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动力锂电池行业百科:发展历程、工艺流程、商



  我国动力电池行业发展经历了从初始阶段技术积累,到政策扶持产业规模快速扩张,再到竞争加剧、产业整合形成龙头优势,直到当前的补贴依赖降低、加速融入全球化市场。行业发展并不是一帆风顺,但经历了大浪淘沙,真正有技术、成本、市场优势的公司,不断在打造自己的护城河,为下一步融入全球化奠定基础。

  动力电池按照电池形态可以分为软包、方形、圆柱电池等;按照正极材料类型,可以分为三元、磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂等。不同技术路线有其各自的优劣势,以满足不同的需求场景。磷酸铁锂安全性、循环寿命及成本优势明显。因振实密度与压实密度低,磷酸铁锂具有无法突破的较低能量密度上限,但相较于镍钴锰化合物,磷酸铁锂的分子结构稳定性较好,具有更高的分解温度,安全性更好,而且循环性能优势明显,三元锂电池循环寿命在 1500—2000 次左右,而磷酸铁锂可以达到 3000 次左右。同时,和三元电池相比,磷酸铁锂电池的正极成本和电芯成本分别低 55%和 22%。

  锂电池的生产流程多,工艺相对复杂。从整个制作流程来看,大致可以分为极片制作、电池单元(电芯)制作和电池组装三个工段。欧洲杯,锂电池极片制作工艺包括电极浆料制备、电极浆料涂布、辊压、分切、极耳焊接等工序;锂电池电芯制造工艺主要包括卷绕或叠片、入壳封装、注入电解液、抽真空并封装等;电池组装工艺主要包括化成、分容、组装、测试等。

  在动力锂电池产业链中,首先是正极材料里面的磷酸铁锂,对应上游的磷酸铁和磷矿。磷酸铁方面的企业主要有川恒股份、川发龙蟒、中核钛白、龙蟒佰利、川金诺、安纳达;上游磷化工资源方面的企业,主要有云天化、新洋丰、云图控股、兴发集团、湖北宜化。其次是锂电池隔膜以及电解液中的溶质(六氟磷酸锂)和溶剂(碳酸酯类)。六氟方面的企业主要有天赐材料和多氟多,溶剂则是石大胜华、华鲁恒升、奥克股份。而在隔膜方面,主要是恩捷股份和星源材质。

  从锂电池电芯成本结构上看,锂电四大材料占比达87%,其中电解液占比12%,占比偏低,有两个主要原因,第一是根据各公司披露整理可得每GWh电池需要的电解液量较正负极材料要少(1GWh电池正极材料的用量是电解液用量的1.6-2倍);其次正极材料中由于含有诸如钴和镍这样的贵金属,因此本身成本较高。

  2020年中国动力锂电池行业尽管上半年需求低迷,但在年中一系列政策驱动下,下半年市场快速回暖。具体而言二季度以来国内疫情逐步控制,企业复工复产加快,加之三、四季度下游终端需求恢复超预期,叠加下半年为传统消费旺季,带动锂电池市场出货量环比增长超过160%,进而拉动正极材料出货量增长。数据显示2020年中国正极材料出货量51万吨,同比增长27%。

  从产品出货量结构来看,2020年正极材料领域三元材料占比略微下滑,磷酸铁锂占比由22%上升到25%,主要原因是补贴持续退坡,电池企业降本压力增大,磷酸铁锂材料具有更低的成本,性价比优势明显,部分车型加快从三元转铁锂路线,且部分主流电池企业分别开发出CTP、刀片、JTM技术,改善磷酸铁锂铁锂电池续航不足的问题。

  从市场竞争格局来看,受国家早期补贴政策影响,导致新能源汽车动力电池市场重心转移至三元电池,带动磷酸铁锂电池及材料相关产业链需求下降,导致上游磷酸铁锂材料企业数量大幅减少。且磷酸铁锂电池能量密度以及续航里程弱于三元,市场对于磷酸铁锂电池需求少,铁锂材料企业市场话语权较弱,导致经营企业少,在2020年磷酸铁锂材料需求骤增时,可提供高性价比材料的企业数量有限,因此集中度较高,数据显示我国2020年正极材料TOP10占比仅56%;从细分市场来看,磷酸铁锂材料TOP5占比提升近9个百分点,达到83.4%。

  从增长驱动力来看,市场增长主要由以下几方面带动:1)上半年疫情蔓延海外,催生个人短途出行车辆市场、DIY装修工具市场对锂电池的需求,进而带动负极市场出货提升;2)2020年下半年中国动力电池市场出货量环比上升超过170%,头部电池企业产销进一步提升,带动负极市场环比增长95%;3)2020年欧洲新能源汽车市场超预期增长,年销量有望超120万辆,产销提升带动上游电池需求量大增,LG、SKI、CATL、SDI等主流企业由此受益,中国作为全球重要负极供应国,受全球主流电池企业需求带动,国内头部负极厂商对外出口同比大幅增长;4)储能电池市场出货同比增长超50%,带动负极材料出货提升,增长主要受海外家储市场以及国内基站侧储能需求增长带动。

  负极材料市场格局集中,两大梯队梯次分明。2019年、2020年负极材料整体市场格局并未发生明显变化,依旧保持“3+3”两大梯队格局,市场集中度CR3由58%微降至57%,行业格局稳定。其中第一梯队为贝特瑞、江西紫宸、上海杉杉,其中贝特瑞为天然石墨市场绝对龙头,市占率过半,正大力扩充其人造石墨产能;江西紫宸为高端人造石墨细分领域领军企业;上海杉杉主要以人造石墨为主。第二梯队呈现赶超态势,包括中科电气、东莞凯金、翔丰华,20年出货量均在2万吨以上,市占率均有所提升,其中东莞凯金主要以低端产品为主,客户单一化;翔丰华产能规模仅3万吨;中科电气客户结构多样化,产品以人造石墨为主,95%市场为动力电池市场,今年下半年开始加快产能扩张步伐,有望快速迈入第一梯队。

  从负极产品结构来看,人造石墨产品占比持续提升,市场占比达到84%。以硅基负极为代表的其他负极材料,受到国内圆柱电池产品主要出货型号切换,以及方型动力电池高镍体系升级暂缓的影响,未能实现预期增长,市场占比有所下滑。天然石墨占比出现下降,主要是因为2020年主流电池企业采购天然与人造石墨混合材料,一定程度上降低纯天然石墨的采购。

  在锂电池的结构中,电池隔膜是关键的内层组件之一,也是技术壁垒最高的一种高附加值材料。隔膜的好坏决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。根据GGII数据显示,2020年中国锂电池隔膜出货量为37.2亿平方米,较2019年增加了9.8亿平方米,同比增长35.77%。

  价格战加速低端产能出清,行业格局集中度提升明显。隔膜产业自2016年起经历数年价格战,以及前期产能快速扩张导致的低质产能过剩,促使隔膜产业在2017-2020年不断兼并收购加快行业整合,同时中小企业以及其中低端产能加速出清,2014年行业CR3市占率为35.5%,2020年则提升至64.7%。

  隔膜行业具备较强的行业壁垒,先发企业具备优势。隔膜行业壁垒主要分为四大壁垒,分别为技术专利壁垒,目前全球只有帝人、LG、Celgard三家具备专利权,还有一部分企业如国内企业星源和恩捷等得到授权;生产设备和工艺壁垒,隔膜工艺的不同将直接影响隔膜的综合使用效果,即稳定性、一致性和安全性,从而影响锂电池的使用性能和安全性能。此外还有深厚的资金壁垒和客户壁垒。

  我国锂电池电解液经历了由早期日韩独霸市场到如今国产化替代大趋势,据统计,截至2020年我国锂电池电解液出货量达到23万吨,同比增长30.68%,占比全球出货总量的77%,成为全球电解液市场的主要供应源。

  电解液行业自身也存在“龙头效应”,据统计,2016-2020年,我国电解液出货量排名前五的厂商(CR5)市场份额占比分别为68.6%、68.6%、67.8%、75.2%、74%,整体呈现上行趋势并维持在高位。

  动力锂电池因具备高比容量、使用寿命长、自放电率低等优势而被广泛应用。下游新能源汽车是其行业发展主要推动力。根据中国汽车工业协会数据显示,受益于国家政策补贴等优势,我国新能源汽车在2015-2018年之间高速发展,销售呈现高速增长,3年间销量增长超300%,2019受补贴大幅度滑坡等影响,销量有所下降,2020年疫情逆势上升,达到了136.73万辆的新高,同比2019年增长13.4%。随着下游新能源汽车需求规模快速增长,我国动力锂电池行业发展前景广阔,市场规模有望进一步提高。

  就销售结构而言,目前我国新能源汽车主要以纯电动新能源乘用车为主,而纯电动汽车电池部分主要以动力锂电池为主。根据中汽协最新数据显示,2021年1-5月份,总共出售新能源汽车95万辆,其中纯电动乘用车74.3万辆,占比78.2%,插电式混合动力商用车最少,仅有800辆左右,占比不到百分之0.1,随着市场持续发展,技术成熟之后,销量或将有所上升。随着纯电动新能源汽车的技术持续发展,未来或将有望出现固态锂电池或锂硫电池等,届时新能源汽车可航行里程将大大增加。

  动力电池与传统机械不同,属于电化学体系,对于整车厂来说存在着天然的行业壁垒。

  目前国内外车企与动力电池厂商主要有三种合作模式:自配套、合资和外购。(1)自配套:模式门槛较高,需要经过多年的积累,投入经费也高,协同性最好,复制难度最高;(2)合资:有效缩短开发周期,协调产业链运作,提高产业链整体能力;(3)外购:有很好的自主性和灵活性,可减少电池路线变更带来的风险;但企业之间没有形成稳定的合作伙伴关系,增加了企业生产经营的不稳定性和风险。

  动力电池产业从无到有,从野蛮扩张到有序发展,离不开政策的支持、引导与规范。尤其是在早期起步阶段,补贴政策是吸引企业进入的关键因素。一方面,补贴政策的刺激使得动力电池的需求逐步提升,产业规模不断扩大;另一方面,动力电池产业内的政策驱动行业向规范化的方向发展。

  补贴政策额度收紧,技术标准要求渐高。从2009年开始新能源汽车推广试点以来,我国接连推行补贴政策支持新能源汽车快速、稳定、健康的发展,此后并不断对补贴政策进行调整。总体来看,国家坚持促进新能源汽车产业优胜劣汰,淘汰落后产能,支持行业龙头快速发展。补贴政策呈现额度收紧,技术标准要求逐渐提高,更加注重安全性的长久趋势。

  随着中国宏观经济的崛起,中国居民可支配收入在过去的十年间持续增长。人均可支配收入的提高,带来了消费模式的显著变化。当下中国的消费者开始越发注重产品质量以及其所带来的情感满足。为了实现自己认可的精致生活,新时代下的消费者们更倾向选择购买能够慰藉心灵的商品,来满足其精神需求。近年来,我国经济及国民人均消费一直保持增长趋势,也为我国动力电池提供了消费基础。虽然进入2020年,受疫情影响,上半年居民消费大幅度下降,下半年受政府政策刺激消费有所回升,总体而言,2020年我国居民消费支出有所下滑。但随着疫情逐渐结束,预计我国经济仍将持续上行。数据显示,2020年中国居民人均可支配收入为为32189亿元,同比增长4.7%;居民人均消费支出为21210元,同比减少1.6%

  我国城镇化率自2013起快速增长,截止2020年已达63.89%。随着我国居民城镇化水平的逐步提升,对于汽车等出行交通服务需求逐步上升,再加上全球碳中和外部环境,倒逼新能源汽车行业快速发展,从而刺激我国动力电池行业技术和行业整体快速发展。

  中、欧、美是碳排放最大经济体,三者温室气体排放全球合计占比达52%。中国是全球第一大碳排放经济体,温室气体排放量占比超25%,人均排放量比全球平均水平高约40%;碳中和下达成全球共识,各国纷纷明确碳中和目标,并提出禁售燃油车时间。中国2030年碳达峰、2060碳中和目标,并明确表示2025年BEV和PHEV年销量占汽车总销量15%-25%,BEV占新能源销量的90%以上;而以动力电池的新能源汽车可以减少百分百的汽车碳排放量,为碳中和做出努力。

  技术创新锻造核心竞争力。在当今动力电池产业全球化布局、加速扩产投产的格局下,企业竞争单靠规模化远远不够,更靠技术创新锻造核心竞争力。总的来说,在短期内动力锂电池仍是主流动力电池,锂硫电池、固态等电池技术有望在未来实现商业化应用。目前锂离子动力电池已经经历了锰酸锂-磷酸铁锂-三元材料三个阶段。Sony公司在1991年将锂离子电池首先进行商业化,最初的能量密度为80Wh/kg,经过20多年的发展,动力电池的能量密度已经达到240-260Wh/kg。

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