全球锂离子电池材料市场分析及产业现状

全球锂离子电池材料市场分析及产业现状第一电动月刊 洪亮 张翠翠 2011-09-14 阅读次数:80一、全球锂离子电池材料市场分析化石能源短缺、环境污染、气候变暖已成为全人类共同面临的课题。我国70%的石油用于汽车，城市空气污染物50%来自汽车， 原油对外依存度已超过50%。而发展新能源汽车，是摆脱对石油等化石能源的依赖、保护生态环境和保障国家能源安全的战略需要。电动汽车是新能源汽车发展的重点，动力电池又是电动汽车的核心部件。新能源汽车的发展为我国动力电池产业发展开辟了更加广阔的空间，锂离子电池又是最具发展潜力的电动汽车车载电源，是今后各国发展的重中之重，锂离子电池材料产业由此将在近些年里取得突飞猛进地发展。(一)全球锂离子电池及材料需求分析锂离子电池材料的需求量可通过锂离子电池的生产和消费情况进行分析。自上世纪九十年代以来，锂离子电池的应用范围越来越广，如手机、笔记本电脑等便携式电子产品，电动自行车及电动汽车等领域。而在未来几年，锂离子电池必将以其自身优异的特性逐步占领整个电池市场。如图1所示，锂离子电池在各个应用领域的应用将迅猛增长，其中全球锂离子电池的总需求规模在2009年已达到13.08GWh，2015年预计将达到60.83GWh，是2009年的4.65倍。图1 锂离子电池在各个应用领域的应用增长预测资料来源：电池人才网1、便携设备用小型锂离子电池需求分析锂电池在便携式电子产品领域，如笔记本电脑、手机、数码相机和数码摄像机等产品中得到广泛应用，其中在笔记本电脑和手机中的使用量最大。据电池人才网锂离子电池产业运行动态及投资前景指引报告的统计数据显示，全球手机用户数量以15%-25%左右的速度在增加，从而带动全球手机用锂离子电池的需求逐年增加(图2)，锂离子电池相关材料的需求也将随着手机市场的扩张而扩张。同样，50%-70%的电池都采用锂电的笔记本电脑的发展，也将带动锂离子电池材料市场的扩张，其2006年到2015年的增长趋势如图3所示。图2 全球手机用户数带动锂离子电池需求增长情况图3 全球笔记本需求增长带动锂离子电池需求增长情况资料来源：电池人才网2、电动自行车用锂离子电池需求分析目前，我国电动自行车的数量占全球电动自行车总量的95%以上。2008年前，我国电动自行车产量增长较快，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。图4 我国电动自行车产量增长情况预测资料来源：锂离子电池产业运行动态及投资前景指引报告由于价格因素，国内电动自行车90%采用铅酸电池，8%采用镍氢电池，锂离子及其它电池只有2%左右。但基于锂离子电池质量轻、能量大、电压高、循环稳定性好等各种优点，并考虑到电池的寿命长短、行驶距离和美观性等因素以及规模化应用会导致成本不断下降的事实，锂离子电池在上述电动自行车领域的用量定将会大幅度增长，下图为电动自行车领域对锂离子电池的需求预测。图5 电动自行车带动锂离子电池需求增长情况资料来源：电池人才网3、新能源汽车锂离子电池需求分析目前，电动汽车主要采用镍氢电池作为动力源，而锂离子电池电动汽车的份额仍然较小(表1)。但随着政策的推进，从2010年开始汽车制造商就已开始大幅提高锂离子电池作为动力源的比例。2010到2013年为锂离子电池电动汽车的快速成长期，电池人才网统计数据显示，电动汽车将于2013年达到226万辆，2013 之后将进入稳步发展阶段，2015 年达到近371 万辆。其中，锂离子电池电动汽车的发展也将稳步向前，进而带动锂离子电池材料的稳步发展。如图6所示，新能源汽车领域锂离子电池需求量将由2009年的0.25GWh爆发式增长至2015年的35.73GWh 。而新能源汽车领域锂离子电池占整个锂离子电池领域也由2009年的1.88%快速跃升至2015年的58.74%。厂商车型（类型）电池比亚迪F3DM（PHEV）铁锂电池上海通用君越ECO-Hybird（HEV）镍氢电池长安汽车杰勋（HEV）镍氢电池丰田汽车普锐斯（HEV）镍氢电池一汽股份奔腾HEV（HEV）镍氢电池奇瑞汽车奇瑞A5BSG（HEV）镍氢电池华晨汽车中华尊驰HEV（HEV）镍氢电池表1 主要电动汽车厂商所用动力电池情况资料来源：德意志银行，华创证券研究所图6 电动汽车需求带动锂离子电池需求增长的情况资料来源：电池人才网4、锂离子电池材料需求分析锂离子电池材料主要包括锂正极材料、负极材料、电解液及隔膜。而锂离子电池的锂源主要分为碳酸锂和六氟磷酸锂电解质。据电池人才网预测，每GWh容量的锂离子电池将需要1000吨碳酸锂、2000吨正极材料、300吨六氟磷酸锂、3000吨电解液及50万平方米隔膜。因此在2015年，碳酸锂的市场需求将达到6.08万吨，正极材料达到12.17万吨，六氟磷酸锂达到1.82万吨，电解液达到18.25万吨及隔膜达到30.41百万平方米。可见电池材料的需求量较大。其中，新能源汽车用锂离子电池材料为主要需求点(图7)。图7 2010年、2015年电池材料的需求量预测(左)，2015年新能源汽车锂电池材料需求量(右)资料来源：电池人才网(二)锂离子电池材料销售现状从电池人才网的统计数据可知，在2009年全球锂离子电池材料销售值较2008年增长了16%，达到了33.9亿美元。其中正极材料达18.1亿美元，负极材料达2.66亿美元，电解液达4.79亿美元，隔膜达6.24亿美元(图8)。这表明正极材料的产业规模是电池材料中规模最大的一部分，因此锂离子电池产业的发展将受制于正极材料产业的发展速度。图8 2009年全球各类电池材料的销售值资料来源：电池人才网(三)锂离子电池材料成本效益分析锂离子电池的制造成本中，正极材料占比最高，将近一半(40%-46%)。其次为隔膜，占比10%-14%，负极材料占整个生产成本的5-15%，电解液占5%-11%。因此，正极材料是影响锂离子电池性能好坏的关键，其价格的降低直接决定锂离子电池价格的降低，其种类和质量直接决定锂离子电池的性能与价格，因此廉价、高性能正极材料的研究一直是锂电池行业发展的重点。另外，各组成部分的投资回报率也高低不一，其中正极材料的投资回报率最低，维持在17%的水平，而隔膜制造的投资回报率最高，将近70%。这表明正极材料的市场竞争最大，因此大力改善产业化技术，降低生产成本是正极材料发展的必然选择，而隔膜领域受到技术难题的约束使得隔膜企业竞争力相对较小，毛利率较高，且在近几年呈现逐年上升的趋势(图9)。图9 2003年至2009年各组成部分投资回报率的变化情况数据来源：平安证券研究所二、锂离子电池材料产业现状全球锂离子电池市场呈现中、日、韩三足鼎立的局面。日本是最早实现锂电池商用化的国家，在2000年以前，全球锂电的生产基本被日本垄断。但随着中国、韩国锂电池制造技术的开发和提升，日本锂电池出货量的比例在逐渐降低，而中国和韩国锂电池出货量的比例在逐渐增加。如下表统计数据显示，从2002年到2008年中国和韩国的锂离子电池市场占有率逐年增加，而日本的市场份额也因此逐年减少(表2)。国家2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年日本65.28%61.82%57.67%58.01%54.39%51.40%49.97%中国11.24%12.62%19.10%19.52%22.95%23.03%23.17%韩国10.67%12.17%16.20%17.39%18.40%21.32%22.08%其他12.81%13.39%7.02%5.08%4.26%4.25%4.78%表2 2002年到2008年中韩日的锂离子电池市场占有率变化情况资料来源：电池人才网在电池材料方面，生产和销售在2009年仍然集中在亚洲，其中日本为最主要的锂离子电池材料生产与销售大国，虽然日本国内因生产成本高涨之故，锂离子电池的制造出口处于逐年下降的状态，但至今全球仍有近67%的锂电池材料在日本生产，中国与其他亚洲地区占19%与14%。至于在销售区域分布上，由于下游的电池大厂仍以日本企业为多，日本在销售区域的占比仍较高，中国由于近年来锂离子电池产业发展较快，销售比率逐年上升。中国企业发展迅速，但从综合技术实力来看，日、韩企业仍处于领先地位，中国落后日本大约2-3 年时间，大而不强，具有较大提升空间。(一)正极材料产业现状从全球范围看，虽然近年韩国与中国大陆厂商积极投入正极材料的制造，但其材料品质仍未普遍获得业界电池厂商的信赖，因而日商仍是全球锂离子电池正极材料的主要供应来源，短期内其领导地位不易被撼动。当前市场主流正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、三元材料(镍钴锰酸锂)和磷酸铁锂。在动力电池领域，锰酸锂和磷酸铁锂是最有前途的正极材料。二者相对钴酸锂具有更强的价格优势，且有着优秀的热稳定性和安全性。但在不同国家仍各有侧重，如日本以锰酸锂为主，日商的锰酸锂具有高安全性、低制造成本的特点，在车载环境下寿命高达12 年、10 万公里，与纯电动汽车的整车寿命相当，日产聆风(Leaf)、三菱i-MiEV 都使用锰酸锂电池;美国则同时发展锰酸锂和磷酸铁锂，通用沃蓝达(volt) 就采用LG 提供的锰酸锂电池，而fisker 公司的产品则使用A123 的高性能磷酸铁锂电池;我国目前以比亚迪为首的企业主推磷酸铁锂电池，其技术处于国际先进水平，安全性、一致性、电池寿命等问题基本解决，应用新能源车型包括F3、e6 等。在通讯电池领域，三元素复合材料最有可能成为替代钴酸锂的正极材料。三元素相对钴酸锂具有价格优势和更高的安全性，且容量更高。因此，各类正极材料的市场占有率随着发展趋势的变化而变化，其中锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂正极材料的市场份额在逐渐增加，而钴酸锂则逐渐被以上三种材料替代，如图10所示。图10 各类正极材料市场占有变化情况(2007-2011年)资料来源：电池人才网目前，国内外生产正极材料的主要厂商如下表所示表3 国内外正极材料主要生产厂商正极材料厂家钴酸锂锰酸锂三元正极材料磷酸铁锂国内当升科技、湖南瑞翔、湖南杉杉、北大先行、中信国安、博杰、西安荣华中信国安、中国宝安、新乡八化、湖南杉杉、当升科技、云南汇龙、深圳源源科技、青岛干运中国宝安、北大先行、新乡八化、当升科技、深圳天骄、余姚金和、河南科隆、浙江三高天津斯特兰、北大先行、苏州恒正、合肥国轩、新乡八化、中国宝安资料来源：第一电动网国外：优美科、OMG、FMC、NIC、SEIMEI、NICHIA三洋公司、日本电气、新神户电机3M、SEIMEI、NICHIA、OMG、LGValance、A123根据2009年统计数据(图11)显示，全球市场份额领先企业主要有比利时优美科、日本日亚化学和日本户田工业，其市场占有率分别为30%、22%和5%。图11 正极材料全球领先企业及其市场份额资料来源：工研院IEKITIS 设计(2010/03)在国内，按企业年产量划分，钴酸锂正极材料领先企业为当升科技，锰酸锂正极材料为中信国安，三元正极材料为中国宝安，磷酸铁锂为天津斯特兰企业(图12)。图12 各大正极材料厂商年产量对比资料来源：平安证券研究所(二)负极材料产业现状与正极材料相比，负极材料占锂离子电池成本比重较低，在国内已几乎全部实现产业化。目前，国内负极材料产能也较大，基本能满足国内市场的需求。但随着新能源汽车的逐步普及，未来负极材料的市场需求将出现巨大缺口。市场上主要的负极材料包括乙炔黑、人造石墨、碳微珠、合金和天然石墨，其中以天然石墨和人工石墨的市场占有率最高，分别为52%和38%(图13)。图13 市场上的主流负极材料及其市场份额数据来源：IIT，平安证券目前在国内，负极材料领先企业主要包括深圳贝特瑞、上海杉杉和长沙海容。而在全球范围内，负极材料的市场份额主要集中在日本日立、日本精工碳素、JFE日本钢铁、三菱、中国宝安-贝特瑞、杉杉股份6大厂家。图14为六大负极材料厂商的市场份额占比。图14 负极材料全球领先企业及其市场份额数据来源：IIT、平安证券2010年研究报告(三)电解液产业现状锂离子电池电解液占锂离子电池成本12%左右，毛利率约为30%-40%，是锂离子电池产业链中盈利能力较强的环节之一。目前，全球锂离子电池电解液的供应商同锂离子电池的全球格局一样，主要集中在中、日、韩三国。日本及韩国的主要厂商包括日本宇部兴产、三菱化学、富山药品工业及韩国三星(韩国第一毛纺会社)，主要供应日本、韩国本土企业和部分在华日资、韩资企业，其各自市场占有率如图15所示。图15 电解液领域全球领先企业及其市场份额资料来源：IIT，平安证券研究所2010年研究报告而在国内，供应商主要有江苏华荣化工、深圳新宙邦、天津金牛、东莞杉杉等公司，主要供应国内市场，其各自产能如图16所示。图16 国内主要电解液厂商及其产能资料来源：东北证券2010年研究报告此外，六氟磷酸锂(LiPF6)作为电解液的主要原材料，占电解液总成本的50%左右，目前售价超过30万元/吨，毛利率超过60%，为锂离子电池产业链中盈利能力最高的环节之一。但因其生产技术难度非常高，目前主要被关东电化学工业、SUTERAKEMIFA、森田化学等日本企业垄断。天津金牛是目前国内唯一一家拥有六氟磷酸锂生产技术并实现产业化的公司，但基本自用，对外出售的只是电解液。多氟多在多年的无机氟化盐(主要是冰晶石和氟化铝等铝用氟化盐)的技术和经验基础上，目前正在进入六氟磷酸锂领域，该公司2吨/年六氟磷酸锂中试装置已经建成，中试产品质量达到国际水平;2010年下半年，公司200吨/年的六氟磷酸锂生产线已建成，未来计划扩产到2200吨/年，届时将成为国内最大的六氟磷酸锂供应商。 国内外主要六氟磷酸锂企业的产能具体如下表所示。公司名称产能（吨/年）厂址备注STELLA化成株式会社1000日本主要供给韩国ECOPEO（第一毛织城）关东电化工业株式会社950日本主要供给宇部公司森田化学工业株式会社960日本主要供给给三菱化学森田化工（张家港）有限公司720张家港其中300吨供给江苏国泰韩国慰山100韩国2010年扩产到350吨/年，主要供给三星电子台塑200高雄目前月产量10吨左右天津金牛250天津自用，未来计划扩产到400吨/年江苏国泰300（规划）张家港尚未完成中试多氟多2200（规划）河南2010年下半年，200吨/年的六氟磷酸锂生产线也将建设完毕，未来计划扩产到2200吨/年表4 电解质六氟磷酸锂厂商及其产能资料来源：东北证券2010年研究报告(四)隔膜产业现状目前，全球锂离子电池隔膜的市场规模约为3.5亿平方米，由于技术门槛较高，世界上只有日本、美国等少数几个国家拥有锂电池聚合物隔膜的生产技术和相应的规模化产业。世界隔膜的主要生产企业有日本旭化成工业(Asahi)、东燃化学(Tonen)、宇部兴产UBE;韩国的SK;美国的Celgard等，合计占据了全球市场份额的77%。图17 隔膜领域全球领先企业及其市场份额资料来源：IIT，平安证券研究在我国，生产电池隔膜的技术和国外还存在较大差距，国内所需的隔膜80%仍需进口，现有生产设备为低成本的单层聚烯烃拉伸隔膜生产线，主要供应中、低端市场，主要的隔膜生产企业深圳市星源材质科技股份有限公司、佛塑集团的金辉高科、河南新乡市格瑞恩新能源等已可提供小型锂离子电池用隔膜，价格只有进口隔膜的1/31/2，供货周期也相对短些，但与美、日产品相比，还存在质量均匀性和稳定性问题，且均在动力电池隔膜的生产能力上偏弱。国内外主要隔膜企业的产能和生产工艺情况如下表所示。企业名称产能（万平方米）工艺备注日本旭化成8400湿法50%以上供应三洋美国Celgard7000干法下游客户MBI和比亚迪东燃化学Yonen6800湿法下游客户Sony，SDI，LGC日本宇部UBE2200干法SK1500湿法美国Entek Membrans1100湿法日本往友Sumitomo300湿法河南新乡格瑞恩1500干法技术来源：中科院化学所佛塑金辉高科1200，正扩产4500湿法新时科技600干法技术来源：中科院化学所表5 国内外主要隔膜企业的产能和生产工艺资料来源：东北证券2010年研究报告本报告节选自锂离子电池材料行业基础研究报告，版权归第一电动研究院所有。锂离子电池材料行业基础研究报告全文目录如下，如果需要，请您致电第一电动研究院洽谈购买。联系电话：010-转801。( 编辑/李艳娇 )美发明生物能源电池 薄如纸片可液体发电赛迪网 综合报道 2011-09-14 阅读次数:149近日，伦斯勒理工学院的科学家们宣告，他们研制出了一种可以用体液中的电解质发电的“体液电池”。这标志着我们离“生物能源电池”真正问世又近了一步。科学家们希望“生物能源电池”能够靠体液或者其它人体排泄的有机化合物来发电