高端制造新动力——锂离子电池行业研究报告

高端制造新动力——锂离子电池行业研究报告
内容摘要:
绿低碳发展已成全球共识和大势所趋。我国已明确碳达峰、碳中和的时间表,提出推动碳达峰、碳中和的重点任务是实施可再生能源替代,大力发展低碳、清洁、可再生能源。锂离子电池行业是我国风力、光伏+储能产业规划中的重要组成部分,是推动碳中和战略实现的关键产业。近年来,在国家政策积极引导和企业战略布局的推动下,我国锂电技术实现了不少突破,头部企业竞争力提升,产业链持续完善,行业保持快速发展。
随着新一代电子信息产业的迅猛发展,深圳已逐渐成为拥有雄厚锂电池产业集和汽车电子产业基础的产业重镇,成为辐射全国的电池材料产业的策源地。2020年,深圳先进电池材料产业集主导产业产值超过5000亿元,涌现出一批产业生态主导型企业、单项冠军企业、专精特新小巨人和国家级绿制造企业。本文在系统梳理锂离子电池行业发展现状的基础上,对行业发展趋势、深圳区域情况等进行深入分析。
一、锂离子电池及产业链概述
(一)锂离子电池基本概念及优点。
锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠金属锂离子在电池的正极和负极之间移动来工作,实现放电和充电的过程。锂离子电池(以下简称锂电池)具有功率高、体积小、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点,同时随着锂离子电池制造技术的提升和生产成本的下降,对其他传统铅酸等蓄电池的升级替代效应逐步体现。
(二)锂电池产业链概况及应用分类。
锂电池产业经过近二十年的发展已形成一个专业化程度高、分工明晰的产业链体系。产业链上游包括镍、钴、锰、铁、锂矿和石墨矿开采企业,以及加工正负极材料、电解液、电极基材、隔膜的企业;中游则是将正负极材料、电解液、电极基材、隔膜组装成电芯后进行制造和封装的相关制造企业;下游主要是电池在动力、储能和消费电子应用领域,以及电池回收处置和循环利用等相关企业。
1.上游企业。上游材料厂商为中游的锂离子电芯厂商提供原材料,包括正极、负极、电解液、隔膜、铜箔、铝箔、铸件等。锂电池材料四大主材,即正极材料、负极材料、电解液和
隔膜,在电池电芯成本中占比大约为40%、10%、20%、8%,合计占锂电池成本的70%-80%。
(1)正极材料:锂电池最关键材料。
正极材料对电池的能量密度和安全性能等电化学性能起决定性作用。目前锂电池正极材料主要为磷酸铁锂和三元材料(NCM镍钴锰酸锂和NCA镍钴铝酸锂),这两种材料的能量密度、材料成本、温度适应性等方面,各有优势及特点,代表着未来电池材料技术发展和应用的两个重要方向。
表1:磷酸铁锂材料和三元材料综合对比分析
资料来源:根据各上市公司公告整理
(2)负极材料:人造石墨是主流,硅碳负极布局加速。
负极材料是锂电池在充电过程中,锂离子和电子的载体,起着能量的储存与释放的作用。负极材料可以分为天然石墨、人造石墨、硅基负极材料、中间相碳微球等,其中石墨负极材料的比容性逐渐趋于理论值,硅基材料由于具有极高的能量密度(理论比容量为4200mAh/g,是石墨负极材料的10倍)、较低的脱锂电位以及相对出的安全性能,有望成为下一代负极材料研发的主流方向。
(3)电解液:添加剂和新型锂盐是技术核心。
电解液在锂电池内部连接正极和负极,起到离子传导的作用。锂电池电解液主要由锂盐、溶剂和添加剂三类物质组成,电解液厂商主要通过探索新型电解质锂盐、添加剂或调整电解质锂盐、添加剂、溶剂的配比,从而使动力电池电解液具有更高的比能量、功率、安全性,以及更宽的工作温度。
(4)隔膜:湿法涂覆隔膜是主流技术方向。
隔膜位于锂电池正极和负极之间,将正负极活性物质分隔开,防止两极因接触而短路,同时提供电芯屏障。锂电池隔膜是锂离子电池四大主材中科技含量最高、国产化最晚的组件。根据工艺上的区别,锂电池隔膜主要分为干法隔膜和湿法隔膜两种,湿法隔膜综合性能优异,是主流技术路线。涉及上游原材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、氧化铝、勃母石等。
2.中游为锂离子电芯厂和模组厂。电芯厂接收上游材料,生产电芯。模组厂根据终端客户产品的不同性能和使用要求,选择不同的锂离子电芯,设计开发差异化的电源管理系统方案,采用精密结构件和制造工艺等进行锂电池模组的设计与生产。
3.下游应用。根据应用场景,锂电池分为消费电池、动力电池和储能电池三种。消费电池主要应用在手机、笔记本电脑、数码相机等消费产品上,容量较低,重量极轻,相对来说寿命也较短;动力电池应用在电动车(电动自行车、电动摩托车、电动汽车)上,容量较大,能量密度大,瞬时功率也很可观;储能电池主要应用在储能电站及便携储能,因为储能电站十几年才翻新一次,对电池的寿命和可充放电次数要求较高,而便携储能往往对价格和安全敏感。
4.锂电设备。电池生产的过程中,把正负极材料分开均匀搅拌成浆,搅拌后的正极材料涂抹
在铝箔上,负极材料涂抹在铜箔上;正负极材料之间用隔膜隔开,涂布后的极片进一步压实,提高能量密度;然后根据不同类型进行切片、烘烤、卷绕、入壳、注入电解液等,最后进行封装测试。其中需要用到的锂电池设备包括真空搅拌机、涂布机、辊压机、卷绕机、注液机、检测机等。
5.锂电回收。因动力电池的电池容量会在循环充放电过程中逐渐衰减,当衰减至80%以下时,动力电池达到退役状态。锂电池中镍、钴、锰、锂等元素均可实现回收利用,具有明显的经济价值,拆解回收后可进一步用于生产正极材料,实现产业链闭环,有效降低电池成本。在现阶段锂电池上游材料价格持续上涨以及上游金属资源日渐紧缺的背景下,锂电池回收的市场空间较大。目前锂电池的回收有物理、火法、湿法三种方式,国内动力电池回收企业主要技术路线为湿法,由于湿法与干法工艺有较大差异,工艺路径相似的正极前驱体企业具有技术同源性,在开展锂电回收布局上更具有技术优势。
二、行业运行情况
(一)全球锂电行业发展现状。
1.全球锂离子电池出货量呈现加速增长态势。
得益于新能源汽车和储能市场的快速增长,根据EV Tank和伊维经济研究院数据,全球锂电出货量由2014年的72.7GWh(吉瓦时)增长至2021年的562.4GWh。尤其是2021年,在全球新能源汽车产销量翻倍的情况下,锂电池行业迎来爆发式增长,同比增长91%。

本文发布于:2024-09-23 03:18:02,感谢您对本站的认可!

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