镍系列三元材料的规模化应用将使其总体成本逐渐低于普通三元材料。

  为推动纯电动乘用车的普及,降低纯电动乘用车成本和提高乘用车续航里程是基本前提,高镍三元材料以其成本和性能优势将获得日益青睐,市场需求将持续增加。伴随中国新能源纯电动乘用车的规模化,从降低纯电动乘用车成本和提高乘用车续航的角度出发,动力电池三元正极材料向高镍发展的方向明确,高镍三元材料将逐步规模化,市场需求将持续增加。

  从各类型三元材料的应用角度而言,由于具备高比容量、高能量密度、高倍率等优势,Ni8 系等高镍三元材料适合用于高端纯电动汽车动力电池,而普通三元材料适用于中低端动力电池,并逐渐向 3C 数码电池领域拓展。

  凭借压实密度大、充放电稳定、工作电压高等优势,钴酸锂成为传统 3C 电子产品锂电池所采用的正极材料,并在中高端市场保持稳定。然而,钴酸锂具有成本较高、电池寿命短等劣势,与钴酸锂相比,三元正极材料具有价格优势,并在循环稳定性、热稳定性和安全性能上有所改善,因此三元正极材料逐渐进入充电宝、电动玩具、电动家居产品等部分低端 3C 电子产品市场。

  锂电池正极材料位于产业链的中端。近年来,随着国家政策对新能源汽车产业的支持以及下游需求的增长,大量资本涌入锂电池正极材料行业,同时陆续有上游资源类企业和下游电池类企业向正极材料环节延伸,使得行业竞争加剧。锂电池正极材料生产企业须紧跟市场变化趋势,强化自身专业化优势和规模优势,并建立完善的供应链保障体系,方能应对行业竞争加剧带来的压力。

  锂电池正极材料行业销售定价普遍采用“主要原料成本+加工价格”定价模式,“主要原材料成本”受钴、锂、镍、锰等相关金属盐原材料的市场价格的影响,“加工价格”则由正极材料生产企业根据具体产品的加工成本、目标利润构成,其中“加工成本”基本保持稳定。上游原材料市场价格的波动对锂电池正极材料生产企业的经营和盈利能力影响较大,锂电池正极材料生产企业须通过加强与上下游供应商及客户的合作、增加长期订单,以及加强对原材料市场行情的分析研判、力争准确把握原材料价格变化趋势等方式,降低原材料采购成本,掌握市场主动权。

  锂电池正极材料行业是人才密集型行业,企业的研发和管理人才储备是决定其能否在行业中站稳脚跟的一个关键因素。锂电池正极材料产业化的时间较短,且根据客户的定制化要求进行生产的模式较为普遍,因此研发和生产团队的经验积累尤为重要;先进入行业的企业拥有经验丰富、实力雄厚的研发和生产团队,在人力储备方面远远领先于新进入企业。除此之外,锂电池正极材料企业还需要深谙市场的采购和销售团队,具备敏锐市场洞察力、良好的供应商客户协调能力的采购和销售团队对锂电池正极材料企业至关重要。

  锂电池正极材料行业具有较强的规模效应,一方面,产能规模大的企业在采购议价、生产成本摊薄等方面具备优势,另一方面,行业头部锂电池生产企业对于正极材料供应商的供货数量等方面有较高要求,大型正极材料企业相比小型企业更容易进行头部锂电池生产企业的供应商名录。因此,产能规模扩张是锂电池正极材料企业的发展趋势,而产线扩建对企业的资金实力提出了较高的要求。

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