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锂离子电池行业发展现状:电化学储能和铁塔基站带来巨大需求

作者:SMM钴锂新能源 来源:SMM任子龙 发布时间:2019-08-01 浏览:
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中国储能网讯:储能用锂离子电池销售收入由52亿元,同比增长20%,达到65亿元,产量由39亿瓦时,增长到52亿瓦时,同比增长35%。

中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙在近期的演讲中分享了中国动力锂离子电池产业发展现状及趋势。

中国动力锂离子电池行业发展现状

根据中国化学与物理电源行业协会统计分析,2018年中国锂离子电池销售收入达到1727亿元,比2017年的1589亿元,同比增长8.7%。锂离子电池的产量由1009亿瓦时增长到1242亿瓦时,同比增长23.1%。主要是由新能源汽车动力电池和储能电池市场的快速增长。

其中,消费类电子产品用锂离子电池销售收入由757亿元增长到772亿元,同比增长约2%,产量由524亿瓦时,同比增长3%,达到540亿瓦时。消费类电子产品用电池的主要市场是手机、笔记本电脑、移动电源、电动工具和可穿戴设备等,手机、笔记本电脑、平板电脑和移动电源市场的需求均出现减少,但电动自行车、电动工具、可穿戴设备对锂离子电池需求增长相对较快。新能源汽车用动力锂离子电池销售收入由780亿元,同比增长14.1%,达到890亿元;产量由446亿瓦时,同比增长45.7%,达到650亿瓦时。储能锂离子电池销售收入由52亿元,同比增长20%,达到65亿元,产量由39亿瓦时,增长到52亿瓦时,同比增长35%。

2017年锂离子电池出口量约为17.11亿只,2016年出口量约为15.17亿只,与上一年相比,同比增长了12.79%。2017年锂离子电池出口额约为80.48亿美元,2016年出口额约为68.41亿美元,同比增长了17.64%。

2018年中国动力锂离子电池装机量

三元电池:装机量为 331亿wh,占总装机量 58.17% 。从配套车辆类型来看,主要配套在新能源乘用车上,占比 90.4%。

磷酸铁锂电池: 装机量为 221.9亿wh,占总装机量 39%;从配套车型类别来看,磷酸铁锂电池主要配套在新能源客车上,市场占有率为72.5% 。

锰酸锂电池: 装机量为 10.8亿wh,占总装机量 1.9%;主要应用在新能源客车上,占比 66.7%。

钛酸锂电池: 装机量为5.2亿wh,占总装机量 0.9%;主要作为快充电池应用在新能源客车上 。

在各类动力电池方面,目前市场主要以三元电池和磷酸铁锂电池占据主导地位;从发展趋势来看,三元电池电池占比将快速提升。

动力电池行业特点:市场集中度显著提高

2016年以来,动力锂离子电池行业呈现产能结构性过剩。随着国家政策的深度调整,动力电池行业集中度将持续提升。 2016年前20强企业装机量为83.1%,前5家企业装机量占比为64.5%。2017年前20家企业装机量320.9亿WH,占比87%;前5家企业装机量223.43亿WH,占60.5%。2018年前20家企业装机量522.3亿WH,占比91.8%;前5家企业装机量占比73.6%。前2家占61.3%。2018年作为中国动力电池市场的关键一年,各个企业面临着补贴大幅度下滑、能量密度及续航门槛大幅提高、企业资金链紧张等多重压力,市场进入洗牌阶段,无论是二三线梯队企业,还是被边缘化的动力电池企业,均有被淘汰出局的风险。

2018年三元动力电池占比明显提升

从市场需求看,乘用车将是未来新能源汽车增长的主力。由于补贴政策的引导和三元电池本身的高密度特性更能满足新能源乘用车市场的需求,从国内主流电池生产企业的数据看,三元电池已成为电池技术发展的重点。高镍三元材料电池被业界普遍看好,吸引众多动力电池企业的积极布局。三元电池企业多在集中布局高镍三元电池的研发,技术路线从目前主流的NCM523体系正向NCM622、NCM811和NCA快速的推进。2019年,由于补贴退坡幅度较大,国家加大对动力电池安全性的关注,磷酸铁锂电池的占比有有望进一步提高。2020年补贴取消后,磷酸铁锂电池、三元电池和锰酸锂电池将会拥有各自的应用领域和发展空间。

电池安全性应引起企业高度重视

三元正极材料的高镍低钴化在提升电池能量密度、降低材料成本等方面具有明显优势,但安全性和稳定性问题却较为突出。由于高镍三元正极材料的技术壁垒较高,在制备工艺、设备及生产环境等方面的要求都远远高于普通三元材料,国产高镍三元材料走向成熟仍需要克服多项技术难题。

2017年和2018年,企业为得到更高的补贴,在提高系统能量密度的要求下,降低了电池系统的热管理要求,存在很大的安全风险。另外,大部分企业在三元电池生产方面还缺乏足够的经验积累,电池的安全性和寿命都有待检验。企业应高度重视电池单体和系统的安全性。

补贴退坡敦促全产业降成本

2019年补贴降幅超过50%以上,系统能量密度门槛稳步提升,整车能耗要求提高,纯电动乘用车里程门槛进一步提高。

补贴下调使得动力电池环节首先受到冲击,动力电池企业的利润空间正在一点点被吞噬,电池企业短期内压缩成本的意愿十分强烈。 电池企业将通过向上游隔膜、电解液、负极、正极等环节压价等“降本”措施,以及提高能量密度、标准化、规模化生产等“增效”措施来尽可能弥补。

2018年,瑞士联合银行(UBS)对松下、LG化学、三星SDI和宁德时代的电池进行测试评估,特斯拉超级工厂生产的松下电池成本是0.11美元/瓦时(约合人民币0.76元/瓦时),远低于其他三家竞争对手,其中宁德时代的电池成本约0.15美元/瓦时(约合人民币1.03元/瓦时),在四家企业中成本最高。

虽然宁德时代目前是全球最大的动力电池生产企业,而且已稳坐我国动力电池装机量头把交椅,但是在成本控制上与国际先进水平还存在不少差距。而宁德时代的现状,也折射出我国动力电池企业在成本控制方面的不足。与国外锂电巨头相比,我国动力电池企业面临着巨大的降成本压力。

核心技术显著增强 与国外仍存在一定差距

我国动力电池产业快速发展,推动各环节技术水平快速提升。电芯实现了三元NCM811电池的量产应用,产品单体能量密度达到260Wh/kg,系统能量密度达到180 Wh/kg;方形、软包生产设备和圆柱电池后段设备实现国产,自动化程度和设备精度显著提升;正极材料NCM811和NCA材料初步实现国产,并在部分产品上实现应用;硅碳负极材料已量产,并出口到国外;湿法隔膜国产产品已占主导,产品性能接近国外水平;电解液实现了新型添加剂的研发和量产。

虽然我国动力电池各环节技术取得一定发展,但企业总体研发水平仍相对薄弱、产品一致性差、同质化问题严重、安全问题频发,特别是在电池能量密度、BMS、生产设备和原材料方面与国际先进水平存在一定差距。

新能源汽车成为国内未来重点发展方向

2015年10月30日,工业和信息化部正式发布《<中国制造2025>重点领域技术路线图(2015年版)》。《中国制造2025》提出纯电动和插电式混合动力汽车、燃料电池汽车、节能汽车、智能网联汽车是国内未来重点发展的方向,并分别提出了2020年、2025年的发展目标。

随着新能源汽车在家庭用车、公务用车和公交客车、出租车、物流用车等领域的大量普及,2020年中国新能源汽车的年销量,将达到汽车市场需求总量的5%以上,2025年增至20%左右。在国家碳排放总量目标和一次能源替代目标需求下,2030年新能源汽车年销量占比将继续大幅提高,规模超过千万辆。

《节能与新能源汽车技术路线图》提出新能源汽车发展目标

2016年10月26日发布的《节能与新能源汽车技术路线图》指出:随着新能源汽车在家庭用车、公交客车、出租车、物流用车、公务用车等领域的大量普及,至2030年,新能源汽车逐渐成为主流产品、汽车产业初步实现电动化转型。

至2020年,新能源汽车销量占汽车总体销量的比例达到7%以上。至2025年,新能源汽车销量占汽车总体销量的比例达到20%以上。至2030年,新能源汽车销量占汽车总体销量的比例达到40%以上。

双积分政策实施,外资车企将加速在华新能源汽车布局

《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》自2018年4月1日起施行,2019年起正式考核。 根据办法,2019-2020年,车企销售车辆中新能源汽车积分比例分别为10%和12%。

双积分政策的推出,外资车企为了适应政策要求,加快与国内新能源汽车企业的合资步伐,这将推动海外(尤其是欧洲)传统车企加紧电动汽车在华布局,合资与自主的较量将在电动车领域再次上演,国内核心零部件供应商迎来历史性发展机遇。

双积分政策是一把“双刃剑”,会有力地促进新能源汽车总规模的扩张,但是自主品牌新能源汽车的市场空间会有较大的压缩。双积分政策实施的力度越大,对自主品牌的空间压缩程度就越大。

工信部等六部委印发《关于加强低速电动车管理的通知》,将加快低速电动车锂电化步伐

《通知》明确要开展以下三个方面工作:一是开展低速电动车生产销售企业清理整顿。二是严禁新增低速电动车产能。三是建立长效监管机制。各省级人民政府要根据本地区具体情况制订在用低速电动车处置办法,研究设置一定时间的过渡期,通过置换、回购、鼓励报废等方式加速淘汰违规低速电动车在用产品。

国家对低速电动车提出了“升级一批、规范一批、淘汰一批”的总体思路。下一步可能将加快制定发布《四轮低速电动车技术条件》等国家标准,加快研究提出低速电动车生产、销售、税费、保险和使用管理、售后服务等环节具体管理措施,建立完善低速电动车管理体系。此项整顿工作将加快推进低速电动车的锂电化步伐。

《电动自行车安全技术规范》发布,电动自行车掀锂电化大潮

《电动自行车安全技术规范》(GB17761-2018)强制性国家标准将于2019年4月15日正式实施,电动自行车企业均积极谋求车型升级。

根据技术规范,电动自行车需具有脚踏骑行能力,最高设计车速不超过25Km/h,整车质量(含电池)不超过55Kg,电机功率不超过400W,蓄电池标称电压不超过48V等。

与政策环境相呼应的是,包括雅迪、爱玛、新日、小牛等电动自行车领军企业在锂电化道路上的提前布局与趁势发力,也推动了自行车锂电池市场的迅速起量。同时,巨头们还开始强势发力锂电版电动摩托车领域。

自新国标颁布之后,虽然有11个月的过渡期,但各大城市依照新国标对于电动车的管理已开始“动真格”。目前包括北京、杭州、温州等城市已率先严管、禁售、查处超标电动自行车。

新国标的实施无疑将给国内锂电池行业带来新一轮的市场活力,但是从产品品质、安全性能以及消费体验而言,国内锂电厂家真正想分羹一杯并非轻而易举。

全球智能手机市场增长平稳,中国厂商市场份额扩大

2017年全球智能手机出货量15.5亿部,同比增长2%,前十大厂商获得了77%的市场份额。前十大厂商中国占据6家。 2017年国内市场出货量4.91亿部,同比下降12.3%。4G手机升级浪潮退去、性能提升带来的刚性换机需求走弱,致使国内市场出货量结束两年来的增长趋势。当前国内市场趋近饱和,海外成为了国产品牌手机厂商极为重要的目标市场。

印度《经济时报》报道, 2017年,OPPO、vivo、一加、小米等中国智能手机品牌在印度的销售额均实现了数倍增长,合计销售额增长近30亿美元,中国的智能手机已经占据了印度市场的半壁江山;IDC的报告称2017年第三季度中国传音以30.1%的市场份额成为非洲市场排名第一的手机厂商;Counterpoint的统计报告显示,在2017年的欧洲手机市场上,华为获得了13%份额,中兴通讯和联想集团也各自获得了4%和3%的份额。

电化学储能爆发,对锂离子电池需求快速扩大

储能发展规模方面,根据彭博新能源财经数据库项目统计,中国2015-2018年间投产的电化学储能项目共94个,装机规模合计约为449MW/1117MWh。近三年来,电化学储能投产规模保持高速增长态势,年均增长率约为69%,2018年增速最快。

储能应用场景方面,在已统计储能应用场景的项目中,已投储能项目主要应用于电源侧的新能源并网及平滑出力波动(已投项目共35项)、用户侧的微电网(已投项目共24个)等场景,电网侧储能应用较少。电源侧和用户侧储能是2015-2018年间储能项目投资主要方向。

从地域分布上来看,近三年投产的储能项目主要分布在江苏、青海、西藏等新能源富集地区和负荷中心省份。其中,江苏规模占比最高达33.5%,主要应用场景为输配电设施基础服务、分布式及微电网、工商业储能等;青海和西藏投产规模分别位列第二位和第三位,主要用于新能源并网、分布式及微电网等场景。

从技术类型上看,近三年投产的项目中,选择锂离子电池的项目数量最多,约45个;铅酸电池次之,约28个;超级电容器、蓄冷、其他储能电池等项目数量位居第三,约25个;液流电池项目数量最少,约7个。

铁塔基站对退役锂离子电池有巨大需求

中国铁塔从2015年以来开展了退役动力电池用于基站备电的试验,试验的站点覆盖了城市、乡村以及高寒、高温、高湿等不同场景,不同的基站类型。试验结果证明,梯次电池相对于传统铅酸电池,具有充放电次数多、续航能力强、使用年限长等诸多优点,从技术和经济性上都是可行的,有利于保障电信网络运行质量,有利于资源节约与环境保护,有利于促进新能源汽车产业健康发展。

10月31日,中国铁塔与11家新能源汽车主流企业签署战略合作协议,进一步推广梯次电池试点应用。

铁塔公司目前在全国范围内拥有180万座基站,备电需要电池约54GWh;60万座削峰填谷站需要电池约44GWh;50万座新能源站需要电池约48GWh。合计需要电池约146GWh。

如果以存量站电池6年的更换周期计算,每年需要电池约24.3GWh;以每年新建基站10万个计算,预计新增电站需要电池约3GWh。合计每年共需要电池约27GWh。

2020年补贴取消后,各种混合动力车型用电池技术值得关注

在国内外纯电动车和插电式混合动力车取得较快发展的同时,混合动力车辆,特别是微混车辆等各种节能汽车也在国际上得到的快速发展。为了适应各国对汽车节能减排不断提高的要求,达到降低燃油消耗,促进燃油效率提升和CO2减排的功能,又能满足各类客户对车辆性价比的需求,微混车辆正加快向轻混车辆发展。轻混车辆要求电池能提供更高的能量,甚至功率。于是,车用48V电源系统正在得到加速发展与应用,而且是锂离子电池可能显示优势的又一扩展应用领域和发展机遇。

我国一汽、上汽、长安、北汽、江淮、吉利等企业都已将48V电驱动技术列为较为可行的技术路线,开发应用48V电池系统的乘用车。国内外48V电池研究、生产与应用都取得了显著进展。其中,国内一些大型锂离子电池企业已经分别开发出48VLFP/C、NMC/C、NMC/LTO等不同锂离子电池体系产品。

锂离子电池技术发展方向

锂离子电池技术进步,主要来自关键电池材料创新研究与应用进展,通过新材料的开发进一步提高电池性能,提高质量,降低成本,改善安全性。为满足下游应用对电池能量密度提升的要求,一方面通过采用高比容量的材料,另一方面可通过提高充电电压,采用高电压材料。

近中期:在优化现有体系锂离子动力电池技术满足新能源汽车规模化发展需求的同时,以开发新型锂离子动力电池为重点,提升其安全性、一致性和寿命等关键技术,同步开展新体系动力电池的前瞻性研发。

中远期:在持续优化提升新型锂离子动力电池的同时,重点研发新体系动力电池,显著提升能量密度,大幅降低成本,实现新体系动力电池实用化和规模化应用。

锂离子电池技术发展方向 | 正极

正极材料研发重点:高安全、低成本和高性能正极材料

1)高镍正极(NCM或NCA)材料的高能量密度与安全性兼顾的研发进展:高镍低钴是发展趋势。特斯拉动力电池目前钴使用量低于3%,未来将降至0%。2018年6月初,松下宣布正在开发无钴电动汽车电池;

2)橄榄石结构LMnPO4、LMFP或混合型材料研究与应用研究;

3)富锂富锂锰基材料的长期稳定性研究;

4)现有正极材料循环后的安全性能评价研究—自燃现象的内在揭示;

5)提升安全性、降低成本和保持高综合性能的复合或混合正极材料研究。

锂离子电池技术发展方向 | 负极

负极材料研发重点:硅基负极-硅碳,氧化亚硅碳。包括硅基负极材料研究与应用、人造石墨材料性能提升与成本降低、LTO材料性能提升与电池应用研究、金属锂的可充性改善等。

国内前几大负极材料生产厂商陆续对硅碳负极材料进行布局,深圳贝特瑞和江西紫宸已率先推出多款硅碳负极材料产品,如贝特瑞高容量硅碳三代产品已完成技术开发,高倍率、长循环硅氧已实现量产。上海杉杉和星城石墨也正在加快硅碳新型负极材料的产业化。

由于人造石墨在长循环寿命和快速充放电两方面的优势,动力电池企业从天然石墨逐渐转向人造石墨 。负极材料行业继续呈现强者恒强局面:贝特瑞、上海杉杉、江西紫宸三强鼎立,斯诺、凯金、翔丰华、星城等第二梯队企业奋起直追。

锂离子电池技术发展方向 | 电解液

电解液领域重点围绕着功能电解液展开,对添加剂的选择是当今电解液研究发展的焦点所在,尤其以新型电解质体系(含溶剂、溶质与添加剂),适用于高镍NCM动力电池的功能电解质(含添加剂),适用于储能电池中的电解质(特别包含添加剂)以及低温型、高温型(150度)、阻燃性及耐5V高电压电解质体系研究与应用新进展。

目前,重点开发高电压三元/石墨电池、高镍正极/石墨或硅碳电池、高功率三元/石墨电池、长寿命磷酸铁锂/石墨电池、高能量密度磷酸铁锂/石墨电池用添加剂。

锂离子电池技术发展方向 | 隔膜

隔膜技术路线主要分为干法与湿法两种,干法成本较低但不适合高比能量电池,湿法更薄能够满足动力电池对高比能量的要求,但是成本较贵。2017年湿法隔膜的产量超过了干法隔膜。

涂覆(或复合)隔膜则是当今隔膜应用发展的焦点所在,隔膜表面采用涂覆层可以带来明显的好处,首先是提高了隔膜的热稳定性;其次是提高隔膜对电解液的浸润性,有利于电池内阻降低、放电功率提升;再有是可阻止或降低隔膜氧化,有利于配合高电压正极的操作以及延长电池循环寿命等。涂层材料主要包括:氧化铝、勃姆石、PVDF、PVDF+HFP、纳米复合材料、芳纶等。

未来发展:薄型化隔膜。随着动力电池比能量快速提升,16微米、12微米甚至8微米的隔膜开始应用,而湿法工艺制成的隔膜能够达到要求。而随着新能源汽车补贴的减少以及干法隔膜工艺的逐步改进,干法隔膜在三元电池占比逐步提升。

加快推进行业智能制造进程

新能源汽车和储能市场的快速扩大,对电池的高安全性、高一致性、高合格率和低制造成本提出了更高的要求。

目前,锂离子电池制造发展的总体趋势是: “高品质、高效、高稳定性”和“信息化、无人化、可视化”。因此,我国锂离子电池企业要通过技术创新、生产自动化和管理规范化,加快实现锂离子电池的智能制造。

要实现锂离子电池行业制造智能化,首先要重视自动化、信息化建设,高度重视两化的深入融合,根据各具体功能需求开发应用的智能化解决方案。通过运用智能化解决方案,保证锂离子电池制造的安全、质量、一致性和可追溯。

高度重视动力电池梯次利用和回收再利用

随着新能源汽车的快速发展,我国动力电池退役将渐成规模,车用动力电池退役后,需要考虑其梯次利用和回收再利用。

要开展梯次利用,首先要了解退役电池的品质和安全性能。电池企业要建立大数据追溯系统平台和对电池检测评价方法。大数据要包括电单体研发生产数据、电池包研发生产数据、电池包车载运行监控数据等。通过大数据对退役电池进行健康评价,以确定电池能否进入梯次利用市场。

要实现梯次利用,需要重视电池单体和电池包的标准化,在一个企业内部尽可能采用较少规格的单体电池,既可以提高生产自动化水平以降低成本和提高产品一致性,又便于今后梯次利用时的拆解和重组。因此,在动力电池设计阶段就要为后续的梯次利用和拆解回收做准备。

我国电动汽车已经进入产业化阶段。2018年我国电动汽车销量已达到125万辆,继续成为全球最大电动汽车市场。动力锂离子电池市场需求巨大,但行业竞争激烈,行业的整合正在持续进行中,市场将进一步向优势企业集中。未来三到四年,将是动力电池产业链上下游企业最为艰难的一段时间,尤其是在降本压力上,上下游企业将面临前所未有的挑战,这需要整个产业链协作配合共渡难关,企业要快速扩大规模,并通过产品性价比综合优势占领市场份额。动力电池企业要将质量和安全放到首位,只有拥有雄厚技术积累、足够资金支撑、产品具有性价比优势和对市场快速反应的厂商才能在未来激烈的市场竞争中占得先机,赢得市场。

企业要抓住一带一路建设,国际产能合作等机遇,设立国际化的研发机构,积极进行海外的布局,推动产业合作向合作研发、品牌培育等产业链高端环节去转移,加快融入全球的市场。

关键字:电化学储能 铁塔基站

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