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PAGEPAGE30摘要锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池。锂离子电池相对于传统的铅酸电池、应和绿色环保等突出优势。2010201544%。2015117.95GWH，20106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。虽然钴酸锂在电池行业正极材2002-201017%2010201516%。关键词：锂离子电池新能源汽车正极材料金属钴目录摘要 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锂离子电池简介 5常用的二次性能电池比较 6锂离子电池性能优越 7二、传统领域持续增长，电动汽车揭开锂电新篇章 8锂离子电池应用广泛 8便携式电子产品将带动小型锂离子电池需求稳步增长 9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平板电脑是MobilePC领域新的锂电池需求增长点 11新能源汽车推动动力锂电池时代的到来 12动力锂电池的发展是地球能源和环境的迫切需要 12世界各国大力支持新能源汽车的发展 13新能源汽车的需求将是动力锂电池发展的最大推动力 14电动自行车动力锂电池需求的一个亮点 16其他行业对锂电池需求将会稳步增长 17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正极材料的需求随锂电池的需求增长而增长 19多种锂离子电池正极材料的比较 20小型电池对正极材料的需求 22动力锂电池对正极材料的需求 24四、钴在锂电池行业需求将随着锂电池的需求而增长 27金属钴在锂电池行业应用简介 27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42010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72010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MobilePC领域出货量预计（单位：千万台） 12图表9全球2010年‐2015年MobilePC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142008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 23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) 24图表26全球主流的新能源汽车动力锂正极材料 25图表27全球2009年‐2018年动力锂电池正极材料市场份额预测 26图表28全球2010年‐2015年动力锂电池需求预测（单位：GWH） 26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) 27图表30全球2001年‐2010年锂离子电池行业钴需求（单位：吨） 27图表31全球2010年‐2015年钴在锂离子电池行业需求（单位：吨） 28图表32全球2002年‐2015年钴在锂离子电池行业需求（单位：吨） 29一、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简介锂电池（Lithiumbattery）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂离子的二次电池。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。图表1锂离子电池工作原理图来源:百度百科常用的二次性能电池比较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2005年12月31、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，但具有轻度记忆进步带来的替代威胁。、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1990子产品应用上迅速普及。、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，等温地按电化学原图表3四种商业化二次电池比较来源:投中集团研究部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]：3.6-3.9V，Ni-Cd、Ni-H3100-125Wh/kg和240-300WhL2NiC，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400Wh/L；5001000（如烧结式Ni-Cd的使用，但锂离子电池根本不存在这方面的问题。Li-ion110%左右，大大低Ni-Cd25-30%，Ni、MH30-35%。可快速充放电，1C80%以上。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。2090二、传统领域持续增长，电动汽车揭开锂电新篇章锂离子电池应用广泛MobilePC100%池的需求也将会增加。图表42010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10.8V4400mAh47Wh，HEV5kWh，BEV25kWh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电池容量（WH）动力锂电池电池容量（WH）手机3锂电池HEV5000平板电脑20锂电池PHEV10000笔记本45锂电池BEV25000电动自行车来源:电池人才网整理便携式电子产品将带动小型锂离子电池需求稳步增长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，20111636％，2015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]。ICInsights，2011—20148%，-2%，9%.据此可以预计20122015图表6全球2006年‐2015年手机出货量的增长率预计202019.0018出货量（亿部）增长率18.4617.2816.9345%161614.21435%121210.326%12.812.625%10864217%15%13%133%5%‐2% ‐2%0‐5%2006200720082009201020112012E2013E2014E2015E7%9%8%%来源:ICInsights整理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。6.005.545.705.185.004.805.084.264.003.846.005.545.705.185.004.805.084.264.003.843.783.002.001.000.0020082009201020112012E 2013E 2014E 2015EMobilePCPCMobilePCMobilePCMobilePCMobilePC也会上升。2010MobilePC2PCMobilePC高速增长。新兴经济体中，MobilePCDisplaySearch14%左右的增长率[5]。图表8全球2010年‐2015年MobilePC领域出货量预计（单位：千万台）100901009080706058.95050.403020100笔记本和上网本出货量（千万台）平板电脑出货量（千万台）42.35.28.15.420.927.12010 2011E2012E2013E2014E2015E5.6.4105222473来源:Gartner，东北证券30WH-90WH不等，最新的平板电脑苹果Ipd3MobilePC领域锂电池平均需求容量计算，20102015MobilePC领域锂电池的需求。350003192530000250002000015000139451000010300笔记本和上网本锂电池需求（MWH）350003192530000250002000015000139451000010300笔记本和上网本锂电池需求（MWH）平板电脑锂电池需求（MWH）500002010 2011E2012E2013E2014E2015E180102229526815新能源汽车推动动力锂电池时代的到来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30.6655%2009CO2世界各国大力支持新能源汽车的发展图表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2020年2010-20跃式发展、作大作强自主品牌的一次重大历史机遇[7]。[8][9]新能源汽车的需求将是动力锂电池发展的最大推动力（HEV（BEV（FCV、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(HybridElectricalVehicle)HEVPrius，268万辆。PHEV(Plug-inHybridElectricalVehicle)HEV5-15kWh（HEV是不可以的PHEVPlug-in为通用汽车的VoltVolt16kWh40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(BatteryElectricalVehicle)纯电动车，完全由电池作为动力驱动汽车，没有20kWhPlug-in，BEVPHEV2010，2010-2013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ＩＩＴ分析AESC,LGCSBL,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，2015653图表11全球2009年‐2015年新能源汽车产量预测（单位：千辆）700065337000653360005000400030002000ＨＥＶ－ＮＩＭＨＢＥＶ‐LIＰＨＥＶ‐LIＨＥＶ—LI100072985902009 2010 2011E2012E2013E2014E2015E1406244238405196来源:IITIIT2009-2015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200920102011E2012E2013E2014E2015EＨＥＶ－ＬＩ82013047199119092239ＰＨＥＶ－ＬＩ1222133299539711ＢＥＶ－ＬＩ399330192117082448ＴｏＴＡＬ1231245905221141565398来源:IIT2009-2015200%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）800007000080000700006838860000500004000030000ＢＥＶ—LIＨＥＶ—LI200001000002009 2010 2011E 2012E 2013E 2014E 2015E238927311282762570648314来源:IIT电动自行车动力锂电池需求的一个亮点2法来解决。因此，电动自行车是目前较为理想的选择之一。90%3%10下降，锂电池在上述领域的用量将会大幅度增长。90%以上[10]。200815-25%2954.411保守预201515%20156650图表142008年‐2015年电动自行车产量预测（单位：万辆）7000.005942.357000.005942.356000.005000.004000.003907.193397.562954.403000.002875.002500.002000.001000.000.00200820092010 2011E 2012E 2013E 2014E 2015E4493.275167.26来源:锂离子电池产业运行动态及投资前景指引报告整理20102015-9015％以上。[12]根据450Wh20153%2010—2015201568%左右。图表152010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其他行业对锂电池需求将会稳步增长IIT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）70006.5970006.5960005.8250005.034.3040003.774.05300020001000其他游戏机音乐播放器数码相机电动工具020102011E2012E2013E2014E2015E来源:IIT整理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、MobilePC领域等传统便携式电子领域对小型锂离子电池需求-201544%201520106图表17全球2010年‐2015年各领域锂离子电池需求预测（单位：GWH）140.00117.95140.00117.95120.00100.0080.0060.00其他行业新能源汽车电动自行车40.0036.9019.0025.85pc机手机电池0.0020102011E2012E2013E2014E2015E60.0089.67三、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30-40%，是决定锂离子电池安全、性能、成本和寿命的关键材料。GWH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，90%GWH2071.03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。图表18主流锂离子电池正极材料单耗正极材料比容量（mAh/g）电压（V）钴酸锂1453.72071.03三元材料1553.61792.11锰酸锂1103.82657.78磷酸亚铁锂1303.42513.33GWH20002010-2015，201520114.5图表19全球2011年‐2015年锂电池正极材料预测（单位：吨）250000.00235906.00250000.00235906.00200000.00179338.00150000.00120002.00100000.0073792.0051708.0050000.000.002011E2012E2013E2014E2015E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。图表20主要正极材料比较来源:中银国际研究池需求。池方面发挥。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LN13o3n/ON04o.n.O2N05o.n.O33,424523.LiNi1/3Co1/3Mn1/3O23.4V）会酸铁锂产品一致性、低温性能、高倍率放电性能上，还有能量密度等问题[[16]]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:平安证券研究所小型电池对正极材料的需求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2007-201120119.60%5.47%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20082009201020112012E2013E2014E2015E手机、MobilePC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。图表24全球2010年‐2015年小型锂电池需求预测（单位：GWH）50455045403530252015105044.2232.4122.818.33其他行业MobilePC手机领域2010年 2011E 2012E 2013E 2014E 2015E27.4938.18GWH20002010-2015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)900009000080000700006000050000400003000020000100000884406482036660其他正极材料锰酸锂三元材料钴酸锂2010 2011E 2012E 2013E 2014E 2015E456005498076360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料3A123Phostech[[17]]2010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10EV（LMO）50%（LFP）约占20%15-20%。[[18]]IIT2010-201818%，47%35%左右。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:ITT2010-2015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）8073.748073.747060504030新能源汽车电动自行车20109.41020102011E2012E2013E2014E2015E3.060.6727.651.49GWH2000-2015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)250000250000235920200000150000100000磷酸铁锂三元材料锰酸锂50000380005172002010年 2011E 2012E 2013E 2014E 2015E73800120020179340四、钴在锂电池行业需求将随着锂电池的需求而增长金属钴在锂电池行业应用简介60%左右[19]和三元材料，其他使用分别用在储氢合金、球镍等。201012000860440[20]200001500010000500002002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010302001年200001500010000500002002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010来源:Roskill整理未来金属钴在锂离子电池行业的需求增长有望延续三元材料在锂离子电池中应用前景广阔，钴酸锂仍是未来锂离子电池主要的正极材料之一。那么，金属钴仍然是锂离子电池正极材料重要的金属之一。金属钴在钴酸锂LiCoO2中的比重较大，约为钴酸锂的60.2%。在三元材料中，最常见的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O三元材料中金属钴的比重约占三元材料总重量的20.36%。可以预测全球2010年-2015年金属钴在锂离子电池行业需求。450004000035000300002500020000三元材料中钴需求预测钴酸锂中钴需求预测1500010000450004000035000300002500020000三元材料中钴需求预测钴酸