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锂电池正极材料行业调研报告

聚行业--汽车整车 微信   作者: 明德资本  2018-01-03 14:59

汽车整车-全文略读:2016年2月24日,国务院确定了进一步支持新能源汽车产业的措施,包括加快实现动力电池革命性突破、加快充电基础设施建设、扩大城市公交、出租车、环卫、物流等领域新能源汽车应用比例、提升新能源汽车整车品质、完善财政补贴等扶持政策...


锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成,其中,正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标,且正极材料在锂电池总成本中占据1/3以上的比例,因此正极材料在锂电池中占据核心地位,提高锂离子电池正极材料的性能成为当今最为活跃的研究领域之一。


一、锂电池正极材料技术发展现状及趋势


(一)锂电池正极材料主要技术路线


在正极材料发展前进道路上,技术路线之争一直不断。目前,主流的正极材料包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(NCM/NCA)等四大类,就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看,它们各有千秋,这也导致锂电池正极材料技术发展出现分化。


1、钴酸锂(LCO)是最早商业化的锂电正极材料,优点是充放电稳定、生产工艺简单,缺点是钴价格昂贵、循环寿命较低、环境污染严重,主要用于小电池领域及手机和平板电脑等IT 产品中,是消费电子产品领域的主流正极材料。


2、锰酸锂(LMO)优点是锰资源丰富、成本较低、环境友好、安全性较好,缺点是其能量密度较低、高温性能差、容量衰减明显,主要应用于小型锂电和动力电池产品。


3、磷酸铁锂(LFP)优点是安全性能好、循环寿命长、制造成本较低等,缺点主要是能量密度低、低温性能较差、高倍率放电性能差(放电电压低)等,主要应用于动力电池和储能电池。


4、三元材料(NCM/NCA)优点是能量密度高、容量大、稳定性好,缺点是高温性能差、安全性一般、制作工艺复杂、生产成本高,主要应用于动力电池产品,逐渐成为电动汽车的应用主流,近两年其市场占比不断提高。


总之,每种正极材料都有自己的优势和缺陷,有自身的应用领域和市场需求,从未来发展看,能量密度的提升将是锂离子电池正极材料的主要发展方向。


(二)动力锂电池正极材料的技术现状


新能源汽车对于动力锂电池提出了更高的要求,能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的5个关键性能指标。正极材料作为动力锂电池的核心,目前已大规模市场化应用的主要包括磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)和三元材料[镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)]三种类型。其中,磷酸铁锂和锰酸锂材料在基础研究方面已没有太大技术突破空间,其能量密度和主要技术指标已接近应用极限。从技术进步的角度看,三元材料由于具有高能量密度、较长循环寿命、较高可靠性等优点,逐渐成为动力锂电正极材料的主流。各类型动力锂电池正极材料性能对比见表1、2。


表1 三种动力锂电池正极材料的性能指标


数据来源:北京矿冶研究总院研究报告


表2 三种动力锂电池正极材料在关键性能上的比较


数据来源:新材料在线


(三)动力锂电池正极材料的市场应用情况


1、全球动力锂电池正极材料市场应用情况


目前世界主流电动汽车对动力锂电池正极材料的选择见表3,从全球主流电动汽车的应用情况看,三元材料体系正逐步超越磷酸铁锂和锰酸锂,成为动力锂电池正极材料的主流。


表3 世界主流电动车对动力锂电池正极材料的选择


注:表中NCA指镍钴铝酸锂,NCM指镍钴锰酸锂,LMO指锰酸锂,LFP指磷酸铁锂。


2、我国动力锂电池正极材料市场应用情况


国内主流电动车型动力锂电池正极材料的使用情况见表4。据工信部统计,2015年中国新能源汽车产量37.9万辆,同比增长356.6%,其中商用车17.3万辆,乘用车20.65万辆,我国商用车以磷酸铁锂为主,乘用车超过70%使用三元材料。


表4 国内主流电动车型动力锂电池正极材料的使用情况



(四)动力锂电池正极材料的技术发展趋势


电动汽车的快速发展对动力锂电池的性能提出了更高要求。《中国节能与新能源汽车国家规划(2012-2020)》中提出,到2020年,动力电池能量密度提高到300Wh/kg以上。而目前使用的磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料动力电池均达不到要求。未来可能的材料有正硅酸盐复合正极材料、层状富锂锰基材料、硫基正极材料等。


目前,硫基正极材料已受到广泛的关注,但是其距商业化应用还有一定距离。国际上硫基正极材料研究的代表性厂商有美国的Sion Power、Polyplus、Moltech,英国的Oxis及韩国三星等。中国的研发还集中在研究机构,以中国电子科技集团公司第十八研究所、中国人民解放军防化研究院、清华大学、上海交通大学、国防科技大学、武汉大学、北京理工大学等科研院所为代表。


二、全球锂电池正极材料产业发展现状


(一)全球锂电池正极材料市场规模


根据日本B3信息咨询公司发布的锂电市场分析报告数据,2015年全球锂电池正极材料出货量达到15.4万吨,过去十年,全球锂电池正极材料行业保持了24%的复合增长率。


据EVTank资料统计,2014 年全球锂电池正极材料出货量为12.7 万吨,同比增长32%。其中,钴酸锂(LCO)出货量50221吨,同比增长45.06%;三元材料(NMC)出货量48176吨,同比增长10.44%;磷酸铁锂(LFP)出货量10665吨,同比增长121.27%;锰酸锂(LMO)出货量9920吨,同比增长12.98%;锰酸锂(LNO)出货量8293吨,同比增长45.26%。(注: EVTank统计数据不近全面,针对中国市场基本只统计了前五大企业的出货量,而中国中、小型锂离子电池正极材料生产企业众多,因此其统计数据偏低。)


2005-2014年全球正极材料出货量(EVTank统计)


(二)全球主要生产国发展现状


全球锂电池正极材料呈现中、日、韩“寡头聚集”的市场格局,2014年中日韩三国生产的锂电池正极材料共占据了全球95%以上的市场份额。日本和韩国的锂电正极材料产业起步早,整体技术水平和质量控制能力要优于我国锂电正极材料产业,占据锂电正极材料市场高端领域。中国锂电正极材料近十年迅速发展,产品质量大幅度提高,并具备较强的成本优势,近年来日韩锂电企业开始逐步从中国进口锂电正极材料。目前,中国锂电正极材料市场份额已占据全球一半左右。


2011-2014年中日韩正极材料企业市场份额变化


在中、日、韩三国中,日本技术实力雄厚,但人工成本高,因此日本锂离子电池正极材料生产自动化程度最高,产品品质也最好,日本锂离子电池正极材料发展之路是由钴酸锂发展至锰酸锂,再到改性锰酸锂和三元材料。2010年后三元材料成为动力电池的主流,如丰田普锐斯PHV 搭载了三洋(被松下合并) 的三元材料电池,本田思域混合动力车采用Blue Energy 的三元材料电池,最近令人瞩目的当属松下制造的18650动力电池,借着Tesla大量使用镍钴铝酸锂材料,松下占据了全球动力电池第一把交椅。


中国正极材料企业的技术水平在中日韩三国中相对较低。技术路线上摇摆不定,核心技术的研发方面仍然落后,中国企业的正极材料主要应用于消费类小型锂离子电池。日本和韩国的正极材料企业基本上正转向动力电池材料,并加大了投资规模,日本和韩国等锂离子电池企业正在将电池的生产基地转移到中国。


三、我国锂电池正极材料产业发展现状


(一)我国锂电池正极材料市场规模


根据高工产研锂电研究所(GGII)发布的《2016年中国锂电池正极材料调研报告》,2015年中国正极材料市场规模达到134.27亿元,与2014年的95.75亿元相比,同比增长40%。其中磷酸铁锂电市场规模达到28.5亿元,同比2014年增长186.4%,是正极材料市场增长最快品种。钴酸锂的市场规模增长有限,其2015年产值为55.1亿元,同比2014年增长1.3%,是增长最慢的正极材料。


2010-2014年中国锂电池正极材料行业市场规模(亿元)


根据中国化学与物理电源协会以及中国有色金属协会锂业分会的统计,2015年全国锂电池正极材料出货量11.29万吨,同比增长46.8%。细分产品中,磷酸铁锂的产量同比增长近2倍,出货量1.8万吨,其增长主要受动力电池带动;三元材料出货量3.65万吨,其增长主要受电动汽车、电动自行车等市场带动;钴酸锂出货同比增长最慢。2007-2015年国内正极材料产量及各类占比见表5。


2007-2015年我国锂电池正极材料总产量及各类占比


四、国家政策导向


(一)技术路线在反复摇摆中逐渐清晰


我国政府部门对动力电池发展路线的态度一直处于反复摇摆之中。2011年之前是一边倒地支持磷酸铁锂。2012年科技部发布《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》,不再强调发展磷酸铁锂,表示重点提高动力电池输入输出特性、安全性、一致性、耐久性和性价比,呈现出磷酸铁锂、三元材料等并行支持的路线。


2013年9月,财政部、发改委、工信部、科技部等联合发布《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》,按照纯电续航里程(乘用车)和电池容量(专用车)确定补贴金额,多元材料凭借高能量密度的优势在电动汽车上的应用进一步增加。


2016年1月中旬,国家有关部门组织开展对多元锂电池客车的安全风险评估,在评估完成前暂停多元材料锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。行业与社会纷纷猜测,国家将改变新能源汽车正极材料的产业政策,限制多元材料在新能源汽车上的应用。


2016年6月20日,工信部发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录(第四批)名单,31家单体企业和1家系统企业入选。与前三批目录名单所不同的是,此次目录中涉及三元材料电池的企业占比明显增多,据高工锂电网统计,目录中主营业务为三元材料电池的企业达21家,占比高达68%。


从目前趋势看,虽然国家政策依然较为谨慎,但在一些具体的指标制定上已经出现对于三元材料的偏向,而在市场选择上,无论是车企还是动力电池企业的反馈上,三元材料在乘用车和专用车的应用已经成为主流。


(二)补贴政策倾向高性能电池及正极材料


根据2016年开始实施的新能源汽车补贴政策,客车的补贴标准已从过去车辆长度的单一指标变更为车辆长度、单位载质量能量消耗量以及续航里程三项指标。因此,电池自重轻、能量密度高、续航里程远的客车将获得更多的补贴,国家鼓励和引导新能源汽车市场由过去的数量规模型开始向质量效能型转变。以三元材料为代表的高性能锂离子动力电池及相关高能量密度正极材料有望成为政策的受益方。


(三)保护国产自主品牌力度加大


2016年6月,工信部发布的《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录(第四批)名单中,日韩企业无一家入选。我国政府保护国内锂电池生产企业的政策导向十分明显。


按照规定,采用没有进入目录的电池的新能源汽车产品,从2016年5月1日开始,将不进入新能源汽车推广目录,从而无法获得补贴。尽管此后工信部正在修订《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》(修订版征求意见稿)中,将放宽对在售车型限制,已经获得目录的,将给出一年调整时间,但这依然无法化解这些整车企业在更换电池等方面带来的压力和尴尬。


没有进入企业目录受影响的不仅仅是三星SDI和LG化学,采用了上述两家企业所产电池的北汽、上汽、江淮、长安、吉利、奇瑞等自主品牌新能源整车企业同样面临极大的压力,而采用自家生产动力电池的比亚迪却不受此影响从而成为了最大赢家。


五、锂电池正极材料市场前景分析


(一)市场需求预测


当前,锂离子电池正迎来黄金发展期。根据真锂研究的预测,2016年全球锂电池需求将到9419万KWH,2020年将达到20036万KWH,年复合增长率将达到20%。其中,最大动力将来自电动汽车市场。工业和储能市场也将快速增长,而消费类电子产品市场增速将有所放缓。


2012-2020年全球锂电池市场需求(真理研究预测数据)


我国在国家政策的强力推动下,新能源汽车市场出现了爆发式增长。中国汽车工业协会数据显示,2015年,我国新能源汽车生产340,471辆,销售331,092辆,同比分别增长3.3倍和3.4倍。据预计到2020年,国内新能源汽车保有量有望达到500万辆的目标。新能源汽车产业的快速发展,将为我国锂电池及正极材料带来巨大市场需求。


(二)细分市场领域成长空间


未来锂离子电池及正极材料快速发展的主要驱动力在于:一是小容量锂电,下游需求主要来自消费类电子,包括平板和智能手机等;二是工业储能和新能源储能等各种储能电池应用;三是新能源汽车等大功率大容量动力锂电应用。


1、消费类电子产品市场


消费类电子产品仍然是锂电池的最大需求端,但增速已逐渐趋缓。3C电池已逐渐进入成熟期,主要是由于智能手机、平板电脑等智能设备的替代已逐渐完成,新兴的数码产品,如智能穿戴设备等还没有出现大规模的普及,消费类电子产品市场容量已基本饱和,锂离子电池需求增长的主要动力来自于产品单位用电量的增加,该领域的市场增长空间有限。


2、工业和储能市场


储能锂电池发展潜力很大,但由于技术、政策等原因仍然处于市场导入阶段,相比动力电池市场启动有一定的滞后。但储能市场空间巨大,据CNESA(中关村储能产业技术联盟)项目库不完全统计,到2015年底,中国储能市场的累计装机量(2000-2015年)为21.9GW,其中抽水蓄能为21.8GW,电化学储能项目装机106MW,占全球电化学储能项目装机总容量的12%,与2012年的4%相比,有大幅提升。未来随着技术成熟和政策开放,储能市场也将成为拉动锂电池消费的另一极。


3、电动交通工具市场


受益于新能源汽车产业的快速发展,以电动汽车为代表的电动交通用锂离子电池将呈现快速增长趋势。2015年我国新能源汽车产业取得了跨越式发展,预计未来几年国内的电动汽车销量仍将大规模增长。2016年2月24日,国务院确定了进一步支持新能源汽车产业的措施,包括加快实现动力电池革命性突破、加快充电基础设施建设、扩大城市公交、出租车、环卫、物流等领域新能源汽车应用比例、提升新能源汽车整车品质、完善财政补贴等扶持政策。政策的支持、动力电池技术和成本的进步必将推动新能源汽车加快替代传统汽车的速度。未来锂电池产业也会由消费类锂电池逐渐转向动力电池方向发展。


本文来源:旺材锂电






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