关键原材料自给不足，动力电池如何突破产业瓶颈？

动力电池是江南网页版登录入口官网下载 产业发展壮大的重要一环。经过多年国家政策的引导与支持,我国动力锂电池产业发展迅速,当前动力锂电池产业化进程已经处于国际领先地位。“十四五”开局之年,国家更是提出未来江南网页版登录入口官网下载 产业将重点突破高安全动力电池等重要技术。

01动力电池产业链全景

动力电池的产业链包括:上游的正极材料、负极材料、电解液、隔膜,中游的锂离子电芯、电池模组及下游的消费电子、储能、电动汽车、电动自行车等。

图1:动力电池产业链全景来源:火石创造根据公开资料整理

1． 上游正极材料:三元锂和磷酸铁锂为当前锂离子电池正极材料的中流砥柱。磷酸铁锂电池的装机量正在逐步追赶三元锂。由于国家财政补贴和市场对高续航里程的追逐,过去几年,三元锂电池的装机量一直超过磷酸铁锂。

随着纯电汽车普及率的提高,安全系数高、价格便宜的磷酸铁锂逐渐获得更多厂家的青睐。2021年多款车型宣布搭载磷酸铁锂电池,例如宏光Mini,特斯拉Model3低配版,比亚迪汉EV、秦EV等。特斯拉CEO马斯克在近期财报发布会上表示,未来特斯拉将逐步转向采用磷酸铁锂电池的方案,从电池构成上来看,未来三分之二的特斯拉将使用磷酸铁锂,三分之一可能采用镍电池。

负极材料:人造石墨负极渗透率逐年提高,需求增长迅速。目前锂电池的主流负极材料是碳负极材料,碳负极有人造石墨负极和天然石墨负极两种。人造石墨以高容量、优秀的循环寿命、成熟工艺、较低成本在高端消费电池领域和动力电池领域应用场景较好,渗透率逐年提升。

隔膜:锂电池隔膜在四大材料中技术壁垒最高,其成本占比仅次于正极材料,约为10%～14%。隔膜属于重资产行业,固定资产与总资产比值高达40%,显著高于其他材料行业。产品投资大、回收周期长加重了隔膜行业的进入门槛。隔膜的制备工艺主要分为干法拉伸与湿法拉伸。湿法隔膜技术一般用于制造高端隔膜产品,同时顺应动力电池高能量密度的要求,未来或将成为技术主流。

电解液:电解液是电池中离子传输的载体,被称为锂离子电池的“血液”,其成本约占整个锂电池成本的10%。2002年,国产电解液进入市场,并逐步取代进口产品。通过不断改进和提高,产品质量已达到国际先进水平。目前国内电池生产商电解液配套已基本实现国产化,只有少部分使用进口电解液。 

2． 中游动力电池由电池模组通过串联的方式组成,每个模组包含若干个锂离子电池单体即电芯,单体间通过串联的方式连接。动力电池组中电芯的形式主要有3种:方形硬壳电池、圆柱电池以及软包电池。

表1:3种电池封装样式对比

来源:火石创造根据公开资料整理

方形硬壳电池是目前应用最为广泛的电池形式,有超过90%的新能源车型采用这一电池形式。方形硬壳电池空间利用率高,电池单体体积及容量明显优于其他电池形式。2020年,宁德时代推出CTP高集成动力电池开发平台,取消PACK成组,将电芯直接集成到电池包。相对于传统的电池包,CTP电池包的体积利用率提高15%～20%,零部件数量减少40%,能量密度从180Wh/kg提升到200Wh/kg以上,成为方形硬壳电池现阶段最佳解决方案。 

3． 下游纯电动车的崛起,正在催生另一个千亿级市场——动力电池回收。据中国汽车技术研究中心数据,2020年国内累计退役的动力电池将超20万吨(约25GWh)。锂离子电池若没有通过正确途径回收,同样会造成严重的环境污染。

从2016年开始,工信部发布一系列文件来完善动力电池回收政策。2021年3月5日,政府工作报告提出“加快建设动力电池回收利用体系”。但由于江南网页版登录入口官网下载 市场渗透率不高,电池回收经济效益不明显,加上电池拆解成本较高等问题,动力电池回收市场的潜力一直没有释放。根据监管部门规定,未来电池回收,电池制造商将承担主要责任。

02动力电池市场规模分析

全球动力电池市场已经被中日韩龙头大厂垄断。中日韩三国的动力电池出货量占全球总出货量的90%以上。中国从2015年赶超日本成为全球最大的动力电池生产国,2019年动力电池出货量为71GWh,占全球总出货量的61．7%。企业层面,宁德时代和LG新能源逐渐呈现双寡头格局。      

图 2:2020年全球动力电池装机格局来源:SNE Research

2021年上半年,全球江南网页版登录入口官网下载 复苏势头加速,带动动力电池市场大幅增长。6月份全球动力电池装机量达到25．6GWh,同比增长126．5%,环比增长了20．2%;1-6月份累计装机量达到115．1GWh,同比增长155．8%。

表2:2021年上半年全球装机量前10动力电池厂家

来源:起点锂电大数据

随着我国新冠疫情的消退和经济的复苏,以及国家对“碳中和”“碳达峰”的号召,我国江南网页版登录入口官网下载 市场在2020年下半年迅速回暖,动力电池行业迎来爆发式增长。企查查数据显示,截至2021年1月,我国共有动力电池相关企业1．8万家;2020年新注册企业5253家,同比增长66．1%,其中第4季度新注册企业2953家,环比暴涨196．5%。

图3:2020年国内动力电池装机量/GWh来源:动力电池应用分会

动力电池应用分会数据显示,2021年1-6月中国市场江南网页版登录入口官网下载 产量约为118．98万辆,同比增长238．19%;动力电池装机量约为53．67GWh,同比增长206．88%。            

图4:2021年1-6月国内动力电池装机量/GWh及增长率来源:动力电池应用分会