關(guān)鍵原材料自給不足，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)該如何破局？
圖片來源@視覺中國
文 | 火石產(chǎn)業(yè)大腦，作者 | 呂媛媛
動(dòng)力電池是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的重要一環(huán)。經(jīng)過多年國家政策的引導(dǎo)與支持，我國動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，當(dāng)前動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)處于國際領(lǐng)先地位。
“十四五”開局之年，國家更是提出未來新能源汽車產(chǎn)業(yè)將重點(diǎn)突破高安全動(dòng)力電池等重要技術(shù)。
01 動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈全景
動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)鏈包括：上游的正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜，中游的鋰離子電芯、電池模組及下游的消費(fèi)電子、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車等。
圖1：動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈全景? 來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理
- 上游
正極材料：
三元鋰和磷酸鐵鋰為當(dāng)前鋰離子電池正極材料的中流砥柱。
磷酸鐵鋰電池的裝機(jī)量正在逐步追趕三元鋰。由于國家財(cái)政補(bǔ)貼和市場對高續(xù)航里程的追逐，過去幾年，三元鋰電池的裝機(jī)量一直超過磷酸鐵鋰。隨著純電汽車普及率的提高，安全系數(shù)高、價(jià)格便宜的磷酸鐵鋰逐漸獲得更多廠家的青睞。2021年多款車型宣布搭載磷酸鐵鋰電池，例如宏光Mini，特斯拉Model3低配版，比亞迪漢EV、秦EV等。特斯拉CEO馬斯克在近期財(cái)報(bào)發(fā)布會(huì)上表示，未來特斯拉將逐步轉(zhuǎn)向采用磷酸鐵鋰電池的方案，從電池構(gòu)成上來看，未來三分之二的特斯拉將使用磷酸鐵鋰，三分之一可能采用鎳電池。
負(fù)極材料：
人造石墨負(fù)極滲透率逐年提高，需求增長迅速。
目前鋰電池的主流負(fù)極材料是碳負(fù)極材料，碳負(fù)極有人造石墨負(fù)極和天然石墨負(fù)極兩種。人造石墨以高容量、優(yōu)秀的循環(huán)壽命、成熟工藝、較低成本在高端消費(fèi)電池領(lǐng)域和動(dòng)力電池領(lǐng)域應(yīng)用場景較好，滲透率逐年提升。
隔膜：
鋰電池隔膜在四大材料中技術(shù)壁壘最高，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%。隔膜屬于重資產(chǎn)行業(yè)，固定資產(chǎn)與總資產(chǎn)比值高達(dá)40%，顯著高于其他材料行業(yè)。產(chǎn)品投資大、回收周期長加重了隔膜行業(yè)的進(jìn)入門檻。隔膜的制備工藝主要分為干法拉伸與濕法拉伸。
濕法隔膜技術(shù)一般用于制造高端隔膜產(chǎn)品，同時(shí)順應(yīng)動(dòng)力電池高能量密度的要求，未來或?qū)⒊蔀榧夹g(shù)主流。
電解液：
電解液是電池中離子傳輸?shù)妮d體，被稱為鋰離子電池的“血液”，其成本約占整個(gè)鋰電池成本的10%。2002年，國產(chǎn)電解液進(jìn)入市場，并逐步取代進(jìn)口產(chǎn)品。通過不斷改進(jìn)和提高，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
目前國內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，只有少部分使用進(jìn)口電解液。
- 中游
動(dòng)力電池由電池模組通過串聯(lián)的方式組成，每個(gè)模組包含若干個(gè)鋰離子電池單體即電芯，單體間通過串聯(lián)的方式連接。
動(dòng)力電池組中電芯的形式主要有3種：方形硬殼電池、圓柱電池以及軟包電池。
表1：3種電池封裝樣式對比? 來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理
方形硬殼電池是目前應(yīng)用最為廣泛的電池形式，有超過90%的新能源車型采用這一電池形式。
方形硬殼電池空間利用率高，電池單體體積及容量明顯優(yōu)于其他電池形式。2020年，寧德時(shí)代推出CTP高集成動(dòng)力電池開發(fā)平臺(tái)，取消PACK成組，將電芯直接集成到電池包。相對于傳統(tǒng)的電池包，CTP電池包的體積利用率提高15%~20%，零部件數(shù)量減少40%，能量密度從180Wh/kg提升到200Wh/kg以上，成為方形硬殼電池現(xiàn)階段最佳解決方案。
- 下游
純電動(dòng)車的崛起，正在催生另一個(gè)千億級市場——?jiǎng)恿﹄姵鼗厥?。?jù)中國汽車技術(shù)研究中心數(shù)據(jù)，2020年國內(nèi)累計(jì)退役的動(dòng)力電池將超20萬噸（約25GWh）。鋰離子電池若沒有通過正確途徑回收，同樣會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。
從2016年開始，工信部發(fā)布一系列文件來完善動(dòng)力電池回收政策。2021年3月5日，政府工作報(bào)告提出“加快建設(shè)動(dòng)力電池回收利用體系”。
但由于新能源汽車市場滲透率不高，電池回收經(jīng)濟(jì)效益不明顯，加上電池拆解成本較高等問題，動(dòng)力電池回收市場的潛力一直沒有釋放。根據(jù)監(jiān)管部門規(guī)定，未來電池回收，電池制造商將承擔(dān)主要責(zé)任。
02 動(dòng)力電池市場規(guī)模分析
全球動(dòng)力電池市場已經(jīng)被中日韓龍頭大廠壟斷。中日韓三國的動(dòng)力電池出貨量占全球總出貨量的90%以上。中國從2015年趕超日本成為全球最大的動(dòng)力電池生產(chǎn)國，2019年動(dòng)力電池出貨量為71GWh，占全球總出貨量的61.7%。
企業(yè)層面，寧德時(shí)代和LG新能源逐漸呈現(xiàn)雙寡頭格局。
圖 2：2020年全球動(dòng)力電池裝機(jī)格局? 來源：SNE Research
2021年上半年，全球新能源汽車復(fù)蘇勢頭加速，帶動(dòng)動(dòng)力電池市場大幅增長。6月份全球動(dòng)力電池裝機(jī)量達(dá)到25.6GWh,同比增長126.5%，環(huán)比增長了20.2%；1-6月份累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到115.1GWh，同比增長155.8%。
表2：2021年上半年全球裝機(jī)量前10動(dòng)力電池廠家? 來源：起點(diǎn)鋰電大數(shù)據(jù)
隨著我國新冠疫情的消退和經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，以及國家對“碳中和”“碳達(dá)峰”的號(hào)召，我國新能源汽車市場在2020年下半年迅速回暖，動(dòng)力電池行業(yè)迎來爆發(fā)式增長。企查查數(shù)據(jù)顯示，截至2021年1月，我國共有動(dòng)力電池相關(guān)企業(yè)1.8萬家；2020年新注冊企業(yè)5253家，同比增長66.1%，其中第4季度新注冊企業(yè)2953家，環(huán)比暴漲196.5%。
圖3：2020年國內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量/GWh? 來源：動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)
動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2021年1-6月中國市場新能源汽車產(chǎn)量約為118.98萬輛，同比增長238.19%；動(dòng)力電池裝機(jī)量約為53.67GWh，同比增長206.88%。
圖4：2021年1-6月國內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量/GWh及增長率
03 我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)瓶頸
雖然我國動(dòng)力電池裝機(jī)量處于全球領(lǐng)先地位，但從全產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展角度看，我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)仍然面臨諸多問題。
- 我國鋰礦、鈷礦資源極其有限
隨著新能源汽年產(chǎn)量的提升，全球每年消耗的動(dòng)力電池原材料數(shù)量巨大，對相應(yīng)的供給能力也提出了要求。全球近70％的探明鋰礦資源分布在南美洲的智利、阿根廷、玻利維亞三國，另外也有一部分分布在澳大利亞和中國。
我國鋰資源儲(chǔ)量約占全球鋰資源儲(chǔ)量的6%。與國外相比，我國鋰礦資源儲(chǔ)量低，品味參差不齊。2019年國內(nèi)利用自身的鋰資源加工的基礎(chǔ)鋰鹽僅為6.5萬噸，其余鋰精礦依賴進(jìn)口（共進(jìn)口172萬噸鋰輝石精礦），且進(jìn)口礦石主要都來自澳大利亞。
鋰礦資源作為動(dòng)力電池重要的戰(zhàn)略資源，長期嚴(yán)重依賴進(jìn)口，近幾年來我國與澳大利亞在政治、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域存在諸多爭執(zhí)，為我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展蒙上一層陰影。
鈷資源目前是電池材料中最為緊缺的礦產(chǎn)資源之一，地殼中鈷的平均豐度為0.0025%，不但分布分散，而且多為銅、鎳和鐵等礦種的伴生礦。截至2019年底，全球鉆儲(chǔ)量約為700萬噸，且分布集中，剛果(金)、澳大利亞、古巴三國的儲(chǔ)量占全球儲(chǔ)量的70%。鈷的價(jià)格波動(dòng)較為明顯，特別是近幾年鈷價(jià)格已經(jīng)從180元/kg上升到650元/kg。鈷的價(jià)格已經(jīng)占到動(dòng)力電池成本的10%。
作為世界上最大的鈷消費(fèi)國，我國的鈷礦儲(chǔ)量僅為8萬噸，對外依存度達(dá)到80%以上。電池?zé)o鈷化是目前多數(shù)廠家研究的重要課題。目前業(yè)內(nèi)的共同發(fā)展趨勢是用鎳替代鈷，能量密度理論上可以達(dá)到和三元鋰相當(dāng)，價(jià)格比三元鋰明顯下降，只比磷酸鐵鋰高一點(diǎn)。但目前還沒有廠家能大規(guī)模量產(chǎn)無鈷電池。
- 鋁塑膜技術(shù)壁壘較高，國產(chǎn)化率不足20%
鋁塑膜是軟包電池的外包裝材料，是軟包電池不可或缺的材料之一，占總成本17%～18%，比重僅次于正極和隔膜。鋁塑膜需要具備極高的阻隔性、良好的熱封性能、耐電解液及較強(qiáng)的延展性、柔韌性與機(jī)械強(qiáng)度，被公認(rèn)為技術(shù)難度超過隔膜、正極、負(fù)極、電解液，是鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)壁壘最高的環(huán)節(jié)之一。
目前全球鋁塑膜市場和技術(shù)一直被日韓等少數(shù)企業(yè)壟斷，國產(chǎn)化率不足20%。其中DNP與昭和電工生產(chǎn)的鋁塑膜市場占有率超過70%。目前道明光學(xué)已成功實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，加速了我國鋁塑膜國產(chǎn)化進(jìn)程。
總體來看，現(xiàn)階段我國鋁塑膜在移動(dòng)電子終端產(chǎn)品領(lǐng)域國產(chǎn)化率比較高，而在儲(chǔ)能、動(dòng)力電池等領(lǐng)域，仍是日本企業(yè)占據(jù)絕對的壟斷地位。
表3：全球主要鋁塑膜生產(chǎn)廠家? 來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理
04 動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展趨勢
- 鈉離子電池應(yīng)用前景廣闊
面對不斷攀升的上游鋰礦等資源價(jià)格，寧德時(shí)代在今年7月份發(fā)布鈉離子電池。相比鋰電池，首先，在儲(chǔ)量方面，鈉分布在全球各地，不受資源和地域限制；其次，由于不含鈷和鋰，鈉離子電池的材料成本較低，相比鋰電池可下降30%～40%；再次，其安全性也相對較高，在針刺、擠壓、過充、過放等安全項(xiàng)目測試中不起火不爆炸；最后，鈉離子電池的高低溫性能也比較優(yōu)異。
但是，單體能量密度偏低仍然是鈉離子電池不容忽視的缺點(diǎn)。第一代鈉離子電池電芯單體能量密度為160Wh/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前鋰離子電池150-350 Wh/kg。因此，鈉離子電池被更多應(yīng)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域、低續(xù)航里程的電動(dòng)車。相信隨著技術(shù)的不斷突破，鈉離子將會(huì)有更大的應(yīng)用空間。
表4：3種電池性能對比? 來源：36氪
- 全固態(tài)電池將成為動(dòng)力電池的終極產(chǎn)品
固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)，替代傳統(tǒng)鋰離子電池的電解液和隔膜。將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，大大降低了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。固態(tài)電池的電化學(xué)窗口可達(dá)5V以上，高于液態(tài)電池（4.2V），允許匹配高能正極和金屬鋰負(fù)極，大幅提升理論能量密度。同時(shí)固態(tài)電池可簡化封裝、冷卻系統(tǒng)，可進(jìn)一步縮減電池重量。
出于對更高能量密度、更高安全性的追求，目前各國都在加緊固態(tài)電池的研發(fā)，并制定一系列的目標(biāo)和措施，引導(dǎo)本國企業(yè)大力發(fā)展固態(tài)電池技術(shù)。
表5：全球主要國家電池研究目標(biāo)
05 建議
在“碳達(dá)峰”“碳中和”政策推力下，新能源汽車的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。根據(jù)乘聯(lián)會(huì)數(shù)據(jù)，7月份我國新能源汽車的市場滲透率已達(dá)到14.8%，伴隨著的是動(dòng)力電池企業(yè)新一輪急劇的產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃。動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)鮮花著錦、烈火烹油的繁榮景象。
然而，在一片喝彩聲中我們也應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到：一方面，上游原材料超過80%無法完全自供，海外原料供給存在不穩(wěn)定因素，要求我國的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)堅(jiān)持多技術(shù)路線協(xié)同發(fā)展的模式，避免在原材料上被“卡脖子”；另一方面，動(dòng)力電池的發(fā)展仍然處于初期階段，技術(shù)路線并未完全確定，一旦出現(xiàn)顛覆性技術(shù)，過去的技術(shù)可能一文不值。
因此，企業(yè)需穩(wěn)健擴(kuò)大產(chǎn)能，減少技術(shù)更迭帶來的船大不好調(diào)頭的風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)研發(fā)應(yīng)聚焦于電池安全性、性價(jià)比、消費(fèi)者體驗(yàn)等，避免“高田氣囊”事件的發(fā)生。綜上，堅(jiān)持多技術(shù)路線發(fā)展、理性發(fā)展，對我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)及企業(yè)的長久存續(xù)具有深遠(yuǎn)的意義。
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2021-08-26 23:09:47 系統(tǒng)安全技術(shù) -
工信部：支持鈉離子電池加速創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，推動(dòng)全面商業(yè)化
創(chuàng)頭條消息8月25日，工信部答復(fù)政協(xié)提案表示，有關(guān)部門將支持鈉離子電池加速創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，支持先進(jìn)產(chǎn)品量產(chǎn)能力建設(shè)。同時(shí)，促進(jìn)性能優(yōu)異、符合條件的鈉離子電池在新能源電站、交通工具、通信基站等領(lǐng)域加快應(yīng)用；通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，推動(dòng)鈉離子電池全面商業(yè)化。工信部表示，將加強(qiáng)布局，從促進(jìn)前沿技術(shù)攻關(guān)、完善配套政策、開拓市場應(yīng)用等多方面著手，做好頂層設(shè)計(jì)，健全產(chǎn)業(yè)政策，統(tǒng)籌引導(dǎo)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展?？萍疾?..
2021-08-25 16:16:27 離子電池科技部
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