鈷酸鋰電池行業(yè)分析

鈷酸鋰電池行業(yè)分析

電池及鋰離子電池概述（一）電池概述電池是一種能量轉(zhuǎn)化與儲存的裝置，根據(jù)原理不同可劃分為化學(xué)電池、物理電池以及生物電池，其中應(yīng)用最為廣泛的是化學(xué)電池?；瘜W(xué)電池指盛有電解質(zhì)溶液和電極以產(chǎn)生電流的杯、槽、其他容器或復(fù)合容器的部分空間，能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。實用的化學(xué)電池可以分成兩個基本類型：原電池與蓄電池。原電池又叫一次電池，制成后即可產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進(jìn)行充電，充電后可放電使用，放電完畢后還可以反復(fù)充電循環(huán)使用。目前二次電池按所用電芯的正負(fù)極材料主要分為四種：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。因鉛酸電池，鎳鎘電池內(nèi)含有大量鉛、鎘、汞等有害元素，廢棄后會產(chǎn)生大量有毒物質(zhì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，在全球范圍內(nèi)其生產(chǎn)、銷售和使用已逐步受到限制。鎳氫電池由于在能量密度、循環(huán)壽命、記憶效應(yīng)等方面遜色于鋰離子電池，近年來在手機(jī)、筆記本電腦等消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域的使用已逐漸被鋰離子電池替代。（二）鋰離子電池概述鋰離子電池是一類依靠鋰離子在正極與負(fù)極之間移動來達(dá)到充放電目的的一種二次電池。鋰離子電池主要由正極（含鋰化合物），負(fù)極（碳素材料），電解液，隔膜四個部分組成。電池充電時，正極上鋰原子電離成鋰離子和電子（脫嵌），鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動到負(fù)極，得到電子，被還原成鋰原子嵌入到碳層的微孔中（插入）；電池放電時，嵌在負(fù)極碳層中的鋰原子，失去電子（脫插）成為鋰離子，通過電解液，又運(yùn)動回正極（嵌入）；鋰離子電池的充放電過程，也就是鋰離子在正負(fù)極間不斷嵌入和脫嵌的過程，同時伴隨著等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌。鋰離子數(shù)量越多，充放電容量就越高。根據(jù)功能與應(yīng)用領(lǐng)域的不同，鋰離子電池主要分成消費類鋰離子電池、動力類鋰離子電池和儲能類鋰離子電池三大類；根據(jù)封裝方式和形狀的不同，鋰離子電池可以分為軟包電池、方形電池和圓柱電池；根據(jù)使用的正負(fù)極材料體系不同，鋰離子電池可以劃分為磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池、鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池和鈦酸鋰電池等。近年來，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)受到世界各國政府的高度重視和大力支持。隨著21世紀(jì)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，小型化電子設(shè)備的日益增多，消費者對電源有了更高的要求，再加上新能源汽車行業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，從而使鋰離子電池進(jìn)入了大規(guī)模的實用階段。目前，鋰離子電池已大量應(yīng)用在消費類電子產(chǎn)品（例如手機(jī)、筆記本電腦等3C產(chǎn)品）、新能源汽車和儲能領(lǐng)域等。與傳統(tǒng)的二次電池相比較，鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、重量輕、體積小、自放電小、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長、充電快速等優(yōu)勢，同時由于不含鉛、鎘等重金屬，無污染、不含毒性材料，因此被廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，以及新能源汽車和儲能等領(lǐng)域，被稱為綠色新能源產(chǎn)品。全球鋰電池產(chǎn)業(yè)競爭格局自1991年全球第一只商業(yè)化鋰離子電池由日本索尼推向市場以來，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展已走到其第25個年頭。經(jīng)過20多年的發(fā)展，鋰離子電池市場規(guī)模從無到有，先后超越鎳鎘電池、鎳氫電池等其他二次電池而發(fā)展成為僅次于鉛酸電池的第二大二次電池產(chǎn)品。從1990年至2012年間，鋰離子電池產(chǎn)量從0．5萬kWh（1990年還處在試應(yīng)用階段）快速發(fā)展到3233．47萬kWh（注：與國內(nèi)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)有所不同），年均復(fù)合增長率高達(dá)49%，僅次于鉛酸電池的3．26億kWh。2000年之前10年的鋰離子電池市場規(guī)模的年均復(fù)合增長率高達(dá)70．8%，之后10年為年均27．1%。從2010年至2015年，比傳統(tǒng)功能手機(jī)更耗電的智能手機(jī)以及平板電腦、電動汽車等新興市場的崛起，推動了鋰離子電池市場的快速發(fā)展和市場普及。到2015年全球鋰離子電池產(chǎn)量快速發(fā)展到7921．7萬kWh，是2010年的3倍多。在全球經(jīng)濟(jì)總體處于低谷徘徊的情況下，如此高速增長尤為難得。鋰電池行業(yè)成本仍有下降空間降低成本是電動汽車對鋰離子電池行業(yè)發(fā)展提出的另一需求。電動汽車的造價成本一般比傳統(tǒng)燃油車高。而電動汽車中動力電池成本占比在40%左右，動力電池成本的降低對整車降本貢獻(xiàn)最大。而且鋰離子電池成本下降空間一直存在。自從大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用以來，鋰離子電池的制造成本呈現(xiàn)急速下降趨勢。根據(jù)BloombergNEF數(shù)據(jù)，2019年全球動力鋰離子電池包價格在156美元/kWh，預(yù)計到2024年降至93美元/kWh，到2030年進(jìn)一步降至61美元/kWh。鋰離子電池的失效分為性能失效與安全性失效。性能失效指鋰電池容量衰減、循環(huán)壽命短、倍率性能差、一致性差、易自放電、高低溫性能衰減等。安全性失效包括熱失控、脹氣、漏液、析鋰、短路等。失效的內(nèi)因較為復(fù)雜，電芯四大材料皆存在失效導(dǎo)火索。動力鋰電池的失效直接影響電池的使用壽命與安全性。有效解決電池?zé)崾栴}主要方法為：1）使用阻燃添加劑防止有機(jī)電解液燃燒；2）開發(fā)不易燃的固態(tài)電解質(zhì)。近年來，鋰電池不僅廣泛應(yīng)用于新能源汽車、消費類電子產(chǎn)品、儲能領(lǐng)域，而且受工業(yè)智能化、信息化、民用便利化以及互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市快速發(fā)展帶動，應(yīng)用場景日趨豐富、產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年中國鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)到324GWh，同比增長126．57%。同時，我國鋰電池行業(yè)創(chuàng)新持續(xù)加速，高端產(chǎn)品供給能力不斷提高，三元電池、磷酸鐵鋰電池等產(chǎn)品能量密度陸續(xù)取得突破，預(yù)計2022年中國鋰離子電池產(chǎn)量將達(dá)到489GWh。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，我國鋰電池主要分為動力型鋰電池、消費型鋰電池和儲能型鋰電池三大類，廣泛應(yīng)用于電動汽車、手機(jī)、筆記本電腦、電動自行車、電動工具、數(shù)碼相機(jī)和儲能等眾多下游領(lǐng)域。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2021年受新能源汽車發(fā)展帶動，鋰電池市場中動力型鋰電池產(chǎn)量最大，為220GWh，占比達(dá)到68%。2021年，雖然全球經(jīng)濟(jì)依然受到了新冠疫情的負(fù)面影響，但一方面，國內(nèi)新能源終端市場增長超預(yù)期，新能源汽車市場產(chǎn)量超過350萬輛，同比增幅達(dá)到159．5%，帶動國內(nèi)動力電池出貨量增長；另一方面，歐洲新能源汽車市場繼續(xù)高增長，帶動國內(nèi)部分頭部電池企業(yè)出口規(guī)模提升。因此，我國動力型鋰電池產(chǎn)量呈高增長態(tài)勢。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2021年我國動力型鋰電池產(chǎn)量達(dá)到220GWh，同比增長175．0%，預(yù)計2022年我國動力型鋰電池產(chǎn)量將達(dá)到306GWh。在可穿戴設(shè)備、電子煙、無人機(jī)、服務(wù)機(jī)器人、電動工具等新興市場快速增長背景下，消費型鋰電池需求呈較快增長態(tài)勢。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2021年中國消費型鋰電池產(chǎn)量達(dá)到72GWh。預(yù)計隨著5G技術(shù)的進(jìn)一步普及、應(yīng)用場景的持續(xù)拓展，未來鋰電池在消費相關(guān)領(lǐng)域?qū)⑨尫鸥蟮氖袌隹臻g，帶來更多發(fā)展機(jī)遇，預(yù)計2022年我國消費型鋰電池產(chǎn)量將達(dá)到122GWh。在風(fēng)電、光伏裝機(jī)量持續(xù)增長與5G基站建設(shè)加快的背景下，儲能鋰電池需求快速增長。2021年，在電力與通信儲能市場推動的同時，加上全球化石能源價格上漲、儲能參與電力市場收益性提升和國內(nèi)新型儲能示范項目快速上馬等因素驅(qū)動，中國儲能型鋰電池需求繼續(xù)保持高增長，根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2021年國內(nèi)儲能電池出貨量達(dá)到32GWh，預(yù)計2022年我國消費型鋰電池產(chǎn)量將達(dá)到61GWh。鋰離子電池行業(yè)未來發(fā)展趨勢在動力電池領(lǐng)域，系統(tǒng)的能量密度與電動汽車的續(xù)航里程直接掛鉤，高能量密度幾乎成為市場衡量電池性能的絕對標(biāo)準(zhǔn)。目前，多國政府和企業(yè)對動力電池能量密度提出發(fā)展規(guī)劃。從國家規(guī)劃來看，韓國的規(guī)劃相對激進(jìn)，提出電芯能量密度在2030年達(dá)到600Wh/kg。美國先進(jìn)電池聯(lián)合會提出在2020年電芯能量密度提升至350Wh/kg。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)提出在2020/2030年電芯能量密度分別達(dá)到250/500Wh/kg。中國的目標(biāo)最為穩(wěn)健，計劃在2020/2025/2030年分別達(dá)到300/400/500Wh/kg。新技術(shù)、新體系將推動行業(yè)競爭格局良性改變。目前成熟的鋰電池體系的能量密度天花板已現(xiàn)。對于電芯而言，能量密度提升的本質(zhì)在于提高正負(fù)極材料的比容量以及正負(fù)極材料的電勢差。短期可以通過調(diào)節(jié)材料元素成分或改善制備工藝提高現(xiàn)有體系的能量密度，如無鈷高鎳技術(shù)、干電極技術(shù)；長期看，現(xiàn)有鋰電成熟體系的能量密度天花板已現(xiàn)，未來十年里，固態(tài)電池、鋰空/鋰硫電池等新體系的開發(fā)或?qū)⒊蔀橹攸c。下游需求旺盛推動離子電池行業(yè)市場發(fā)展目前鋰離子電池電解液行業(yè)的下游應(yīng)用仍在不斷豐富中。在動力電池應(yīng)用領(lǐng)域，全球汽車電動化趨勢愈發(fā)明朗，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅速，滲透率不斷提升，帶動動力電池裝機(jī)量迅速提升。鋰離子電池行業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)（一）國家政策大力支持鋰離子電池行業(yè)發(fā)展我國鋰離子電池行業(yè)已逐步實現(xiàn)從無到有、由弱到強(qiáng)的轉(zhuǎn)變。近年來，國家陸續(xù)出臺多項對鋰離子電池行業(yè)的鼓勵支持政策，對行業(yè)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大起到了極為重要的推動作用。《電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中提出，要提高新型鋰離子電池、薄膜太陽能電池等產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)能力，初步形成完整配套、相互支撐的電子元器件產(chǎn)業(yè)體系，并于2014年將鋰離子電池材料作為電子核心基礎(chǔ)工業(yè)中關(guān)鍵電子材料列入《國家重點新產(chǎn)品計劃支持領(lǐng)域（2014年）》。為貫徹落實國家十三五規(guī)劃綱要和《中國制造2025》，工信部在2016年8月發(fā)布《輕工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，指出要推動電池工業(yè)向綠色、安全、高性能、長壽命方向發(fā)展。加快鋰離子電池高性能電極材料、電池隔膜、電解液、新型添加劑及先進(jìn)系統(tǒng)集成技術(shù)。同年11月，工信部又印發(fā)了《鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系》，制定工作目標(biāo)到2020年，鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平達(dá)到國際水平，初步形成科學(xué)合理、技術(shù)先進(jìn)、協(xié)調(diào)配套的鋰離子電池綜合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系。為加強(qiáng)鋰離子電池行業(yè)管理，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動鋰離子電池產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，2019年1月工信部發(fā)布《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件（2018年本）》，指出鼓勵企業(yè)加強(qiáng)頂層設(shè)計，促進(jìn)自動化裝備升級；鼓勵企業(yè)積極開展智能制造，降低運(yùn)營成本，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品不良品率，提高能源利用率，推動自動化水平提高。國家相關(guān)部門對鋰離子電池行業(yè)多項鼓勵政策的發(fā)布，明確顯示出國家對鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的肯定與支持，對行業(yè)快速發(fā)展、加速產(chǎn)業(yè)升級具有積極意義。（二）鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善在我國相關(guān)政策的大力扶持和下游消費需求有效支撐的作用下，我國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過十余年的發(fā)展和完善，不僅在電芯制造這一核心領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展，而且已逐步建立起包含鋰礦采選、材料供應(yīng)、電芯及PACK、電池回收等各個環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，并且受益于我國鋰離子電池行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國鋰電產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值也在迅速提升。根據(jù)高工產(chǎn)研（GGII）數(shù)據(jù)顯示，2018年我國鋰電產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值已突破3，100億元，同比增長13%。我國鋰電生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平也在不斷提升，據(jù)高工產(chǎn)研（GGII）統(tǒng)計，中國鋰電設(shè)備的國產(chǎn)化率已經(jīng)超過85%，盡管在部分高端設(shè)備產(chǎn)品上與國際一流水平還存在一定差距，但是已完全可以實現(xiàn)鋰離子電池所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)所用設(shè)備的國產(chǎn)化供應(yīng)，中國企業(yè)已具備提供整條鋰離子電池生產(chǎn)線的能力，并且已有國內(nèi)企業(yè)將生產(chǎn)設(shè)備供應(yīng)至三星、索尼等企業(yè)的電池生產(chǎn)線。完整的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)以及配套產(chǎn)業(yè)水平的提升將大幅減少我國鋰電產(chǎn)業(yè)的設(shè)備進(jìn)口量，降低成本，有利于產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展，鞏固我國在全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中的中心地位。（三）鋰離子電池安全問題持續(xù)引發(fā)社會關(guān)注在鋰離子電池問世初期，安全性是制約其大規(guī)模商業(yè)化的重要瓶頸之一。隨著鋰離子電池行業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)不斷升級進(jìn)步，鋰離子電池的安全性能實現(xiàn)了大幅提升，但其安全隱患仍然不容忽視。從手機(jī)、筆記本電腦中的消費類鋰離子電池，到新能源汽車中的動力鋰離子電池，近年來關(guān)于鋰離子電池的安全事故仍時有發(fā)生。根據(jù)新聞報道不完全統(tǒng)計，2020年我國新能源汽車發(fā)生起火等安全事故超過100起，與2019年不相上下。2021年4月，北京集美大紅門25MWh直流光儲充一體化電站發(fā)生起火爆炸事故，導(dǎo)致兩名消防員犧牲。鋰離子電池安全事故時有發(fā)生，這使得鋰離子電池的安全問題持續(xù)引發(fā)社會關(guān)注。引發(fā)鋰離子電池安全事故的原因主要有過充、不恰當(dāng)使用等導(dǎo)致電池溫度過高，受到外部猛烈的碰撞、擠壓導(dǎo)致電解液外溢，電池內(nèi)部短路導(dǎo)致起火，電池脹氣、電解液外溢等。即便是在鋰離子電池技術(shù)發(fā)展日趨成熟的今天，安全性能仍然是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展中最重要的議題。鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈上游，需要完成初始礦石原料的采礦、冶煉、化工制作等流程，將原始礦產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合制作動力電池的二級電池材料，包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、電池隔膜、和其他原材料產(chǎn)業(yè)；中游鋰離子電池生產(chǎn)與組裝要經(jīng)過兩個環(huán)節(jié)：1）將一定數(shù)量的電芯進(jìn)行串并聯(lián)組裝成電池模組；2）電池模組加上熱管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)（BMS）以及一些結(jié)構(gòu)件組成完整的電池包，又稱作電池PACK；下游鋰離子電池主要應(yīng)用領(lǐng)域是新能源汽車動力電池、消費電子、儲能設(shè)備。從新能源汽車的成本構(gòu)成看，動力電池屬三大成本要素之一，而動力電池主要由正極、負(fù)極、隔膜以及電解液等組成，其中正極材料成本占比最多達(dá)45%。鋰離子電池行業(yè)發(fā)展態(tài)勢（一）鋰離子電池加速替代其他二次電池二次電池主要包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池四大類。自1991年日本索尼第一次將鋰離子電池實現(xiàn)商業(yè)化以來，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于消費電子、新能源汽車和儲能等領(lǐng)域。根據(jù)艾瑞咨詢數(shù)據(jù)顯示，我國鋰離子電池銷售規(guī)模占我國電池行業(yè)整體銷售規(guī)模的比重由2014年的17．9%上升至2018年的42．9%。與其他二次電池相比，鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、重量輕、體積小、自放電小、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長、充電快速等優(yōu)勢，同時由于不含鉛、鎘等重金屬，無污染、不含毒性材料，對人體無危害。此前，制約鋰離子電池替代傳統(tǒng)二次電池的主要因素是鋰離子電池價格相對其他二次電池偏高，但近年來隨著鋰離子電池制造技術(shù)和生產(chǎn)工藝的進(jìn)步、生產(chǎn)規(guī)模的提升，鋰離子電池的價格已大幅下降。以鋰離子電池和鉛酸電池對比為例，鋰離子電池的能量密度可以達(dá)到鉛酸電池的4倍以上，循環(huán)壽命也是鉛酸電池的3-4倍，能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)97%，且鋰離子電池不含鉛等重金屬，更加環(huán)保。目前，鋰離子電池的價格已經(jīng)降至鉛酸電池的2倍不到，從單次循環(huán)使用成本來看，鋰離子電池成本已經(jīng)低于鉛酸電池。由于鋰離子電池性能較其他二次電池更加優(yōu)異且更加環(huán)保，隨著制造成本和價格的不斷下降，未來鋰離子電池在全應(yīng)用場景加速替代其他二次電池將是大勢所趨。（二）動力鋰離子電池行業(yè)競爭加劇新能源汽車行業(yè)為國家大力堅定支持的戰(zhàn)略性新興行業(yè)，近年來實現(xiàn)了快速發(fā)展。碳排放政策（雙積分政策）的引導(dǎo)、財政補(bǔ)貼政策以及其他相關(guān)政策的支持，是驅(qū)動新能源汽車行業(yè)增長的重要因素。然而，受宏觀經(jīng)濟(jì)波動、相關(guān)政策支持力度下滑、中美貿(mào)易戰(zhàn)、突發(fā)事件（如新冠肺炎疫情）等多重因素影響，新能源汽車行業(yè)的發(fā)展也呈現(xiàn)出明顯的波動起伏。但從中長期發(fā)展趨勢來看，隨著電池成本不斷降低、充電基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善、安全性逐步提升等下游消費者痛點問題的解決，新能源汽車行業(yè)未來增長趨勢明確。隨著新能源汽車補(bǔ)貼政策力度的滑坡甚至取消，新能源汽車行業(yè)將迎來更加市場驅(qū)動化的競爭，高端需求和性價比需求等多層次需求分化、顯現(xiàn)。在新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展的背景下，新能源汽車動力鋰離子電池行業(yè)發(fā)展迅速，國內(nèi)廠商新能源汽車動力鋰離子電池裝機(jī)量逐年提升。動力鋰離子電池行業(yè)需要高資本投入，高技術(shù)要求，高人才配置，有較高的市場壁壘和準(zhǔn)入門檻，近年來隨著新能源汽車補(bǔ)貼政策力度的滑坡，動力鋰離子電池技術(shù)的更新迭代，在激烈的市場競爭過程中，部分參與者已逐步被市場淘汰。根據(jù)賽迪研究院數(shù)據(jù)，20