金属钴在锂离子电池行业应用分析

金属钴在锂离子电 池行业应用分析 2 摘摘 要要 锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池 锂离子电池相对于传统的铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池等二次电池而言具有能量密度高 循环寿命长 自放电率小 无记忆 效应和绿色环保等突出优势 传统领域持续增长 新能源汽车揭开锂电新篇章传统领域持续增长 新能源汽车揭开锂电新篇章 智能手机 平板电脑将成为传统领 域对小型锂离子电池需求新增长点 新能源汽车成为各国政府扶持的重点 新能源需求增 长有望带动动力锂离子电池需求的爆发增长 2010 年 2015 年锂离子电池下游对其需求年 复合增长率有望达到 44 2015 年锂离子的需求预计达到 117 95GWH 将是 2010 年锂离子 电池需求的 6 倍左右 锂离子电池需求量急剧膨胀 正极材料市场迎来发展良机 锂离子电池需求量急剧膨胀 正极材料市场迎来发展良机 各正极材料性能对比发现 三元材料将未来小型锂电池正极材料的首选 钴酸锂正极材料继续在小型锂离子电池占有 一定地位 磷酸亚铁锂 三元材料和锰酸锂适合作为动力锂电池正极材料 钴在锂离子电池行业需求将随着锂电池的需求而增长 钴在锂离子电池行业需求将随着锂电池的需求而增长 虽然钴酸锂在电池行业正极材 料中有被替代的风险 但是新能源汽车带动锂电池的需求增长和三元材料的使用 使钴在 锂离子电池行业的需求量将会继续上升 数据显示 2002 2010 年金属钴在锂离子电池行业 需求年复合增长率达 17 左右 未来金属钴在锂离子电池行业的需求增长率有望延续 在 锂离子电池需求带动下 2010 年 2015 年金属钴在锂离子电池行业的需求年复合增长率约 16 关键词关键词 锂离子电池锂离子电池 新能源汽车新能源汽车 正极材料正极材料 金属钴金属钴 3 目录目录 摘 要 2 关键词 2 一 锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池 5 1 1 锂离子电池简介 5 1 2 常用的二次性能电池比较 6 1 3 锂离子电池性能优越 8 二 传统领域持续增长 电动汽车揭开锂电新篇章 8 2 1 锂离子电池应用广泛 8 2 2 便携式电子产品将带动小型锂离子电池需求稳步增长 9 2 2 1 智能手机的需求将是带动手机领域对锂电池需求增长的新动力 9 2 2 2 平板电脑是 Mobile PC 领域新的锂电池需求增长点 11 2 3 新能源汽车推动动力锂电池时代的到来 12 2 3 1 动力锂电池的发展是地球能源和环境的迫切需要 12 2 3 2 世界各国大力支持新能源汽车的发展 13 2 3 3 新能源汽车的需求将是动力锂电池发展的最大推动力 14 2 4 电动自行车动力锂电池需求的一个亮点 16 2 5 其他行业对锂电池需求将会稳步增长 18 2 6 未来锂离子电池的需求有望呈现爆发增长 18 三 锂离子电池需求量急剧膨胀 正极材料市场迎来发展良机 19 3 1 正极材料的需求随锂电池的需求增长而增长 19 3 2 多种锂离子电池正极材料的比较 20 3 3 小型电池对正极材料的需求 22 3 4 动力锂电池对正极材料的需求 25 四 钴在锂电池行业需求将随着锂电池的需求而增长 27 4 1 金属钴在锂电池行业应用简介 27 4 2 未来金属钴在锂离子电池行业的需求增长有望延续 28 参考文献 29 4 图表目录 图表 1 锂离子电池工作原理图 5 图表 2 二次锂离子电池历史发展顺序 6 图表 3 四种商业化二次电池比较 7 图表 4 2010 年锂离子电池各应用产品市场份额和渗透率 9 图表 5 锂离子电池在各领域电池容量的平均需求量 9 图表 6 全球 2006 年 2015 年手机出货量的增长率预计 10 图表 7 2010 年 2015 年手机领域锂离子电池需求估计 单位 GWH 11 图表 8 全球 2010 年 2015 年 Mobile PC 领域出货量预计 单位 千万台 12 图表 9 全球 2010 年 2015 年 Mobile PC 领域锂电池需求量预计 单位 MWH 12 图表 10 全球主要国家或地区新能源相关政策 13 图表 11 全球 2009 年 2015 年新能源汽车产量预测 单位 千辆 15 图表 12 全球 2009 年 2015 年动力锂电池新能源汽车产量预测 单位 千辆 15 图表 13 全球 2009 年 2015 年新能源汽车锂电池产量预测 单位 MWH 16 图表 14 2008 年 2015 年电动自行车产量预测 单位 万辆 17 图表 15 2010 年 2015 年电动自行车行业动力锂电池需求预测 单位 GWH 17 图表 16 全球 2009 年 2015 年其他行业锂电池需求预测 单位 MWH 18 图表 17 全球 2010 年 2015 年各领域锂离子电池需求预测 单位 GWH 19 图表 18 主流锂离子电池正极材料单耗 20 图表 19 全球 2011 年 2015 年锂电池正极材料预测 单位 吨 20 图表 20 主要正极材料比较 21 图表 21 几种主要正极材料各项性能比较 22 图表 22 世界范围内 2007 年 2011 年各种正极材料市场份额 23 图表 23 全球 2008 年 2015 年小型锂电池正极材料市场份额预测 24 图表 24 全球 2010 年 2015 年小型锂电池需求预测 单位 GWH 24 图表 25 全球 2010 年 2015 年小型锂电池正极材料需求预测 单位 吨 25 图表 26 全球主流的新能源汽车动力锂正极材料 26 图表 27 全球 2009 年 2018 年动力锂电池正极材料市场份额预测 27 图表 28 全球 2010 年 2015 年动力锂电池需求预测 单位 GWH 27 图表 29 全球 2010 年 2015 年小型锂电池正极材料需求预测 单位 吨 28 图表 30 全球 2001 年 2010 年锂离子电池行业钴需求 单位 吨 29 图表 31 全球 2010 年 2015 年钴在锂离子电池行业需求 单位 吨 30 图表 32 全球 2002 年 2015 年钴在锂离子电池行业需求 单位 吨 30 5 一 锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池一 锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池 1 1 锂离子电池简介锂离子电池简介 锂电池 Lithium battery 是指电化学体系中含有锂 包括金属锂 锂离 子 的电池 锂电池大致可分为锂金属电池和锂离子电池 锂金属电池通常是 不可充电的 且内含金属态的锂 锂离子电池不含有金属态的锂 并且是可以 充电的二次电池 本文所研究的是锂电池是最广泛应用的可充电的锂离子电池 锂离子电池也主要由正极 负极 电解液 隔膜组成 锂离子电池正极采 用锂和过渡金属 钴 镍 锰等 的化合物 负极采用石墨或其他类似结构物 质 锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作 充电时 Li 从 正极脱嵌经过电解质嵌入负极 负极处于富锂态 正极处于贫锂态 同时电子 的补偿电荷从外电路供给到碳负极 保证负极的电荷平衡 放电时则相反 Li 从负极脱嵌 经过电解质嵌入正极 正极处于富锂态 在正常充放电的情况下 锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出 一般只引起 层面间距变化 不破坏晶体结构 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看 锂离子电池反应是一种理想的可逆反 应 1 6 图表 1 锂离子电池工作原理图 来源 百度百科 1 2 常用的二次性能电池比较常用的二次性能电池比较 目前已经商业化的常用二次电池有铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池和锂离子电池等 未来燃料电池也可能将商业化 这也是二次电池历史上发展的顺序 图表 2 二次锂离子电池历史发展顺序 来源 国金证券 1 1 铅酸电池 铅酸电池 较早出现的一种二次电池 主要用于汽车蓄电池和大型固定储能电源 7 其优点是技术成熟 价格便宜 缺点是含有污染环境的总金属铅 能量密度低 铅酸电池 的市场份额将随着绿色二次电池的广泛应用而逐步减少 2 2 镍镉电池 镍镉电池 也是一类应用较早的二次电池 其优点是技术成熟 价格便宜 可快 速充电和循环寿命长 缺点是能量密度不高 具有记忆效应 且含有有毒金属镉 欧盟国 家自2005年12月31日起 已经限制镍镉电池的进口 目前镍镉电池只是在二次电池的低端 市场得到一定的应用 3 3 镍氢电池 镍氢电池 早期的镍镉电池的替代产品 不使用有毒的镉 可以消除重金属元素 对环境的污染问题 镍氢电池具有相对镍镉电池大的比能量 使用镍氢电池能有效地延长 设备的工作时间 也一定程度上减小了镍镉电池中存在的 记忆效应 这使镍氢电池可 以更方便地使用 其应用范围包括 照相机 摄像机 移动电话 无绳电话 对讲机 笔 记本电脑 PDA 各种便携式设备电源和电动工具等 镍氢电池虽然无环保问题 但具有轻 度记忆效应 在高温的工作下性能将会下降 但长期来看 镍氢电池产业的发展将面对锂 电池技术进步带来的替代威胁 4 4 锂电池 锂电池 相对于上述的二次电池 锂电池具有能量密度高 循环寿命长 自放电率 小 无记忆效应和绿色环保等突出优势 因此 自索尼公司于 1990 年首次开发出锂电池后 由于其具有电压高 体积小 质量轻 比能量高 无记忆效应 无污染 自放电小 寿命 长等优点 已经取得了飞速的发展 其应用已经渗透到民用以及军事应用的多个领域 相 较之下 在包括移动电话 笔记本电脑 摄像机 数码相机等强调轻薄短小 多功能的便 携式电子产品应用上迅速普及 5 5 燃料电池 燃料电池 燃料电池是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能 等温地按电化学原 理转化为电能的能量转换装置 燃料电池是由催化剂的阳极 阴极和离子导电的电解质构 成 燃料在阳极氧化 氧化剂在阴极还原 电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路 产 生电能而驱动伏在工作 燃料电池与常规电池不同在于 它工作时需要连续不断地向电池 内输入燃料和氧化剂通过电化学反应生成水 并释放出电能 只要保持燃料供应 电池就 会不断工作提供电能 燃料电池在航空航天和军事方面得到较好的应用 但是受技术和成 本的限制 尚未达到普通的民用商业化程度 8 图表 3 四种商业化二次电池比较 来源 投中集团研究部 1 3 锂离子电池性能优越锂离子电池性能优越 锂离子电池与其他电池相比 主要有以下优点 2 1 电压高 单体电池的工作电压高达 3 6 3 9V 是 Ni Cd Ni H 电池的 3 倍 2 比能量大 目前能达到的实际比能量为 100 125Wh kg 和 240 300Wh L 2 倍于 Ni Cd 1 5 倍于 Ni MH 未来随着技术发展 比能量可高达 150Wh kg 和 400 Wh L 3 循环寿命长 一般均可达到 500 次以上 甚至 1000 次以上 对于小电流放电的电器 电池的使用期限将倍增电器的竞争力 4 安全性能好 无公害 无记忆效应 锂离子电池中不含镉 铅 汞等对环境有污染 的元素 部分工艺 如烧结式 的 Ni Cd 电池存在的一大弊病为 记忆效应 严重束缚 电池的使用 但锂离子电池根本不存在这方面的问题 5 自放电小 室温下充满电的 Li ion 储存 1 个月后的自放电率为 10 左右 大大低 于 Ni Cd 的 25 30 Ni MH 的 30 35 6 可快速充放电 1C 充电是容量可以达到标称容量的 80 以上 7 工作温度范围高 工作温度为 25 45 C 随着电解质和正极的改进 期望能扩宽 到 40 70 C 锂电池具有能量密度高 循环寿命长 自放电率小 无记忆效应和绿色环保等突出优 9 势 锂电池是 20 世 90 年代开发成功的新型绿色二次电池 近十几年来发展迅猛 在小型 二次电池市场中占据了最大的市场份额 已成为化学电源应用领域中最具竞争力的电池 二 传统领域持续增长 电动汽车揭开锂电新篇章二 传统领域持续增长 电动汽车揭开锂电新篇章 2 12 1 锂离子电池应用广泛锂离子电池应用广泛 锂离子电池随着技术的不断进步已经在人们的生活中得到了广泛的应用 目前 锂离 子电池按用途分为用于便携电子产品的小型锂电池和用于新能源交通工具的动力锂电池 在便携式电子产品领域小型锂电池已经用途比较广泛 其中在笔记本电脑和手机领域中使 用量最大 目前 在手机领域和Mobile PC领域的小型锂离子电池的渗透率已经达到 100 基本上取代了原来的镍氢电池和镍镉电池 随着电动自行车和新能源汽车的需求增加 动 力锂电池的需求也将会增加 图表 4 2010 年锂离子电池各应用产品市场份额和渗透率 来源 wind 资讯整理 新能源汽车对于动力锂离子电池的需求量极大 一个电压为 10 8V 容量为 4400mAh 小 型锂离子笔记本的电池的容量为为 47Wh 一辆 HEV 的电池容量大约为 5kWh BEV 的电池容 量更是高达 25kWh 左右 是笔记本需求的几百倍 下图表为电池人才网统计的锂离子电池在各领域电池容量的平均需求量 图表 5 锂离子电池在各领域电池容量的平均需求量 小型电池小型电池电池容量 电池容量 WH 动力锂电池动力锂电池电池容量 电池容量 WH 手机3锂电池 HEV5000 平板电脑20锂电池 PHEV10000 10 笔记本45锂电池 BEV 25000 电动自行车 来源 电池人才网整理 2 2 便携式电子产品将带动小型锂离子电池需求稳步增长便携式电子产品将带动小型锂离子电池需求稳步增长 2 2 12 2 1 智能手机的需求将是带动手机领域对锂电池需求增长的新动力智能手机的需求将是带动手机领域对锂电池需求增长的新动力 手机领域是小型锂离子电池的主要需求之一 随着手机向轻 薄 短 小化发展 对 体积小而容量大的电池需要也就相应增强 这样可以省下大量的空间 要使手机最小型化 只有锂离子电池是最好的电源 在手机电池领域 锂离子电池几乎完全取代了其他的二次 电池 智能手机的需求将是带动手机领域需求增长的新动力 国际通讯联盟原秘书长哈玛德 图埃称从 2000 年到 2008 年 全球手机用户量平均增长率将达 24 3 据 中国电子报 报道 2011 年 全球手机出货量约为 16 亿部 其中智能手机的渗透率达 36 即约为 4 5 亿部 且智能手机同比增长率达 10 标志着智能手机已进入快速成长期 到 2015 年 预计全球手机出货量将达 19 亿部 其中智能手机的渗透率达 48 达到 9 3 亿部 4 IC Insights 预计 2011 年 2014 年的手机出货量增长率分别是 8 2 9 据此可以预计 2012 年 2015 年全球手机出货量 图表 6 全球 2006 年 2015 年手机出货量的增长率预计 10 3 12 12 8 12 6 14 2 16 17 28 16 93 18 46 19 00 200620072008200920102011 2012E 2013E 2014E 2015E 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 26 17 7 2 13 13 8 2 9 3 5 5 15 25 35 45 55 出货量 亿部 增长率 来源 IC Insights 整理 11 手机领域锂电池平均需求容量为3Wh 按照上图表手机出货量估计2010年 2015年手机 领域对小型锂电池的需求量 从下图表可以看出 手机领域对锂电池的需求将平稳增长 图表 7 2010 年 2015 年手机领域锂离子电池需求估计 单位 GWH 3 84 3 78 4 26 4 80 5 18 5 08 5 54 5 70 20082009201020112012E2013E2014E2015E 0 00 1 00 2 00 3 00 4 00 5 00 6 00 2 2 22 2 2 平板电脑是平板电脑是 MobileMobile PCPC 领域新的锂电池需求增长点领域新的锂电池需求增长点 PC 领域主要包括台式机 笔记本 上网本以及平板电脑等 其中笔记本 上网本和 平板电脑一般被统称为Mobile PC 需要锂电池作为电源使用 电池作为Mobile PC 领 域中的重要组成部分 从诞生那天起就引起广泛的关注 随着技术的发展 人们对电池的 稳定性 连续使用时间 体积 充电次数和充电时间等的要求越来越高 因此 电池技术 进步也是Mobile PC发展的重要组成部分 从Mobile PC电脑领域锂离子电池的渗透率 来看 锂离子电池由于独特的特性已经几乎完全替代了其他二次电池 目前 笔记本电脑 电池一直是小型锂离子电池的重要需求之一 随着平板电脑的快速发展 平板电脑的锂离 子电池需求也会上升 2010 年 Mobile PC出货量达到了约 2 亿台 逐渐成为 PC 领域的主流 Mobile PC取代台式电脑的趋势将越来越明显 特别是新兴消费电子属性更为明显的平板电脑在未 来将高速增长 新兴经济体中 Mobile PC的渗透率仍然相对较低 因此在这些国家 笔 记本对台式机的取代仍将继续 据市场调研机构 DisplaySearch 预测 全球笔记本电脑和 上网本的总出货量未来将保持每年 14 左右的增长率 5 12 图表 8全球 2010 年 2015 年 Mobile PC 领域出货量预计 单位 千万台 2 5 6 10 4 15 4 20 9 27 122 28 5 35 4 42 7 50 3 58 9 20102011E2012E2013E2014E2015E 0 20 40 60 80 100 平板电脑出货量 千万台 笔记本和上网本出 货量 千万台 来源 Gartner 东北证券 目前 市场上笔记本锂离子电池的容量 30WH 90WH 不等 最新的平板电脑苹果 Ipd3 电池已经接近笔记本电池容量 我们仍按照上文对 Mobile PC 领域锂电池平均需求容量计 算 保守估计全球 2010 年 2015 年 Mobile PC 领域锂电池的需求 图表 9全球 2010 年 2015 年 Mobile PC 领域锂电池需求量预计 单位 MWH 10300 13945 18010 22295 26815 31925 20102011E2012E2013E2014E2015E 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 平板电脑锂电池需求 MWH 笔记本和上网本锂电池 需求 MWH 2 3 新能源汽车推动动力锂电池时代的到来新能源汽车推动动力锂电池时代的到来 2 3 1 动力锂电池的发展是地球能源和环境的迫切需要动力锂电池的发展是地球能源和环境的迫切需要 汽车污染日益严重 尾气 噪音等对环境的破坏到了必须加以控制和治理的程度 特 别是在一些人口密 交通拥挤的大中城市情况变得更加严重 我国能源危机严峻 2009 年 13 消耗了 30 66 亿吨标准煤 仅次于美国 石油方面情况更加不容乐观 我国对进口原油的 依赖度连年攀升 2010 年上半年原油依赖度达 55 的高点 随着能源消耗数量的增加 CO2 排放量相应增加 2009 年我国排放的 CO2 总量占世界总排放量的 24 居世界第一 在这 种形势下对新能源汽车的需求将日益强烈 6 2 3 2 世界各国大力支持新能源汽车的发展世界各国大力支持新能源汽车的发展 在汽车行业的未来发展方向上 电动汽车和油电混合动力汽车正成为一个明显的趋势 其原因主要在两个方面 其一是因为能源的有限性 化石燃料都是有限的能源 其二是人 们的环境保护意识和各国政府的排放要求日益提高 尽管目前混合动力汽车还受到高成本 的制约 但从长远看 混合动力车的购买者会越来越多 生产成本将随着生产规模的扩大 而降低 全球主要国家陆续出台新能源汽车支持政策 以推动新能源汽车快速发展 图表 10 全球主要国家或地区新能源相关政策 来源 中银国际研究 近日 国务院通过了工信部组织制订的 节能与新能源汽车发展规划 2011 年至 14 2020 年 这将促进我国新能源汽车的发展 在传统内燃机汽车方面 我国落后于国外 20 年 但是在电动汽车领域只有四 五年的差距 中国有成本和市场的优势 有潜力和可 能在世界上形成领导地位 新能源汽车有望成为中国汽车产业重要的超赶路径 是中国汽 车弯道超车的机遇 借助汽车产业的新能源技术革命 未来 10 20 年 将是中国动力锂汽 车产业实现跨跃式发展 作大作强自主品牌的一次重大历史机遇 7 2 3 3 新能源汽车的需求将是动力锂电池发展的最大推动力新能源汽车的需求将是动力锂电池发展的最大推动力 8 8 9 9 新能源汽车可以分为 混合动力汽车 HEV 纯电动汽车 BEV 燃料电池汽车 FCEV 甲醇汽车 二甲醚汽车等 值得关注的是 甲醇汽车 二甲醚汽车 乙醇汽车 发展条件受地区资源限制较大 不会成为全球新能源汽车主流 以上几种均为内燃机驱动 与传统汽油车和柴油车相似 能量来源于煤炭或生物质能 可以较少碳排放 减少石油的 依赖 但资源依赖性较强 目前 以储能电池技术为主基础的新能源汽车受到各国政府更 多的关注 主要包括采用锂电池和镍氢电池的电动汽车 其能源利用率高 可综合利用各 种清洁能源 因而燃料电池汽车是汽车的最终发展趋势 下面介绍以下几种储能电池新能 源汽车 HEV Hybrid Electrical Vehicle 指混合动力汽车 动力系统包括内燃机和电池 组 电池组负责在启动和加速时向汽车提供辅助动力 内燃机负责在高速行驶时驱动汽车 并通过发电机向电池组充电 HEV 电池包无需外接电源进行充电 电池包不能单独驱动汽 车行驶 HEV 的代表车型为丰田的 Prius 目前在全球已经卖出了 268 万辆 PHEV Plug in Hybrid Electrical Vehicle 插电式混合动力车 同 HEV 的动力系统 一样 PHEV 的动力系统同样也是内燃机和电池组 所不同的是 PHEV 的电池组储能要大 于 HEV 的电池组储能 一般在 5 15kWh 之间 PHEV 可以单独由电池组驱动汽车行驶 这 点 HEV 是不可以的 并且 PHEV 需要外接电源进行充电 这也就是其 Plug in 的来源 代表车型为通用汽车的 Volt Volt 的电池包为储能 16kWh 的锂离子 可以在纯电池驱动 下行驶 40 英里 这样的话 上下班过程中采用纯电驱动汽车 则可以实现低碳甚至零碳 排放 BEV Battery Electrical Vehicle 纯电动车 完全由电池作为动力驱动汽车 没 有内燃机 BEV 的电池包储能一般在 20kWh 以上 BEV 同样需要外部电源进行充电 丛这 个意义上说 BEV 也是一种 Plug in 的电动汽车 由于电池包储能较多 BEV 的价格比 15 PHEV 更高 且安全性问题更大 距离商业化还有一定距离 目前 锂离子电池在新能源电动汽车的渗透率较低 电动汽车主还要采用镍氢电池作 为动力源 但由于其有记忆效应 高温下性能差 充电效率低难以满足更高电动化程度需 求 从 2010 年开始 汽车制造商开始大幅提高动力锂电池作为动力源的比例 2010 年 2013 年为新能源动力汽车的快速成长期 据锂电行业权威机构日本 分析 AESC LGC 三洋 SBL LEJ 东芝 LTO A123 LFP 等世界各主要新能源电动汽车制造商的销售计 划 对未来新能源汽车的销售进行预测 数据显示 2015 年新能源电动汽车数量将达 653 万量 图表 11全球 2009 年 2015 年新能源汽车产量预测 单位 千辆 729859 1406 2442 3840 5196 6533 200920102011E2012E2013E2014E2015E 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 LI LI LI 来源 IIT 上图可以看出 未来镍氢电池新能源电动汽车比例将逐步减少 动力锂离子电池新能 源汽车的比例显著增加 下图表 IIT 对全球 2009 年 2015 年动力锂电池新能源汽车产量预 测 图表 12全球 2009 年 2015 年动力锂电池新能源汽车产量预测 单位 千辆 汽车类型200920102011E2012E2013E2014E2015E 82013047199119092239 1222133299539711 399330192117082448 1231245905221141565398 来源 IIT 随着新能源汽车的需求增长 对动力锂电池的需求也随之增长 日本 分析了各 16 新能源汽车制造商的未来电机电池生产计划 对 2009 年 2015 年全球新能源汽车锂电池的 产量进行了预测 下图表可以看出 未来新能源汽车动力锂电池需求呈爆发性增长 年复 合增长率预计将达到 200 左右 图表 13全球 2009 年 2015 年新能源汽车锂电池产量预测 单位 MWH 112 273 2389 8276 25706 48314 68388 200920102011E2012E2013E2014E2015E 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 LI LI LI 来源 IIT 2 4 电动自行车动力锂电池需求的一个亮点电动自行车动力锂电池需求的一个亮点 随着中国经济的发展 汽车的拥有量不断增加 如果达到美国的经济发展水平 那么 中国的汽油消耗量将相当于目前中东地区产油量的 2 倍 显然是不现实的 应当依靠其他 方法来解决 因此 电动自行车是目前较为理想的选择之一 由于价格因素 电动自行车 90 采用铅酸电池 锂离子电池只有 3 左右 在电动自行 车上采用的铅酸电池本身就重达 10 公斤以上 如果采用锂电池 则电池的重量可以降到 3 公斤左右 基于电池的使用寿命 行驶距离和美观性等因素 以及规模化应用导致成本不 断下降 锂电池在上述领域的用量将会大幅度增长 我国电动自行车占了全球电动自行车总量的 90 以上 10 2008 年前我国电动自行车 产量增速较快 复合增长率为 84 并仍将以每年 15 25 的速度增长 以满足不断增长的 市场需求 中国自行车协会提供的数据显示 2010 年电动自行车产量为 2954 4 万辆 11保 守预计 2015 年前以每年 15 的速度增长 到 2015 年将达到 6650 万辆 17 图表 14 2008 年 2015 年电动自行车产量预测 单位 万辆 2500 00 2875 00 2954 40 3397 56 3907 19 4493 27 5167 26 5942 35 2008200920102011E2012E2013E2014E2015E 0 00 1000 00 2000 00 3000 00 4000 00 5000 00 6000 00 7000 00 来源 锂离子电池产业运行动态及投资前景指引报告整理 数据显示 锂离子电池在电动自行车电池市场的渗透率 2010 年约为 3 在价格大 幅下降和铅酸电池行业整顿的背景下 锂离子电池的性价比优势将愈发明显 渗透率将出 现快速增长 预测到 2015 年 锂离子电池在电动自行车领域的渗透率将达到 20 30 形成 60 亿 90 亿元的市场规模 对整个锂离子电池市场规模的提升幅度达到 15 以上 12 根据电动自行车领域锂电池平均需求容量 450Wh 来计算 2010 年到 2015 年 电动自行车行业锂电池渗透率从 3 上升到 15 估计 2010 年 2015 年电动自行车领域动 力锂电池的需求 数据显示 随着电动自行车需求量总量增长和锂离子电池渗透率的增长 2010 年到 2015 年电动自行车的需求年复合增长率将达到 68 左右 图表 15 2010 年 2015 年电动自行车行业动力锂电池需求预测 单位 GWH 20102011E2012E2013E2014E2015E 电动车产量 万辆 2594 403397 403907 194493 275167 265942 35 锂电渗透率3 4 38 6 41 9 37 13 69 20 锂电需求量 GWH 0 400 671 131 893 185 35 2 5 其他行业对锂电池需求将会稳步增长其他行业对锂电池需求将会稳步增长 由于锂离子电池具有很强的优势 也广泛用于电动工具 数码相机 游戏机 便携式 摄像机等行业的电池 除了民用外 美国部分登月 雷达 探险等军用仪器也使用锂离子 电池作为二次电池 目前 锂离子电池的应用将会随着电子设备的普及而被更广泛的使用 18 日本锂电池专业研究机构 IIT 对锂离子电池在游戏机 电动工具 数码相机 音乐播放器 等领域需求进行预测 数据显示 未来这些领域对小型锂电池需求年复合增长率有望达到 11 8 左右 图表 16全球 2009 年 2015 年其他行业锂电池需求预测 单位 MWH 3 77 4 05 4 30 5 03 5 82 6 59 20102011E2012E2013E2014E2015E 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 电动工具 数码相机 便携式摄像机 音乐播放器 游戏机 其他 来源 IIT 整理 2 6 未来锂离子电池的需求有望呈现爆发增长未来锂离子电池的需求有望呈现爆发增长 上文数据显示 手机 Mobile PC 领域等传统便携式电子领域对小型锂离子电池需求 未来仍将持续增长 电动汽车需求增长将揭开动力锂电池需求新篇章 因此 锂离子电池 的需求有望呈现爆发增长 通过对锂离子电池下游各领域需求汇总分析 2010 年 2015 年 锂离子电池需求年复合增长率将达到 44 2015 年锂离子的需求有望达到 117 95GWH 将 是 2010 年锂离子电池需求的 6 倍左右 19 图表 17全球 2010 年 2015 年各领域锂离子电池需求预测 单位 GWH 19 00 25 85 36 90 60 00 89 67 117 95 20102011E2012E2013E2014E2015E 0 00 20 00 40 00 60 00 80 00 100 00 120 00 140 00 手机电池 pc机 电动自行车 新能源汽车 其他行业 三 锂离子电池需求量急剧膨胀 正极材料市场迎来发展良机三 锂离子电池需求量急剧膨胀 正极材料市场迎来发展良机 3 1 正极材料的需求随锂电池的需求增长而增长正极材料的需求随锂电池的需求增长而增长 锂离子电池的电化学性能主要取决于所用电极材料和电解质材料的结构和性能 尤其 是电极材料的选择和质量 锂离子电池也主要由正极 负极 电解液 隔膜组成 锂离子 电池正极采用锂和过渡金属 钴 镍 锰等 的化合物 负极采用石墨或其他类似结构物 质 正极材料作为锂离子电池的核心部分之一 历来是人们研发的重点 提高正极材料的 性能是提高锂离子电池性能的关键 正极材料在电池运作中提供锂离子 材料性能对动力 锂电池安全性 循环寿命等的影响极大 正极材料约占锂电池制造成本的 30 40 是决定 锂离子电池安全 性能 成本和寿命的关键材料 目前已批量应用于锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂 锰酸锂 钴镍锰酸锂三元材 料以及磷酸亚铁锂 根据正极材料的比容量和电压 可以估算每 GWH 的正极材料所消耗的 正极材料吨数 以钴酸锂电池为例子 一般水平来说 钴酸锂实际比容量约为 145mAh g 按照首次效率 90 计算 那么每 GWH 的钴酸锂消耗 2071 03 吨左右的钴酸锂材料 下图表按照不同锂离子电池正极材料的实际比容量 电压 以首次效率 90 来计算各 主流正极材料的单耗 可以了解每 GWH 的锂离子电池所需要多少吨的正极材料 20 图表 18主流锂离子电池正极材料单耗 正极材料正极材料比容量 比容量 mAh g 电压 电压 V 正极材料单耗正极材料单耗 T GWH 钴酸锂1453 72071 03 三元材料1553 61792 11 锰酸锂1103 82657 78 磷酸亚铁锂1303 42513 33 锂离子电池正极材料市场分为手机 笔记本电脑 数码相机 数码摄像机等用途小型 锂离子电池正极材料市场和新能源电动汽车 电动工具 电动自行车等用途的动力锂电正 极材料市场 未来随着锂离子电池的需求增加 正极材料的需求也会增加 由上图标计算 的主流锂离子电池正极材料单耗 可以按照每 GWH 的锂离子电池需求正极材料为 2000 吨 保守估计 2010 2015 年正极材料的需求如下图表 数据显示 2015 年锂离子电池正极材料 需求是 2011 年的 4 5 倍 图表 19全球 2011 年 2015 年锂电池正极材料预测 单位 吨 51708 00 73792 00 120002 00 179338 00 235906 00 2011E2012E2013E2014E2015E 0 00 50000 00 100000 00 150000 00 200000 00 250000 00 3 2 多种锂离子电池正极材料的比较多种锂离子电池正极材料的比较 13 14 15 正极材料是锂的过渡金属化合物 目前已经投入应用的钴酸锂 锰酸锂 钴镍锰三元 材料和磷酸亚铁锂几种正极材料性质有所不同 其性能比较归纳如下图表 21 图表 20主要正极材料比较 来源 中银国际研究 钴酸锂最早实现商业化应用 技术发展至今已经比较成熟 并已广泛应用在小型电池 的便携式电子产品上 如手机 笔记本电脑 数码电子产品等 从行业生命周期看 钴酸 锂市场经过近几年的高速发展 即将进入稳定期 目前 钴酸锂占领锂离子电池正极材料 的半壁江山 但其无法适用在大电流 高电压 高扭力以及要耐受穿刺 冲撞和高温 低温 等条件的特殊环境 更因无法满足安全要求而不适用于动力电池 同时价格较高的稀有金 属钴含量价高 成本较高 随着新能源汽车的发展 正在寻找替代钴酸锂正极材料满足动 力锂电池需求 锰酸锂主要作为钴酸锂的替代产品 优点是锰资源丰富 价格便宜 安全性高 但由 于锰的溶解导致高温性能和循环性能不佳 这也是限制钴酸锂发展的主要原因 目前通过 掺杂等方法提高其性能 已经基本上能够满足其实际使用 但其循环寿命衰减较快 容易 发生鼓胀 寿命相对短 主要用于大中型号电芯 动力电池方面 商业化程度适中 在小 型电池应用比例较稳定 随着新能源汽车的发展 其低成本 高功率高安全性的优势将在 动力锂电池方面发挥 三元材料则是指镍钴锰或镍钴铝三元复合正极材料前驱体产品 最常见的是镍盐 钴 盐 锰盐为原料 镍钴锰的比例可以根据实际需要调整 三元材料融合了镍钴锰三种材料的 优点 具有高能量 高功率 高安全性特点 目前商业化的镍钴锰三元材料有三种 即 LiNi1 3Co1 3Mn1 3O2 LiNi0 4Co0 2Mn0 4O2 和 LiNi0 5Co0 2Mn0 3O2 也就是常说 22 333 424 和 523 其中 LiNi1 3Co1 3Mn1 3O2 运用的最多 三元材料可用于小型锂电池及动 力电池 尽管目前其市场份额有限 但其发展势头明显 目前 能量密度三元材料做正极 的电池相对于钴酸锂电池安全性高 但是平台太低 用在手机上 手机截止电压一般在 3 4V 左右 会有明显的容量不足的感觉 目前在一些低端的便携设备已经有在用三元材料 的电池了 日韩等企业通过技术改进 已经使其比较接近钴酸锂的电压平台 与磷酸铁锂 电池 钴酸锂电池等相比 三元材料锂电池有很多优势 是比较适合的新能源汽车电池的 磷酸亚铁锂是被认为另一个用于动力电池的正极材料 具有高稳定性 安全性 现已 成为国内外各企业竞相研究的热点 但是 磷酸铁锂的性能缺陷很难解决 主要集中在 磷酸铁锂产品一致性 低温性能 高倍率放电性能上 还有能量密度等问题 16 很多技 术难题未解决 少数专利技术被美国等部分企业垄断 目前商业化程度比较低 锂动力电池正极材料的成本 放电功率 高温性能 循环寿命 安全性等性能决定锂 电池正极材料的发展 图表 21几种主要正极材料各项性能比较 来源 平安证券研究所 3 3 小型电池对正极材料的需求小型电池对正极材料的需求 手机电池 笔记本电池等小型电池 需要高功率 高能量的锂离子电池 对于电池材 料的成本价格不太敏感 钴酸锂是目前商业化程度最高的正极材料 短期内依然是国内小 型锂电领域受欢迎的正极材料之一 未来随着技术的改进 三元材料相对钴酸锂具有比价 优势和更高的安全性 三元材料最有可能在小型电池领域成为替代钴酸锂的正极材料之一 23 未来小型锂离子电池正极材料领域将是钴酸锂 三元材料和其他材料的并存 图表 22世界范围内 2007 年 2011 年各种正极材料市场份额 来源 电池人才网 目前 新能源汽车动力锂电池占锂电池总需求量还比较小 目前锂离子电池的消费主 要表现在便携式电子产品对小型锂离子电池的消费上 因此 上图表 2007 年 2011 年各正 极材料的市场份额的变化基本上可以代表小型锂离子电池领域正极材料市场份额 从数据 可以看出 2009 年到 2011 年钴酸锂 三元材料的市场份额变化的年复合增长率分别为 5 47 和 9 60 可以看出钴酸锂市场份额以每年 5 47 的速度缩小 而三元材料份额则以 每年以 9 6 的速度扩大 图表 23全球 2008 年 2015 年小型锂电池正极材料市场份额预测 2008 2009 2010 2011 2012E 2013E 2014E 2015E 0 00 Re30 0 00 0 00 Re9 0 00 0 00 Re19 0 00 0 00 Re29 0 00 0 00 Re8 0 00 0 00 Re18 0 00 0 00 Re28 0 00 0 00 Re10 0 00 0 00 Re20 0 00 钴酸锂市场份额 三元材料市场份额 锰酸锂市场份额 其他材料市场份额 手机 Mobile PC 等传统领域小型锂离子电池需求将持续增长 必将带动小型电池锂 离子电池正极材料的增长 24 图表 24全球 2010 年 2015 年小型锂电池需求预测 单位 GWH 18 33 22 8 27 49 32 41 38 18 44 22 2010年2011E2012E2013E2014E2015E 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 手机领域 Mobile PC领域 其他行业 根据每 GWH 的锂电池需求正极材料为 2000 吨计算和小型锂离子电池正极材料份额 可以预测 2010 年 2015 年小型锂离子电池对正极材料的需求 图表 25全球 2010 年 2015 年小型锂电池正极材料需求预测 单位 吨 36660 45600 54980 64820 76360 88440 20102011E2012E2013E2014E2015E 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 钴酸锂 三元材料 锰酸锂 其他正极材料 3 4 动力锂电池对正极材料的需求动力锂电池对正极材料的需求 目前 动力锂电池正极材料商业化程度较低 争议也较大 主要的生产动力锂正极材 25 料的企业对正极材料的研究方向也不相同 欧美和中国主要目标放在磷酸铁锂方向 而日 韩更看重锰系材料和三元系材料 目前 国际上在磷酸亚铁锂领域的领先企业主要有 3 家 分别是美国的 A123 加拿大的 Phostech 以及美国的 Valence 掌握着较为成熟的量产技术 17 由于专利的垄断 日本 韩国一些知名电池厂商已经从 2010 年开始全面使用三元材料 可以看出未来动力锂电池正极材料市场将是三元材料 锰酸锂 磷酸亚铁锂三分天下 图表 26全球主流的新能源汽车动力锂正极材料 来源 Roskill Rockwood 湘财证券 根据各主要新能源汽车生产商动力锂正极材料研究方向和生产能力 可以预测未来几 年主要动力锂正极材料的市场份额 而根据日本株式会社的预测 未来 10 年 EV 动力电池 的各种正极材料体系中 锰酸锂 LMO 所占份额在 50 左右高居首位 磷酸铁锂 LFP 约占 20 居第二位 三元材料约占 15 20 18 日本的 IIT 也对 2010 2018 动力锂正极材 料市场份额进行了估计 未来三元材料 锰酸锂 磷酸亚铁锂的正极材料的市场份额分别 将稳定在 18 47 和 35 左右 26 图表 27全球 2009 年 2018 年动力锂电池正极材料市场份额预测 来源 ITT 下图表预测 2010 2015 年动力锂电池正极材料的需求 可以看出 新能源汽车动力锂 电池未来需求增速飞快 图表 28 全球 2010 年 2015 年动力锂电池需求预测 单位 GWH 0 67 3 06 9 41 27 6 51 49 73 74 20102011E2012E2013E2014E2015E 0 10 20 30 40 50 60 70 80 电动自行车 新能源汽车 每 GWH 锂离子电池需求正极材料为 2000 吨和动力锂离子电池正极材料份额 可以预 测 2010 年 2015 年动力锂离子电池对正极材料的需求 27 图表 29全球 2010 年 2015 年小型锂电池正极材料需求预测 单位 吨 38000 51720 73800 120020 179340 235920 2010年2011E2012E2013E2014E2015E 0 50000 1000