2.1、鋰電池產業鏈
·鋰電池上游是鋰電池材料所需的礦產資源,中游為鋰電池生產廠商,包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜、導電劑和粘合劑的生產等,下游主要是鋰電配套應用領域,目前已廣泛用于消費類電子產品、電動汽車、工業儲能。
按照鋰電池不同的組成成分、形狀及其應用,我們可以進行如下分類(參見圖表)。
鋰電池通過鋰離子在正極和負極之間移動來完成充放電工作。在充電過程時,Li+從正極脫嵌,經過電解質嵌入負極,此時正極處于貧鋰態,負極處于富鋰態;放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電池的電極。在鋰離子移動過程中,兩極材料結構變化很小,因此循環性能良好,以磷酸鐵鋰為正極材料時為例:
充電時
正極反應:LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-,
負極反應:xLi++xe-+6C→LixC6,
放電時
正極反應:Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4,
負極反應:LixC6→xLi++xe-+6C。
2.2、未來十年鋰電池成為電動車用電池主流
·縱觀發展歷程,動力電池分別經歷了鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池、燃料電池的時代。鉛酸電池目前占據二次電池80%以上的市場份額,主要應用于電動車市場和儲能市場,鎳鎘電池主要應用于電動工具,但是鉛酸電池和鎳鎘電池均含有重金屬元素容易造成污染,因此推廣程度有限。鎳氫電池主要應用于混合電動車(HEV),但性能不能滿足目前大力發展的純電動汽車(EV)和插電式混合動力汽車(PHEV),此類電動車需200公里以上的行駛里程,是鎳氫電池提供的純電動里程的10倍。雖然燃料電池的性能很好,但是技術難度大。
·鋰電池以其優越的性能和成熟的技術成為未來十年電動車用電池首選。1)具有更高的能量質量比、能量體積比。目前能達到100-125Wh/kg和240-300Wh/L,是鎳鎘電池的2倍,是鎳氫電池的1.5倍;2)電壓高。單節鋰電池電壓為3.6V-3.9V,相當于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓;3)自放電小,可長時間存放。充滿電的鋰電池儲存1個月后的自放電率為10%左右,大大低于鎳鎘電池的25-30%,鎳氫電池的30-35%,這是鋰電池最突出的優越性;4)無記憶效應。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應,所以鋰電池充電前無需放電;5)壽命長。正常工作條件下,鋰電池可達到500次以上的充放電循環次數;6)可以快速充電。通常可以采用0.5-1倍容量的電流充電,使充電時間縮短至1-2小時;7)可以并聯使用;8)由于電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素,對環境無污染,是當代最先進的綠色電池。
電動汽車爆發式增長,促進鋰電池行業發展。以特斯拉電動汽車為例,2013年,特斯拉ModelS全球銷量為2.23萬輛,其中30%的用戶選擇入門級的60kWh電池,70%配置80kWh電池,由此推算,2013年Tesla消耗鋰電池總量達到165萬kWh,由此推算出,特斯拉2013年全年消耗鋰電池數量達到165萬kWh,遠遠超過其他電動汽車對于鋰電池的需求。隨著電動汽車的飛速發展,若2014年ModelS超過3.5萬輛的出貨量目標得以實現,以及特斯拉第三代ModelX的上市,僅特斯拉一家公司鋰電池的需求量已超過259萬kwh,鋰電池行業將實現爆發式增長。
3、鋰電池在非電動車領域需求仍廣闊
·除了電動車領域帶動鋰電池的發展,鋰電池還應用于消費類電子產品市場以及儲能領域,需求空間廣闊。2013年全球鋰電池需求產量為465億Wh,與2012年382億Wh相比增長21%,其中2013年中國市場鋰電池需求總量超過111億Wh,與2012年66億Wh相比,增長66%以上。
3.1、消費類電子產品市場對鋰電池的需求穩定增長
·目前,消費類電子產品占鋰電池需求的58%,鋰電池在消費類電子產品方面的應用主要包括:手機、個人電腦、平板電腦、數碼相機、移動電源、電子煙等。
·近年來,隨著智能手機不斷的更新換代以及售價的降低,全球手機的比重不斷攀升,從而增加了鋰電池的需求量。2013年全球手機出貨量較2012年增長4%,其中智能手機出貨量為10.04億部,占全球手機出貨量的55%,較2012年增長38%。
非手機消費類電子產品領域:最近幾年雖然數碼相機和筆記本電腦趨于飽和,但平板電腦、電子煙出貨量一直維持著高速增長的態勢。2013年,全球平板電腦出貨量為2.2億臺,較2012年1.4億臺增長57%。全球電子煙市場規模在2013年達25億美元,占全球煙草0.1%,有報道預測至2050年電子煙占比將達到4%,帶動鋰電池行業快速發展。
3.2、工業儲能是鋰電池需求新的增長點
·鋰電池在工業儲能中的應用包括一般UPS儲能電源、電動工具、工業機械、移動基站電源、風光發電配套。雖然目前鉛酸蓄電池多用于儲能設備,但隨著鋰電池技術的不斷成熟,鋰電池將慢慢取代鉛酸蓄電池。2012年全球鋰電池需求總量中,工業儲能市場消耗467.36萬kWh,占比12.25%,中國電動工具用鋰電池市場需求稍大,工業儲能市場共消耗鋰離子電池73.15萬kWh,占比15.65%,高于全球。此外,移動基站電源市場成長最快,2012年消耗5.80萬kWh的鋰電池,較2011年有大幅度攀升。
3.3、鋰電池行業日韓暫時領先,中國迎頭趕上
·日本和韓國鋰電池市場領先于中國,中國的發展潛力巨大。就全球鋰電池市場來看,韓國已經超過日本成為最大的鋰電池國家,日本的松下、索尼、韓國的三星、LG鋰電池在全球鋰電池市場中遙遙領先,中國的比克、力神以及新能源等公司正迎頭趕上,近幾年增長迅猛,逐漸縮短與日韓的差距,未來發展潛力巨大。
我國鋰電池企業逐漸呈現出強者更強的局面。國內鋰電池的發展晚于發達國家,技術水平還不及美日韓,但通過近幾年的不斷努力,鋰電池走出了萌芽期,已經步入成長期。目前我國市場上涌現出一批具有國際先進水平的鋰電池企業,這些企業不斷開拓創新,開發出高性能的鋰電池,并加強與國外頂尖廠商的協同合作,進一步提高公司的實力,形成良性循環,達到強者更強的局面。
4、應用領域需求爆發,鋰電池關鍵材料飛速發展
·鋰電池四大關鍵材料中技術逐漸突破,高端鋰電池材料發展空間廣闊。雖然目前我國鋰電池材料技術水平偏低,鋰電池材料多集中在中低端領域,但是隨著電動汽車快速發展以及國家政策的支持,鋰電材料開發動力十足,技術水平將會進一步提高,高端產品發展空間巨大。
從技術壁壘上看,隔膜>六氟磷酸鋰電解質>正極材料>電解液>負極材料。