1、动力锂电池行业基本情况动力锂电池行业基本情况一、动力锂电池相关概念1、电池行业整体结构根据台湾工研院数据，2013 年全球电池市场規模为4589 亿元，其中一次性电池占907 亿元。各类电池中以铅酸电池市场规模最大，2013 年迖2535 亿元，2014 年略有增加预计为2605 亿元。二次电池中的镍氢电池的产值持平而镍镉电池产值降低较为明显，两者总收入在2013 年与2014 年的产值分别为170 亿元与161 亿元。而被寄予厚望用于电动汽车领域中的锂电池产值略有增加，在2013 年的销售收入为901 亿元，在2014 年的销售收入预计为926 亿元，同比增长2.7%。2、动力锂电池按正极材
2、料分类锂电池依据用途的特性有多种分类，小型电池（消费电子）、动力电池、储能电池等。新能源汽车主要和动力锂电池相关。按照正极材料的划分，目前有三种比较成熟的动力锂电池技术路线，分别是磷酸铁锂(LFP)路线、锰酸锂(LMO+NCM)路线和三元材料(NCA)路线。目前各国走的电池路线大相径庭，日韩企业集中在锰酸锂与三元的混用体系，美国特斯拉采用的是日本的镍酸锂体系(NCA)，中国主推的使磷酸铁锂体系。不同的电池技术路线对上述的五个关键指标表现出不一样，同样对整个配套系统的要求不同，导致使用的领域也存在较大差异。上表中/C表示负极为石墨，/LTO表示负极为钛酸锂3、动力锂电各主要技术路线的现状从动力锂
3、电池的技术现状来看，日本、韩国的企业基本以三元、锰酸锂或者其混合材料作为动力电池首选正极材料，而中国企业大规模地采用磷酸铁锂。锰酸锂系(LMO）：主要采用LMO 作为正极材料，但一般经过改性处理，并混合少量NCM 或LNO 提高电池能量密度，主要代表厂商是LGC、AESC、LEJ 等，在中国主要是中信国安盟固利，目前已成为全球电动汽车领域的主流技术路线。三元材料系(NCA/NCM）：主要采用NCA 和NCM 作为正极材料，NCM电池能量密度高，但成本高于LMO 电池，主要代表厂商是SDI、SKI，在中国主要是ATL、力神、万向等；NCA 采用18650 型电池，主要应用于特斯拉，能量密度在目前
4、是最高的，但由于安全性能较差，需要先进的BMS以监控电池工作状态，并未被广泛采用。磷酸铁锂体系(LFP)：美国和加拿大最先开始研发的磷酸铁锂材料技术，专利主要拥有者包括美国Valence、A123、加拿大Phostech 和魁北克水电公司。目前中国众多的动力电池厂商采用LFP 技术，代表厂商BYD、国轩高科、沃特玛等，在中国和美国推广使用。目前美国汽车厂商也放弃LFP 电池，转而采购日韩厂商生产的锰系电池。4、动力锂电的生产设备与生产控制动力电池主要设备包括生产设备与检测设备两大类。目前投资成本主要是来自电池生产设备，包括：配料系统、连续合浆系统、极片和电芯生产装备、电池组装系统、电池自动化化
5、成和筛选系统、电池组和模块自动化组装生产设备、自动物流系统和在线质量检测系统、生产质量控制设备、生产过程的测试评价设备等。据GBII 估测，中国未来的设备投资将会突破线性增长，2015 年将达到100 亿元的投资额，远远高于2014 年的26 亿元。目前设备成本的投资较以前大幅降低，2014 年投一条同样规模的产线，价格不到2010年的一半，并且设备的各项指标都有大幅改善。其主要原因有以下几个方面：国外动力电池设备竞争激烈，降价明显；部分进口设备的国产替代；设备制造日趋规模化、集成化以及成熟化使得设备厂的制造成本同比降低。国际知名锂电巨头LG 生产动力电池的生产控制点高达1000 个左右。中国
6、所有动力电池生产企业均无法达到如此严格的质量控制水平，一般是几十个控制点，多的也就是几百个。这说明我们技术上有巨大空间可以突破，良品率仍有很大的上升空间。良率提升就意味着是净利润，目前国产大容量电池（100Ah 以上）良品率较低，仅7085%的水平，而日本松下的18650 电池良率达到99%以上。因此，随着技术的改进与设备自动化程度的提高，良品率提升导致的成本下降是必然的，当然也取决于每个厂家的实力与技术水平。5、锂电池的重要指标能量密度能量密度关系到电动汽车的续航能力和车载可用能量，根据不同构型电动车需约1001000Wh/kg 的能量密度才能达到与汽油相当水平。从全球畅销车来看，续驶里程最
7、长的是美国的特斯拉纯电动车ModelS，最高续航里程能到426km，该车型采用日本松下的镍钴铝动力电池NCA体系。其次是比亚迪纯电动车e6 采用的是自产的磷酸铁锂LFP电池体系，续航里程达300km。其余各种车型的续驶里程绝大多数车型续航里程不到200km，这与我们常用的传统燃油车700800km 的续航里程仍有较大差距。如何提高电池的能量密度满足日益增加的续航里程需求，已然成为目前电池厂与车企共同面临的重要课题。电动车锂离子电池包的电池容量和单体数量从大到小的排序为纯电动车BEV 插电式混合动力汽车PHEV混合电动汽车HEV。从单体电池-模组-包体之间的相互关系看，PHEV 车型的动力电池的
8、模组与包体之间的差别较小。然而，纯电动汽车的电池包的能量在1085kWh 较大范围内，电池单体-模组-包体之间的变化较大。纯电动车的动力电池体系的体积能量密度与重量能量密度从电池单体到模组再到电池包有明显下降。例如，特斯拉采用的是松下的镍钴铝电池，其电池包的质量能量密度与体积能量密度都是最高的，分别为155Wh/Kg与230Wh/L。从本质上讲，除了优化现有动力电池体系和开发新的动力电池体系等方法从源头上提升单体电池的能量密度外，合理布局电池单体的数目与陈列方式也将大大影响电池包体的能量密度。 上表蓝色、红色和绿色分别代表电池单体、电池组电池包的能量密度从各主车厂上市的纯电动汽车的情况来看，续
9、航里程150公里以上，大概需要22-25度电的电池，电池包大概250公斤，其中电池组110公斤，其他是壳体、加热系统、散热系统等。我国目前电池包的能量密度能够做到100Wh/kg（特斯拉是150），未来2-3年的目标是达到200Wh/kg。未来方向如果还走锂离子体系，那么将是：富锂锰基+碳硅负极，能量密度理论上可以做到400Wh/kg；三元NCA目前可以到260Wh/kg，但目前体系很难超过300Wh/kg。6、动力锂电的外形区分动力锂电池主要有方壳、软包与圆柱体三种封装结构。全球动力电池厂商主要采用了方形电芯结构，全球150 款电动汽车，方形电池占比超过一半，代表车型包括三菱iMiEV，宝马
10、i3，丰田Pruis，比亚迪秦等；而特斯拉Model S 采用的松下18650型电池则是圆柱形动力电池的代表；铝塑膜软包电池的代表则是日产Leaf 和通用Volt。二、动力锂电的成本结构及主要材料价格下降情况动力锂电池的成本下降主要由于关键原材料价格的降低：材料成本的大幅度下降是动力电池价格下降首要因素，动力锂电池的成本下降主要来自其上游关键原材料价格的降低；随着材料的大量国产化和成本的降低，动力电池的成本下降成为必然趋势。就正极材料而言，国内主流商用的磷酸铁锂由于产能过剩一直处于匀速下降的通道中，主流厂商的均价从2011 年的13.5 万元/吨降到2014 年约为8.8 万元/吨。随着三元材
11、料在乘用车领域的占比不断提高，磷酸铁锂材料占比将会进一步下滑，2015 年价格估计在7 万元/吨。而三元材料的降幅收窄趋于稳定，国内主流厂商的三元材料（NCM523）均价从2011年的17 万元/吨降到2014 年约为11.6 万元/吨，预计2015 年约为11.4万元/吨。这是因为随着三元电池体系在电动乘用车领域的应用比例的增长，国产三元材料将会小幅微跌，而磷酸铁锂材料将会出现较大跌幅。就负极材料而言，目前主流负极产品有天然石墨与人造石墨两大类，人造石墨则用于大容量的车用动力电池和倍率电池，而天然石墨主要用于小型锂电池和手机锂电池。目前很多手机锂电池厂商为了弥补天然石墨的缺点，都会掺进一定比
12、例的人造石墨，从而使得锂电池能在延长使用寿命并有效地减低成本。随着工艺进步和技术突破，未来成本低廉的天然石墨有望得到进一步的应用。目前日本锂电池制造利用技术优势仍然大规模使用天然石墨，并继续保持低成本的优势。据GBII 预计，随着锂电池的放量增长，2015 年的降幅将会缩小，降幅约为10%左右。电解液主要是由锂盐（目前主要是六氟磷酸锂）、溶剂以及添加剂三部分组成，其中锂盐占据成本的50%，近年国产锂盐大幅替代进口，锂盐由2010 年的30 万/吨降到现在不到9 万/吨，降幅高达60%，同期电解液价格降幅也达50%，未来锂盐的成本下行空间较小，同时电池对电解液的综合要求越来越高，势必会增加相应电
13、解液添加剂的成本。随着动力电池需求放量，估计2015 年降幅较小，降幅应在5%左右，而电解液在电池中的成本占比约为8%，算折算到电池中的成本降低约为0.4%。未来电解液的方向还是朝着功能化的电解液发展，即开发新鲜锂盐与相应的电解液添加剂制胜之道。目前传统隔膜有干法与湿法两种制备工艺，干法隔膜主要应用磷酸铁锂电池体系，而湿法隔膜涂覆表面陶瓷用于高端3C 产品以及三元动力电池体系。近年国产隔膜价格下滑的速度非常快，GBII 根据市场调研统计，目前干法单拉隔膜4.5 元左右，湿法隔膜均价约为5 元。预计到2015 年国产干法单拉隔膜降至3.6 元，湿法隔膜降至4 元，两者降幅高达20%。而隔膜在电池
14、中的成本处于1020%的区间，隔膜的降格下降为锂电池的成本下降带来约2-4%的降价幅度。三、动力锂电池及主要材料的竞争格局1、锂电池国际格局从全球范围来看，日本是生产锂离子电池的先驱，拥有核心材料的关键技术，拥有最完善、最先进的锂电池产业链。日本从正负极材料、隔膜材料到电解液都占据绝对优势，为日本锂电发展奠定了良好基础。韩国企业在电池与材料领域迅猛发展，其电池出货量已超过日本，但基础材料领域研究与日本相比还有一定差距，应属第二梯队行业。而中国企业在材料领域的基础研究领域处于相对落后水平，尤其是动力电池用材料；大多数出口到国外的基础原材料产品主要是用于电子产品。在国产材料成本较低的前提下，随着国
15、产产品质量的不断提升，进口替代和国产化应用比例也随之攀升。2、锂电池国内格局与全球锂电产值分布类似，国内锂电池行业集中度非常高，国内龙头企业ATL、比亚迪、力神与光宇的分别占据国内19%、11%、8%与4%的市场份额。ATL 是苹果产业链的优质供应商，其技术实力和产业布局堪称一流，名副其实能与SDI、松下与LG 等一较高下的锂电领军企业。目前ATL （日资全资控股）在宁德与青海建厂，利用其品牌与渠道优势，将在中国新能源市场开启新的发展里程。比亚迪在锂电池领域产值虽屈居亚军，国内11%，但比亚迪在新能源汽车产业链上的优势，具有从矿产资源、四大关键材料（正极、负极、隔膜与电解液）、三大核心部件（电
16、机、电控、电池）到整车以及充电桩等全产业链的全球布局，尤其是在锂电池领域的先发优势，使其成为最耀眼的新能源领军企业。动力锂电池的格局略有不同，比亚迪占比最大，其次则依次为ATL、力神、国轩、奥特玛等：3、锂电池主要材料竞争格局电解液行业竞争格局：目前电解液技术占绝对优势的日本，大多数电解液企业与本国正负极企业共同开发，然后打包卖给电池企业。日本的大型电解液企业包括宇部兴产、三菱化学、三井化学等，前两者被公认为是技术实力最强的电解液公司，特别是在电解液添加剂领域。韩国的国外主要的电解液企业包括：Panax-Etec，LG chem，应该属于第二梯队。目前全球500 强化学品公司如德国的BASF
17、与美国的Dow 都在中国内地建电解液公司，但受到国外内公司竞争，表现一般。国内主要有张家港国泰华荣、深圳新宙邦、东莞杉杉、广州天赐、汕头金光、天津金牛、珠海赛维，其中国泰华荣、金牛化工、新宙邦等公司打入日韩企业，表明中国企业经过多年锤炼，在成本与技术等方面已达到国际客户的需求，但需清醒认识离日韩仍存在较大差距。正极材料行业竞争格局：日本的顶级锂电池正极材料企业日亚化学、清美化学、户田工业、田中化学、住友金属矿山等企业在市场占据较大份额，它们绝大部分产品是供给日本国内的锂电池企业，并且负极材料企业、电解液企业等共同开发应用体系形成战略合作关系。上述企业生产的LCO、LMO、NCM 与NCA 材料
18、其综合性能优异，例如住友金属矿山的NCA 产品只供给松下，给特斯拉汽车配套使用。韩国在正极材料领域也投入巨额资金开发，目前主要有Ecopro，Hanwha 与L&F 等厂商，其中L&F 的产品定向供给三星与LG 化学。国内而言，湖南杉杉目前是最大正极材料厂，预计2014 年的出货量达到1.5 万吨，采取的以量取胜的方法大规模占据市场份额。近几年国产正极材料产能显著过剩，毛利率也处于较低的510%水平。目前国内主要的正极材料企业包括杉杉、北大先行、当升科技、巴莫、金和、厦门钨业与天骄等。随着电动车的快速增长的需求，未来正极材料企业有进一步上升空间。负极材料行业竞争格局：负极材料的行业集中度非常高
19、，主要集中在日本与中国的六大负极材料企业。从企业看，产能和产销量向少数几家大型核心企业集中，日本与中国6 家企业市占率高达70%左右。日本负极材料的主要供应商是日立化成、日本碳素、日本JFE 与三菱化学等，其中前三者以人造石墨为主，三菱化学以天然石墨为主。中国负极材料主要供应商是中国宝安集团下属子公司贝特瑞和杉杉股份，其中深圳贝特瑞的客户群体非常丰富，包括三星、LG、日本松下、索尼、ATL、力神、比克、比亚迪、国轩等众多国内外知名企业，产品也应用于电子产品与动力电池等多系列产品，而杉杉股份的客户包括LG、SONY、ATL、力神、比克、比亚迪和光宇等。负极材料应是四大关键材料中中国与国外差距最小
20、的原材料产品。隔膜材料行业竞争格局：在全球范围看，隔膜技术差异相对较小，日韩美技术相对先进，中国也迎头追赶，目前实现部分高端产品的进口替代。传统隔膜有干法与湿法两种制备方法，美国Celgard 和日本宇部兴产采用干法，日本旭化成、东丽、东燃与韩国的SK、LG 化学采用湿法制备隔膜产品，中国主要采用的是干法制备技术。目前国内技术水平相对较高的是星源材质，属国内第一梯队。隔膜材料目前是四大基础材料中毛利率最高的产品，国内是高端产能不足，低端过剩的局面。目前星源材质已给LGC、比亚迪、力神、中航锂电与万向等供货。沧州明珠、中科科技、天津东皋、金辉高科、南都天丰等企业不断提高技术水平，产品也逐渐实现了
21、进口替代。为了满足高性能锂电池的需求，德国的赢创-德固赛最早开发出新型陶瓷隔膜材料，之后许多企业开发出不同类型的陶瓷隔膜材料，陶瓷材料主要有氧化铝、氧化硅与二氧化碳等，这一领域的应用越来越广泛。4、正负极材料的进一步情况目前广泛应用的锂电池正极材料主要由钴酸锂LCO、锰酸锂LMO、磷酸铁锂LFP、镍钴锰酸锂NCM、镍钴铝酸锂NCA等。从正极材料的应用角度，有如下几个结论： 1. 钴酸锂LCO电池是智能手机/平板电脑首选电池 2. 锰酸锂LMO是电动自行车首选电池。中国目前有171 家正极材料生产企业，其中钴酸锂生产企业29 家，三元材料49 家，锰酸锂43 家，磷酸铁锂111 家。但是，厂家之
22、间产品同质化严重，行业毛利率普遍低于10%，而其中磷酸铁锂材料产能过剩最严重，整体产能利用率低于10%，大部分企业亏损。电池厂家对正极材料厂家在议价方面较有优势，会根据价格较频繁地变动自己的供应商。2009 年和2010 年，由于三星SDI 和LGC 这两大韩国锂电池巨头的订单，当升科技成为中国销量最大的正极材料企业。同在2010 年，日本户田工业入股湖南杉杉并将公司更名为湖南杉杉户田新材料公司，三星SDI 也开始与湖南瑞翔商谈合作。2011 年，SDI 湖南瑞翔取代了当升科技成为中国销量最大的正极材料企业，杉杉户田的销量也直逼当升科技。目前杉杉已成为国内最大的正极材料企业。石墨依然是动力电池负极材料首选。钛酸锂虽然在一些重要性能优于石墨，但是尚未解决的严重胀气行为制约其在动力电池领域的应用。钛酸锂负极没有在动力电池行业大规模应用的主要原因是其在充放电循环过程中以及存储过程中存在严重胀气行为，尤其是在高温环境下。即使没有进行充放电循环，仅仅是存储情况下，也会出现胀气行为。相反，石墨负极浸泡在LiPF6电解液中，不会出现类似的胀气行为。
