锂电池的基本概况
锂电池是一种以锂金属或锂合金为正负极材料,非水性电解质溶液的电池。1912年,Gilbert N. Lewis首次提出并研究了锂金属电池。20世纪70年代,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学性质非常活跃,因此锂金属的加工、保存和使用对环境有很高的要求。随着科学技术的发展,锂电池已经成为主流。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。
其中,锂离子电池不含金属状态的锂,可以充电。锂金属电池是第五代可充电电池,诞生于1996年。其安全性、比容量、自放电率和性价比均优于锂离子电池。由于其自身的高科技要求,只有少数国家的公司生产这种锂金属电池。工作原理:锂离子电池实际上是一种锂离子浓缩电池。正极和负极由两种不同的锂离子插层化合物组成。充电期间,锂离子从正极中去除,并通过电解液嵌入负极。负极处于富锂状态,正极处于贫锂状态。
同时,外部电路向碳负极提供电子补偿电荷,以确保负极的电荷平衡。相反,锂离子通过电解液从负极上脱层并嵌入正极,正极处于富锂状态。在正常充放电条件下,层状碳材料层和层状氧化物层之间锂离子的插层和剥离通常只引起层间距的变化,不会破坏晶体结构。在充放电过程中,负极材料的化学结构基本不变。因此,从充放电反应的可逆性来看,锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。锂电池产业链包括上游原材料产业(碳酸锂、镍、钴等)、中游电池零部件产业(阴极、隔膜、电解液等)和下游锂电池制造产业(应用端)。除了新能源汽车的应用,锂电池作为新的储能设备,近年来也加速了工程机械、造船等市场的锂电气化。这些领域比新能源汽车处于早期发展阶段,发展空间更大,对维持锂电池的长期需求起到了强有力的支撑作用。
锂电池产业市场规模
全球锂电池市场主要集中在中国、日本和韩国,总市场份额超过90%,美国和欧洲市场不突出。中国的锂电池市场是三国中最大、增长最快的。锂电池在新能源汽车、储能等领域的应用正在不断探索。这两个市场的逐渐成熟将为电池行业提供更大的增长空间。锂电池在中国主要用于电动汽车、电动工具、电动自行车、3C数码产品等领域。就装机容量而言,中国是最大的动力电池市场。从2017到2021,中国的动力电池装机容量以43.5%的年复合增长率增长,在2021达到154.5GWH。随着新能源汽车渗透率的快速增长、产业链的健康发展和疫情的有效控制,中国动力电池市场将继续增长。据估计,2026的动力电池装机容量将达到762.0GWH,从2021到2026的复合年增长率将达到37.6%。
中国按电池类型划分的动力电池装机容量受益于政府补贴。2018年至2020年,三元电池以其高能量密度的突出优势占据了大部分市场份额。在预测期间,三元锂电池的装机容量将在2026达到305.8GWH,从2021到2026的CaGr为32.7%。由于成本相对较低,磷酸铁锂电池有望实现更快的增长并扩大其市场份额。从2020wh到2020wh,磷酸铁锂电池的装机容量有望达到41.6%。
动力电池产业的市场竞争格局
动力电池产业具有资本壁垒高、技术迭代快的特点,而领先的锂电池企业在安全性、实用性、规模和资本方面具有领先优势,并形成正-正循环。新进入者要想通过自主研发实现技术突破,打破领先壁垒,往往需要很长时间的积累。
此外,目前行业发展正处于安全扩张期,下游汽车企业对动力电池的安全性要求很高。这也是非领先电池制造商无法克服的一个沟壑。全球电力电池的装机容量在2021大幅增加。其中,宁德时代占32.6%,居世界首位,LG新能源和松下紧随其后。在国内制造商中,比亚迪、中国创新航空公司(中航锂电池)和国轩高科技在世界上的排名也相对较高。特别是,比较2020和2021的全球动力电池装机容量的市场份额,可以发现国内电池制造商的市场份额在2021显著增加,尤其是宁德时报和比亚迪。当最初的排名和基数相对较高时,市场份额进一步提高。
展望未来,中国锂电池产业发展的驱动因素主要来自下游新能源汽车产业的快速发展。2021,新能源汽车在中国和欧洲的普及率达到13%,新能源汽车总数接近世界50%,美国市场的渗透率仅占全国的4%,新能源汽车在世界上的普及率仅为8%。{ $ }根据中国汽车动力电池行业创新联盟发布的数据,2021,中国的动力电池装载量总计达到154.5GWh,同比增长142.8%。根据SNE research的预测结果,到2023年底,全球电动汽车动力电池需求将达到406gwh,而同期动力电池容量预计为335gwh。届时,供需将出现一定程度的失衡。
(一)政策刺激
动力电池发展的政策与新能源汽车产业的发展高度一致。根据国务院发布的《2030年前碳高峰行动计划》,到2030年,清洁能源汽车的比例将达到40%,这为新能源汽车市场带来了巨大的增长空间。新能源汽车市场的爆炸性增长潜力将继续推动动力电池需求的增长。
(二)电池性能改善
里程不足被认为是购买新能源汽车的障碍之一。由于近年来的技术进步,电池的能量密度和充电速度都有了很大的提高。行业参与者不断致力于提高电池性能,以增强消费者信心和新能源汽车购买率。
(三)降低成本
动力电池占整车成本的20%-40%。由于电池技术的进步和生产规模的扩大,动力电池的平均成本在过去几年中显著降低。预计动力电池的成本仍有下降的空间。电池成本的下降将推低新能源汽车的价格,有利于新能源汽车的销售市场,进而推动动力电池市场的发展。