锂离子电池是现代高性能电池的代表,广泛应用于新能源汽车、3c数码产品、电动工具、二轮电动车、储能等领域,在未来,将是各式新能源的重要载体。
锂离子电池的商用虽然仅仅三十余年,但由于其轻便、能量密度高、电压高、工作温度范围宽、循环寿命长、贮存寿命长等特性,迅速席卷全球,在各式领域得到广泛应用。据工信部统计,2020年,我国锂离子电池产量188.5亿只,同比增长14.4%。
2021年2月,研究机构evtank联合中国电池产业研究院共同发布了《中国锂离子电池行业发展白皮书(2021年)》,白皮书数据显示,2020年,全球锂离子电池出货量达到294.5gwh,其中,中国市场为158.5gwh,占据全球锂电池出货量的一半以上。
从锂电池的用途来看,其主要分为三大系列,动力电池、消费类电池以及储能电池。
一、
动力电池
动力电池是锂电池最主要的应用场景,其主要应用于新能源汽车上。
2020年,我国新能源汽车销量达到136.7万辆,同比增长11%;我国动力电池装机量为63.6gwh,同比增长2.3%。
此外,据相关机构统计,2020年我国动力电电池出货量约为82.7gwh,同比增长20%左右。
(一)、2020年中国新能源汽车市场情况
自2009年开始,中国开启了长达10年的新能源汽车补贴政策,在政策的刺激下,新能源汽车市场迅速壮大,涌现了一大批新能源车企,如比亚迪在2019年前连续多年蝉联全球新能源汽车销量榜首。
但伴随着补贴退坡,中国新能源汽车销量增速放缓,且逐渐转变为市场驱动型。
中国:进入完全市场化转型阶段,结构优化助力长久发展
①.新能源汽车已由政策导入和补贴刺激转向市场驱动。
早期政府以g 端和b 端作为试点率先使用新能源汽车,随后政府以补贴形式鼓励车企向电动化方向布局,推动新能源汽车向c端持续渗透,市场形成并稳定扩容。自 2019年开始,补贴政策进入退坡期,《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》 与新版双积分政策的相继出台,进一步表明了我国提高标准规范市场坚定发展新能源汽车的决心,标志着新能源汽车市场正从补贴激励向产品驱动的方向转变。2022年后,补贴结束,市场进入完全市场化竞争的阶段,c 端将成为新能源汽车市场增长的主要驱动力量。
我国最新新能源汽车政策落地,引导完全市场化转型。政策鼓励汽车产业节能降耗,推动新能源汽车加速渗透,提高市场准入标准,逐步淘汰不被市场认可、技术实力相对较弱的边缘性企业,并明确提出完善基础设施建设,构建新型产业生态的目标。
补贴期新能源汽车推广成效显著,政策退坡市场反应明显。早年在政策的支持下,国内新能源汽车市场爆发式增长,2018年新能源汽车产销分别完成127.0万辆和125.6万辆,同比分别增长 59.9%和 61.7%。据中国汽车工业协会统计,2019年上半年,我国新能源汽车市场渗透率突破 5%,表明新能源汽车在多年的补贴政策刺激下已形成市场化基础。随即补贴政策开始大幅退坡,续驶里程250km以下车型不再进行补贴,最高单车补贴金额减少 2.5万元,下半年新能源汽车销量下滑明显,首次出现负增长。
疫情稳定后新能源汽车产销量大幅回暖,迎来市场化增长拐点,2020年新能源汽车销量达136.7万辆。自2020年初起受到新冠疫情影响,新能源汽车市场延续了此前低迷的状态,下半年疫情趋于稳定,经济复苏,汽车行业回暖,新能源汽车销量 7 月开始重新实现同比正增长,市场化驱动力量显现。2020年,新能源汽车生产完成136.6万辆,同比增长10%,销售完成136.7万辆,同比增长11%。其中12月新能源汽车产销分别完成23.5万辆和24.8万辆,同比分别增长57.4%和51.7%。
爆款车型频现。2020年特斯拉model 3累计售出137459辆成为全年销量冠军。五菱宏光mini ev凭借超高的性价比,自8月开始交付以来连续四个月蝉联月度销量第一,全年销量为112758 辆,位居第二。欧拉黑猫、广汽埃安aion s、比亚迪全新秦 ev 分列第三至第五,全年销量分别为46774辆、45626辆、41219辆。备受关注的造车新势力也交出了优秀的成绩单,理想one和蔚来es6分别售出32624辆和27945辆,位列第七和第九。
五菱宏光mini(磷酸铁锂电池)
预计2021年新能源汽车销量有望达到190万辆,未来五年的年均复合增长率达到36%。在延长的补贴政策以及市场驱动的力量下,2021年将迎来市场化增长拐点,产销重回高增长模式。随着动力电池价格进一步下探,新能源汽车与燃油车的购置平价时代有望提前到来,c端将持续发力,可以期待新能源汽车产销更加乐观的增长。
②.a级及以上车型占比显著提升,市场结构优化助力新能源汽车持续渗透。
在补贴时期,相同带电量的情况下拥有更高续航里程的新能源小型车、微型车更具价格优势,成为拉动市场增长的主要力量,产销均占据了主要份额。自2019年补贴政策逐步退坡后,新能源汽车销量不复此前高速增长势头转而小幅下滑,但a级及以上车型的占比大幅增加,且车型集中度进一步下降,产品丰富度提升,逐渐满足多样化的市场需求。
(二)、电池市场向头部集中,全球化布局成趋势
1、动力电池装机量迅速回暖,下半年同比增速由负转正
2020上半年受疫情影响,动力电池装机量连续六个月同比下滑,下半年伴随新能源汽车市场反弹,动力电池装车量迅速回暖,自 7月开始同比增速由负转正。2020年我国动力电池装车量累计 63.6gwh,同比上升 2.3%。其中, 三元电池装车量累计38.9gwh,占总装车量61.1%,同比下降4.1%;磷酸铁锂电池装车量累计 24.4gwh,占总装车量 38.3%,同比增长 20.6%。预计2021年我国动力电池装车量超 90gwh,同比增长约40%。
2020年12月我国动力电池装车量13.0gwh,同比上升33.4%,环比上升22.0%,其中,三元电池装车量6.0gwh,同比上升 24.9%,环比上升2.2%;磷酸铁锂电池装车量6.9gwh,同比上升 45.5%,环比上升46.0%。另外,12月我国动力电池产量共计 15.1gwh,其中三元电池和磷酸铁锂电池产量分别为8.5gwh和 6.5gwh,供需延续紧平衡。
2 、五年内锂电需求量保持快速增长
国务院颁布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提到,2025年,新能源汽车占比不低于20%,也就意味2025年我国新能源汽车销量或将超过500万辆。此外,有机构预计,2025年,新能源汽车全球销量达到1600万辆,锂电池出货量将进入twh时代。
随着续航里程和a级及以上车型占比提升,假定2025年平均单车带电量提升至60kwh,动力锂电池需求量将达到960gwh,有效产能按 80%计算,2025年产能需求将超1200gwh。以宁德时代为例,当前扩产需求急迫,若2025年全球市占率达到30%,产能需达到 360gwh,约为2020年产能的4倍。
①锂电池延续快速降价趋势。
电动汽车电池组平均成本由2010年时超1000美元/kwh急剧缩减至2019年时156美元/kwh。根据 2020年8月的第十二届中国汽车蓝皮书论坛上相关公司领导表态,到2025年,电池售价将降至目前一半以下,届时三元锂电池售价约为500元/kwh,磷酸铁锂电池售价约为400元/kwh。
据2020年欧洲电池大会上马斯克的发言,特斯拉的目标是降低电池组成本至50-55美元/kwh,约合人民币350元/kwh,该价格或成为未来行业标准。锂电池降价趋势明显,单车带电量按 70kwh计,则电池成本可降低超3.5万元,新能源汽车平价替代传统燃油车的时代即将到来。
②龙头企业采取以优势市场为根本向全球扩张的战略,积极扩产,确保行业地位。
我国电池厂商以宁德时代为代表依靠中国市场迅速崛起,覆盖国内超80%下游客户需求,正积极扩产进入欧洲市场争夺份额。而日韩电池厂商也依托早期完成的对海外市场的占领,储备了足够的资本,稳固欧洲市场的同时,在国内政策解限后逐步打开了中国市场。
③.未来五年头部电池厂商进入扩产高峰期。
2020年12月29日,宁德时代发布公告拟新增390亿元投资,相较此前披露的750亿元增加了50%以上,对应产能约120gwh,当前产能接近90gwh,2025年产能将达到400gwh以上,含合资产能在内的长期产能合计超过500gwh。
比亚迪也在重庆、长沙、贵阳、安徽等地进一步扩充产能。按照比亚迪的规划,弗迪电池到2020年底的产能将达到65gwh,2021 年和2022年总产能分别达到75gwh和100gwh。
此外,中航锂电、亿纬锂能、欣旺达等企业也同样拥有较大的扩产计划。
3 、寡头格局显现,优质企业竞争力进一步增强
国内动力电池市场呈现明显向头部集中趋势。2018年我国动力电池装车量cr10为82%,2019年cr10为88%;2020年cr3 71.4%,cr582.2%,cr10 91.8%,集中度进一步提升。宁德时代以50.0%的占比稳居第一,比亚迪占比14.9%和lg化学占比6.5%分列第二和第三。占据我国市场份额前十的企业分别是:宁德时代、比亚迪、lg化学、中航锂电、国轩高科、松下、亿纬锂能、瑞浦能源、力神电池、孚能科技。
宁德时代稳稳占据近半中国市场,和国内主流车企建立了良好的合作关系,正逐步抢占国际市场,龙头企业绑定优质客户实现强者恒强。lg化学今年收到国产特斯拉的订单强势进入中国市场。
国内部分有潜力的电池厂商凭借独特的技术优势吸引了大笔订单和车企入股,国轩高科和孚能科技分别收获了大众和戴姆勒的投资,预计两年内逐步放量,有望迎来市场和技术的提升从而跻身动力电池市场份额前五。
频繁报导的电动车起火事故引发了人们对新能源汽车安全性的担忧,相关政策法规出台规范动力电池安全性,低端产能被清退,加速行业向头部集中。2021年1月1日起,《电动汽车用动力蓄电池安全要求》正式实施,要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸。未来主流的高镍三元电池难以达到该标准,需进一步技术创新,进行材料改性和添加必要的 配套材料,以弥补高镍三元正极材料本身带来的安全隐患。这对电池厂商提出了更高的要求,拥有完善的安全监管体系和安全制造技术壁垒的优质企业更具竞争力,小厂商逐渐淘汰出局。2020 年实际在产动力电池企业数量已不足50家,未来头部集中趋势将会更加明显。
(三)、电池技术创新
随着新能源汽车市场的发展,2020年电池技术也在不断创新。一方面通过物理层面的创新进行结构优化,达到兼顾提高电池包体积比能量密度与降低成本的目的,另一方面则在化学层面对电池材料进行探索,达到兼顾提高单体电池性能与降低成本的目的。
物理层面上,宁德时代推出ctp,未来将推出ctc;而比亚迪则推出刀片电池,引爆了2020年的动力电池市场;国轩高科也推出了jtm技术。
化学层面上,电芯材料向多元化方向发展,在平衡安全性、性能、成本的不断探索中,高镍三元电池、无钴电池、ncma四元电池、硅碳负极电池、固态电池等新材料体系不断涌现。
1、动力电池结构创新,系统能量密度再攀高峰
中国厂商引领结构创新,实现体积比能量密度增长,零件数量减少,成本降低,增强企业竞争力。
宁德时代ctp与ctc技术:宁德时代2019年首先推出了 ctp(cell to pack)高集成动力电池开发平台,即直接将电芯集成到电池包内,省去了模组组装的环节。较传统电池包,ctp 电池包体积利用率提高了15%-20%,零部件数量减少40%,生产效率提升了50%,能量密度提升了10%-15%,可达 200wh/kg以上,动力电池的制造成本大幅降低。另外,ctp 电池包因为没有标准模组限制,可以广泛应用在不同车型上, 且散热性能更加优异。目前宁德时代ctp三元电池包已配套戴姆勒,蔚来等乘用车企,而ctp铁锂电池则将进入欧洲商用车市场。
在2020年8月12日中国汽车蓝皮书论坛上,宁德时代董事长曾毓群公布了一项在研新技术 ctc(cell to chassis)技术,此项技术可以看作ctp技术的延伸,进一步抛弃了电池系统笨重的外壳,直接将电池整合到底盘框架中。ctc的目标不仅限于电池重新排布,还将纳入包含电驱、电控的三电系统,通过智能化动力域控制器,优化动力分配、降低能耗。ctc技术将使新能源汽车成本可以直接和燃油车竞争,乘坐空间更大,底盘通过性变好,续航里程可达800公里以上,宁德时代目标在2030年前完成此技术开发。
比亚迪刀片电池:刀片电池是比亚迪开发的新一代可直接由电芯组成电池包的无模组磷酸铁锂电池。刀片电池形状独特,电芯扁长化设计,单体电池长度大于等于600mm小于等于2500mm,便于阵列排布。
刀片电池的独特优势体现在电池安全性和电池包空间利用率两方面。刀片电池在采用了叠片结构的基础上,在高风险安全位点全面使用了耐高温和拥有绝缘性能的高温陶瓷涂层。在动力电池领域最为严苛的安全测试针刺实验中,电芯发生内部短路时,刀片电池最高温度也仅有60摄氏度左右。同时,刀片电池采用更稳定的磷酸铁锂作为正极材料,使得自燃几率大幅降低,超级安全成为其主打特色之一。
另一方面,改变电池形状与排布方式可使体积比能量密度增加 50%。虽然刀片电池的单体能量密度几乎没有变化,但系统能量密度上升至160wh/kg,与三元锂电池的差距进一步缩小。比亚迪“汉”是第一款搭载刀片电池的车型,作为比亚迪2020年的首推车型,自7月上市以来销量火爆。
国轩高科jtm 技术:为对抗刀片电池,老牌磷酸铁锂厂商国轩高科推出了jtm(jelly roll to module)技术,即直接将卷芯放在模组里面,一次完成制作。通过卷绕工艺制作出电芯,再通 过导电组件相连,串联放置于铝壳中组成一个大电池,大电池带有单独的极耳,可以直接用于成组。该工艺制造过程非常简单,电池单体之间几乎没有了多余连接件,可以降低成本,同时可以提高电池的体积比能量密度,达到与刀片电池相近的效果。
国轩高科的电池灵活性更高,可以通过改变串联电芯的数量控制大小,易形成标准化,对产线改造相当友好,适用于大众 meb 平台和适度柔性大模组概念,同时具有相对独立的热管理能力,能够将热失控控制在较小范围区域内。国轩高科还发布了单体能量密度210wh/kg的磷酸铁锂电池,并将2021年的目标定为 230wh/kg,代表了行业领先水平。该技术的创新有望帮助国轩高科借力磷酸铁锂电池回暖的趋势收获更多订单。
2、材料体系创新
高镍三元电池:宁德时代方形ncm811电芯能量密度已实现 260wh/kg,达到世界一流水平,已配套包括广汽、宝马、蔚来等在内的主要客户群。lg化学南京工厂生产的圆柱体系ncm811电池已供货特斯拉model3。
无钴电池:2021年2月,蜂巢能源宣布,无钴电池所需的核心材料——无钴正极材料开始在常州材料工厂正式批量下线。这也是世界上首批 10 吨级量产的无钴正极材料。此外,蜂巢能源官方宣布,第一批无钴电池将在 2021 年 6 月份量产。
ncma四元电池:ncma四元材料在高镍三元的基础上增加铝元素,同时改变负极的常规做法,增加层,使得负极嵌入和脱出离子的能力以及在高倍率充放电时枝晶产生的概率大大降低。lg 化学将研发 ncma 四元材料,通过添加铝元素使高镍电池具有较高能量密度的同时保持较好的稳定性,其中镍含量超过 90%,钴含量低于5%。
固态电池:固态电池指采用固态电解质,将大大提升电池的安全性能和能量密度。1月9日,蔚来汽车2020 nio day在成都举行。蔚来创始人、董事长、ceo李斌宣布正式推出150kwh电池包,使用固态电池,续航里程将突破1000公里。
二、消费类电池
消费类电池是锂电池的重要应用场景。1990年,索尼推出第一款商品化锂电池,即是为录像机等消费类产品所研制。由于其高能量密度、轻便等特性,迅速在消费类领域走红。
2020年,中国消费类锂电池出货量约为59.8gwh,同比增长28.6%,高于新能源汽车动力锂电池的增速。
消费类电池又细分为3c数码电池、二轮电动车电池、电动工具电池,2020年出货量分别为44.5gwh、9.8gwh、5.5gwh。
3c数码领域,受大环境影响,手机、笔记本等产品出货量平缓,增长有限。但tws蓝牙耳机强势崛起,据相关机构统计,2020年全球tws耳机出货量达4.6亿对,同比增长43.75%,由此可推算出tws耳机电池至少出货13.8亿颗。
从tws耳机电池来看,除了德国瓦尔塔外,tws蓝牙耳机电池的主流供应商基本是中国电池企业。
预计2021年,tws蓝牙耳机的出货量还将进一步提升,中国锂电池企业紫建电子、亿纬锂能、鹏辉能源等企业将进一步收益。
无人机、电子烟等领域也有一定量的增长。
二轮电动车领域,根据工信部数据,2020年全国电动自行车完成产量2966.1万辆,同比增长29.7%;其中锂电池电动车渗透率在25%左右,即750万辆。
据统计,实际2020年电动二轮车锂电池的出货量约为9.8gwh,同比增长75%左右。
2020年锂电电动车增长的原因包括:
1. 受电动二轮车新国标影响,尤其是其整车重量的限制,引发锂电换购潮。
2. 共享经济的火热,共享电单车的大量投放市场,据统计2020年我国共享电单车投放量达800余万台。
3. 电动自行车出口量大增。
电动工具领域,2020年我国电动工具电池出货量约为5.5gwh,同比增长约62%。电动工具电池增长的主要原因在于,随着5g、物联网的发展,电动工具市场进行了较快的增长;同时,国际电动工具巨头也在快速换装中国锂电池电芯。
三、储能电池
2020年中国储能锂电池出货量约16gwh,其中电力储能6.8gwh,占比42.5%,通信储能7.2gwh,占比45%,其他包括城市轨道交通、工业等领域用储能锂电池。
电化学储能是当前应用最广、最具潜力的电力储能技术。主要集中于发电侧和用户侧。
从发电侧来看,由于风力发电和光伏发电等新能源具有随机性、间歇性、波动性等特点,大容量的发电装置直接并网会对电网调度运行于控制带来较大影响,甚至直接引发一些安全稳定事故。运用储能电池可以平抑新能源发电出力波动,同时可以保障新能源发电的高效输出,改善并网电能质量。
从用户侧来看,可在夜间电价较低时进行储能备用,在电价较高时抽调使用,可节约一定的用电成本;其次,也可以预防停电对生产生活造成的影响。
未来,随着全球对化石能源的放弃和对系能源的渴望,储能电池将迎来更大的发展。1月18日,青海省工信厅即发布通知,通知提到,将实行“”一体化开发模式,新建新能源配置储能容量原则上不低于10%,时长2小时以上。新建、新投运水电站也需同步配置新能源和储能系统,使新增水电与新能源、储能容量配比达到1∶2∶0.2。
同时对"新能源+储能”、"水电+新能源 储能”项目中自发自储设施所发售的省内电网电量,给予每千瓦时0.10元运营补贴,经青海省工业和信息化厅认定使用本省产60%以上的项目,再增加每千瓦时0.05元补贴,补贴对象为2021、2022年投产的电化学储能项目。
因此预测,2021年电力储能市场将迎来较大的发展。
通讯基站对储能电池的需求同样巨大,2020年,5g产业加速发展,基站建设如火如荼,中国铁塔、中国移动、中国电信、中国联通等企业均发布了采购需求。同时,近几年,随着通讯锂电池价格的快速下降及国内对数据中心的需求提升,带动了ups锂电池的初步放量。
未来,随着5g基站的进一步建设及原有通讯基站铅改锂及ups储能的发展,通讯储能锂电池的出货量将进一步提升。
四、锂电池四大主材市场情况
得益于国内动力电池产销量快速增长,四大材料的出货量在2020年均有一定的增长,其中正极材料、负极材料、隔膜同比增长率均在30%左右。
正极材料方面:2019年全国正极材料产量40.4万吨,近四年复合增长率35%,2020年中国锂电池正极材料产量达51万吨,同比大幅增长27%。
负极材料方面:2019年全国负极材料产量26.5万吨,近四年复合增长率39%,2020年中国锂电池负极材料产量达36.5万吨,同比大幅增长35%。
隔膜方面:2019年全国隔膜产量27.4亿平米,近四年复合增长率40%,2020年中国锂电隔膜产量达到37.2亿平米,同比增长36%。
电解液方面:2019年全国电解液材料产量18.3万吨,同比增长30%,2020年中国锂电池电解液产量达到25万吨,同比增长38%。
图表 9 2018-2020年中国锂电池四大材料出货量对比
资料来源:广东省电池行业协会
(一)正极材料
正极材料:正极材料市场集中度相对较低,前十大厂商合计产量28.56万吨,占比56%。从材料类别来看,三元材料、磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料分别占比46%、25%、16%、13%。
图表 14 2020年国内正极材料分产品市场份额
资料来源:广东省电池行业协会
磷酸铁锂材料占比由2019年的22%上升至25%,主要原因在于补贴退坡,车企降本压力增大,同时宁德时代、比亚迪、国轩高科通过技术创新推出ctp、刀片电池、jtm技术,提升电池包能量密度,使得磷酸铁锂电池系统能量密度已突破140wh/kg,逼近三元锂电池的水平,同时还降低了成本,使得部分车企改装磷酸铁锂电池。2020年下半年,搭载磷酸铁锂的车型集中上市,如比亚迪汉、铁锂版model 3、五菱宏光mini ev、欧拉好猫、奔奔e-star等,这部分车型多数为爆款产品,拉动了磷酸铁锂的需求。
同时,因安全性能、循环寿命、 成本方面的突出优势,磷酸铁锂电池将长期主导新能源商用车市场,以及迎来增长拐点的储能市场。
另外,2020年小动力(含共享电单车、换电)市场受出口与内需双向带动,出货量同比增长超80%,其中铁锂型电池占比约30%;受国外家储市场以及基站侧储能出货提升带动,储能锂电池出货同比增长超过50%,基本都使用铁锂电池,以上领域同样带动磷酸铁锂材料占比提升。
2020年,三元材料、磷酸铁锂材料、钴酸锂材料、锰酸锂材料top5占比分别为43%、83.4%、84%、46%,钴酸锂材料的集中度最高、三元材料的集中度最低。
三元材料集中度低,磷酸铁锂集中度较高。三元正极材料是影响动力电池能量密度、稳定性、循环性能和成本最关键的电池材料,下游车企多样化的需求以及多条技术路线的突破使得正极材料向多元化方向发展,造成了相对分散的行业格局。
磷酸铁锂因工艺技术较为成熟,同质化竞争激烈,另一方面液相合成法的突破带来了成本上的优势,相关企业从中受益明显,行业集中度较高。
随着产业链垂直一体化发展,上游前驱体厂商和下游动力电池厂商尝试涉足电池材料来拓展市场,正极材料的竞争格局将会更加复杂。另外,分散的行业格局使得单一正极材料厂商产能偏低,未来具备技术壁垒和充足产能的企业容百科技和德方纳米有望从一众正极材料厂商中脱颖而出。
(二)负极材料
负极材料呈现“三大四小”的格局,贝特瑞、杉杉、紫宸为三大;四小为凯金、翔丰华、星城、斯诺。
图表 14 2020年国内负极材料分产品市场份额
资料来源:广东省电池行业协会
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。
此外,2020年负极材料市场top3占比相比2019年有所下降,由57%下降至53%。
未来,硅碳负极材料将逐步取代石墨。当前高镍三元锂电池的单体能量密度已经接近极限,硅碳负极材料将成破局关键。硅基负极材料理论容量比可达4200mah/g,远高于当前普遍使用的石墨类负极(372mah/g)。但硅基负极材料存在致命的缺陷,锂离子嵌入会导致严重的体积膨胀,进而破坏电池结构,造成电池容量快速下降。
硅碳复合材料就是在此背景下诞生的产物,硅颗粒作为活性物质,提供储锂容量,碳颗粒既能缓冲充放电过程中负极的体积变化,又能改善材料的导电性,还能避免硅颗粒在充放电循环中发生团聚,使用硅碳复合材料作为负极材料来提升电池能量密度已成为业界公认的方向之一。硅碳材料是目前最具商业化前景的备选负极材料。model 3使用了掺有10%硅基材料的人造石墨负极电池,其电池能量密度高达300wh/kg,几乎超过所有使用石墨作为负极材料的电池。宁德时代、lg 化学、松下、国轩高科等动力电池企业都已把硅碳负极纳入了高镍三元技术路径的规划中,二者搭配下有望实现动力电池能量密度的跨越式提升。硅碳负极材料尚处于导入期,未来随着技术突破成本降低性能提升,届时硅碳负极材料将进入快速增长期,预计2025年其渗透率超过20%,到2030年成为主流的负极材料。
(三)隔膜
2020年,我国锂电池隔膜出货量达到37.2亿平方米,同比增长36%。其中湿法隔膜出货量26亿平米,同比增长30%,占隔膜总出货量的70%;干法隔膜出货量11.2亿平米,同比增长超过40%,增速大于湿法,占隔膜市场总量的30%。
图表 15 2020年国内隔膜分产品市场份额
资料来源:广东省电池行业协会
干法隔膜增速提升的主要原因在于新能源汽车和动力电池厂商对电池成本以及安全性能的重视,磷酸铁锂电池产量提升。磷酸铁锂电池对隔膜孔隙率要求不高,搭配干法隔膜使得磷酸铁锂电池更加符合其成本低、安全性高的定位,今年磷酸铁锂电池的回潮带动了干法隔膜的需求增长。
同时,干法技术也获得突破,潜力被再次挖掘,重获市场竞争力。随着技术的突破,干法隔膜有望焕发新生,2020年8月,惠强新材研发的具有国际领先水平的6μm超薄三层共挤干法隔膜产品成功下线,成功突破了使用干法制造超薄隔膜的难题,使干法隔膜厚度极限再次下探,与湿法隔膜接近,其强度与正常的 9μm薄膜强度相当,同时具有更高安全性,且能更好地满足电池高能量密度的需求。干法隔膜潜力被再次挖掘,预计短期内干法隔膜占比将维持在30%左右。
2020年受锂电能量密度提升、三元动力以及钴酸锂数码电池出货量增长带动,隔膜向薄层化以及功能化方向发展加快。2020年细分产品型号主要集中在7/9/12μm领域,其中5μm湿法隔膜正在加快市场导入。
2020年top6企业市场占比为80.3%,top3企业市场占比61.7%。
隔膜行业龙头地位稳固。国内隔膜市场已完成了一轮整合,恩捷股份凭借庞大的产能和技术优势独占鳌头。伴随磷酸铁锂电池的回暖,干法隔膜绝对龙头星源材质大幅受益,中材科技紧随其后,2020年1-10月三者在全国隔膜市场的份额分别为 35.2%,12.8%,11.6%,合计59.6%。隔膜行业技术壁垒较高,建设周期较长,而且折旧费用高,加工工艺落后、生产能力落后的中小企业难以存活。具备先发优势的企业通常长期绑定优质客户资源,因此隔膜行业集中度较高,头部企业地位短期内难以撼动。
恩捷股份是国内湿法隔膜绝对龙头。2020 年前三季度在国内湿法隔膜市场份额占比为47%,是全球产能和出货量最大的锂电池隔膜供应商,从客户结构上看,基本上囊括了国内外全部龙头电池企业。通过对苏州捷力和纽米科技的并购,从动力电池向消费电池延伸,进一步提升了其在湿法隔膜领域的竞争力。另外,公司在数年前就开展了湿法隔膜在半固态电池上应用的相关技 术研究和产品开发,半固态电池技术的革新对公司影响有限。
此外,隔膜领域加速整合。2019~2020年锂电隔膜市场出现三次较大规模的收购事件,恩捷收购苏州捷力、恩捷股份收购重庆纽米、中材科技收购湖南中锂。
新一轮整合不在局限于资源领域整合,而主要集中在横向整合,这使得市场进一步呈现出“1 n”的竞争格局,寡头效应进一步增强。收购后的锂电隔膜市场恩捷股份与中材中锂市场占比进一步提升,资源集中式发展导致其他湿法其他隔膜生产企业生存空间进一步压缩,湿法隔膜市场未来有望进一步向头部企业集聚。
(四)电解液
2020年中国电解液产量接前五名是广州天赐、新宙邦、杉杉、江苏国泰、珠海赛纬,前五大生产商合计占总产量的70%以上。
2020年中国电解液在动力电池、出口、数码电池、小动力电池(含低速车、叉车、agv等)、储能和其它领域的份额分别为35%、17%、17%、7%、7%、17%。
图表 16 2020年中国电解液市场份额
从市场竞争格局角度来看,2020年top6占比为77.6%,top3占比61.4%,市场集中度较上年进一步提升。市场集中度提升的原因有:
1)头部企业具备全球供应能力,受疫情影响较小,在需求带动下出货量增长,使得头部企业市占率提升;
2)头部电解液企业具备客户、产能、供应链以及资金等优势,与上下游产业链合作紧密,2020年获得了更多客户的订单;
3)新催生的自由出行、在线教育以及远程办公等市场,加之5g商化加快带动智能手机换机潮加快,带动数码以及小动力市场电池需求增加,也在一定程度上促进电解液企业集中度的提升(3c数码电池企业电解液采购大部分来自头部企业)。
未来,随着固态电池产业的发展,固态电解质将取代液态电解液。