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【科技与教育】抢占锂离子电池产业新赛道|中



  常规锂离子电池制造领域竞争激烈,锂离子电池产业利润率也在持续下降,产业已变得对于新进入者十分不友好。相比来说,新型锂离子电池材料、技术以及新体系电池等则是一条全新的赛道

  全球汽车电动化快速推进。电动化、智能化、网联化是汽车发展的重要趋势。在这其中,汽车电动化——新能源汽车是汽车转型过程中第一个产业爆发点。过去五年,新能源汽车迎来了第一个发展黄金期:全球年销量从2015年55万辆增长到2018年的201万辆;2019年全球汽车市场萎缩3%,而新能源汽车却实现了总销量增长10%达到222万辆。2020年上半年,受新冠肺炎疫情影响,全球汽车销量同比下滑超过30%。新能源汽车销量虽然同比减少,但减速优于汽车总体市场行情。特别在欧洲市场。欧盟各国于今年开始执行欧洲议会和理事会第(EU)2019/631号条例,新能源汽车销量实现快速增长。上半年欧洲新能源汽车总销量超过40万辆,同比增长约110%,渗透率也达到了8%,暂时接棒我国成为全球最大的新能源汽车市场,助力全球新能源汽车总销量达到90万辆。汽车电动化进程之所以能够顺利推进依赖于锂离子电池产业的成熟,而新能源汽车产业的发展也带动了市场对锂离子电池需求增长。2019年全球新能源汽车锂离子动力电池装机量达到113GWh,新能源汽车也坐稳了锂离子电池最大应用领域的位置。

  锂离子电池储能领域应用蓄势待发。锂离子电池不仅正在改变汽车的动力总成,也在加速全球能源结构及用能方式的调整。储能被认为是继消费类电子产品、电动工具、新能源汽车之后,又一极具潜力的锂离子电池应用场景。相比抽水、压缩空气、飞轮等物理储能,电化学储能具备配置方便、响应速度快、能量效率高、可季节性储能等优势,能够适应多种应用场景。而对比其它电化学储能,锂离子电池在技术成熟度、便利性、总体经济性方面也占优。因此锂离子电池超过铅酸电池、钠硫电池、液流电池等成为电化学储能的首选。

  风光发电技术的进步,使风光发电成本不断下降,发电总量占比也在不断提高。2019年全球风光发电总装机量占比已经超过14%,发电量也超过了6%。但风光发电不可调峰、不可调频,利用效率偏低是其所面临的切实问题。储能与新能源发电契合度极高,可将所发电力先进行储存,在需要时输出电能,使不易控制的风光发电得以良好控制,从而实现能源利用销量提高。早在2014年,我国便在《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》中提出“科学安排调峰、调频、储能配套能力,切实解决弃风、弃水、弃光问题”。今年国内多地的能源主管部门、电网公司发布文件要求风光发电需配置一定容量的储能,成为储能与风光发电协同发展的重要契机。以2019年我国新增55GW风光发电量装机规模计算,每年新增储能需求量将在11GWh以上,发展市场潜力巨大。

  锂离子电池将成长为万亿规模的产业。成本下降、性能提升使锂离子电池的应用边界不断扩大。从最早的手机、笔记本电脑,拓展到新能源汽车、电网储能,并逐渐渗透到工业、商业和居民生活的方方面面。预计到2025年,全球范围内终端应用对锂离子电池的需求量将达到710GWh,相关产业规模将超过万亿。其中,新能源汽车仍是锂离子电池最大的应用领域,储能领域用电池占比有望达到8%,成为锂离子电池第二大应用领域。此后,随着电动轮船、大型机械等领域对电池的需求量激增,市场需求将会迎来新的一轮增长,预计到2030年,总需求量将有望达到1300GWh。

  锂离子电池制造强者垄断的格局基本确立。逐渐增大的市场并未给更多参与者提供机会,锂离子电池产业呈现显著的马太效应。中国的宁德时代、新能源科技、比亚迪,日本的松下,韩国的LG、SK、三星等企业在各自优势领域已形成绝对的竞争力,市场也被其瓜分。以我国新能源汽车领域为例。2019年宁德时代在国内动力电池市场占有率已经超过50%,国内前十企业的市场占有率超过90%。与之相对的是中后部企业加速淘汰。2019年国内实现新能源汽车装机配套的电池企业共72家,较2018年减少20家,预计今年将减少到55家左右。锂离子电池产业对新进制造者显得十分不友好,强如德国博世公司也在2018年初宣布放弃自制电池。现阶段如无特殊竞争力和稳定客户支持,投身于锂离子电池制造环节则难以形成竞争力,最终可能也会落地惨淡退出。

  现有电池材料体系亟待突破。旺盛的终端需求促进锂离子电池性能水平快速提升。磷酸铁锂电池产品单体能量密度接近200Wh/kg,三元电池则更是超过250Wh/kg,直逼300Wh/kg这一发展目标。但现有锂离子电池正负极材料可提升空间较为有限,在不考虑其它组分变化的前提下,电池单体能量密度提升空间约为15%-20%。如若要实现更高的能量密度,现有正负极材料恐将难以胜任。另一方面,技术快速迭代及产品缺少充足的验证使电池安全风险增加。2016年三星Galaxy Note 7发生多起爆炸事故,后被认为是采用的新型超薄隔膜存在缺陷。近两年全球发生多起新能源汽车静止状态下起火燃烧,也与隔膜和高比容量正极材料应用存在关联。产品安全是产业健康发展的基础。由于存在易燃烧的电解液和可燃的电极材料,现有体系下,电池安全性与电池能量密度难以实现兼顾。而为确保安全牺牲能量密度,则削弱了锂离子电池最重要的竞争优势,也会对锂离子电池产业发展产生负面影响。因此,需要开发、应用新的电池材料,以推动电池性能跨越式发展。

  新型锂离子电池材料促进电池性能提升。使用高性能正负极材料是提高电池性能的直接手段。正极材料方面,富锂锰基正极材料距离商业化最为接近。富锂锰基正极材料理论比容量远超三元材料,此前,国内有几家企业曾尝试大规模应用,但由于未有效解决材料稳定性的问题均未获得成功。随着材料改性技术的完善,富锂材料析氧、电压降的问题得到一定的缓解,材料商业化价值显著提高。预计未来三到五年,富锂锰基材料将成为三元材料的有效补充,在部分领域甚至有望成为三元材料替代产品。

  负极材料方面。硅作为负极材料,其理论比容量高达4200mAh/g,是石墨负极的十倍以上,但在脱嵌锂过程中存在巨大的体积变化,因此无法直接使用。目前通常的做法是将硅与碳材料复合使用。硅基负极材料在海外已实现商业化应用,而我国深圳贝特瑞公司是全球最大的硅基负极材料供应商。近年来,我国硅基负极材料推广应用正在提速,不仅有新材料产业政策作支持、国内重点电池企业加快材料测试验证,天目先导、壹金等硅基负极材料创新公司也在加快其量产进度。预计今明两年国内市场将实现破局,配套的硅负极粘结剂材料、大规模预锂化设备等也将实现应用。

  7月28日,随着疫情防控常态化,青海比亚迪锂电池有限公司锂电池产能逐步恢复(新华社记者 赵玉和 摄)

  固态电池技术强化电池安全性。锂离子电池自身安全风险主要源于内部短路以及电解液燃烧大量放热。固态电池技术应用有望解决这种困境。此外,固态电池的应用,也可以支持富锂、硅基等结构相对不稳定的电池材料更好地应用。从技术产业化进度来看,完全无电解液的全固态电池仍需发展和验证,而固液混合态电池则有望一两年内在率先应用。目前,国内有卫蓝、清陶、赣锂等多家公司专门从事固态电池的开发,多款产品已达到较高的性能水平。如卫蓝的固液混合态电池质量能量密度达到300Wh/kg,体积能量密度达到700Wh/L,功率密度、循环寿命与一般锂离子电池相当,且具备更好的安全性能,是未来高端新能源汽车的理想选择。

  新体系电池技术布局应对资源压力。除锂离子电池以外,以其它金属为能量载体离子电池也同样值得关注。钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池三种电池与锂离子电池原理相似。虽然理论能量密度上限低于锂离子电池,但都具有各自的特色,如,钠离子电池低温性能良好,镁离子电池加工性良好,铝离子电池倍率高、寿命长等。更重要的是,相比于储量稀少的锂、钴,钠、镁、铝均是地壳储量丰富的元素。合理加以使用,不仅可以降低成本,也可缓解我国锂、钴资源对进口的依赖。国内钠离子电池技术已具备商业化应用条件。如星空钠电在2019年建设完成首条钠离子电池生产线kWh的钠离子储能电站在江苏溧阳开始示范运行。

  综合来看,锂离子电池产业发展空间大、应用领域广,具备较高的投资价值。市场对锂离子电池产品升级仍有极大需求,但常规锂离子电池制造领域竞争激烈,锂离子电池产业利润率也在持续下降,产业已变得对于新进入者十分不友好。相比来说,新型锂离子电池材料、技术以及新体系电池等则是一条全新的赛道。聚焦新型锂离子电池和新体系电池相关技术,抢先布局,不仅可以借助现有锂离子电池产业基础实现快速发展,也可以促进锂离子电池产品性能发展,丰富产品类型,进一步拓展锂离子电池及新体系电池应用领域,共同做大市场,实现共赢。

  本文刊于《中国投资》2020年8月号。版权所有,侵权必究。欢迎个人分享,媒体转载请回复本微信号获得许可。

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