锂离子电池行业面临的机遇与挑战

锂离子电池行业面临的机遇与挑战

锂离子电池行业面临的机遇与挑战（一）国家政策大力支持锂离子电池行业发展我国锂离子电池行业已逐步实现从无到有、由弱到强的转变。近年来，国家陆续出台多项对锂离子电池行业的鼓励支持政策，对行业规模的进一步扩大起到了极为重要的推动作用。《电子信息产业调整和振兴规划》中提出，要提高新型锂离子电池、薄膜太阳能电池等产品的研发生产能力，初步形成完整配套、相互支撑的电子元器件产业体系，并于2014年将锂离子电池材料作为电子核心基础工业中关键电子材料列入《国家重点新产品计划支持领域（2014年）》。为贯彻落实国家十三五规划纲要和《中国制造2025》，工信部在2016年8月发布《轻工业发展规划（2016-2020年）》，指出要推动电池工业向绿色、安全、高性能、长寿命方向发展。加快锂离子电池高性能电极材料、电池隔膜、电解液、新型添加剂及先进系统集成技术。同年11月，工信部又印发了《锂离子电池综合标准化技术体系》，制定工作目标到2020年，锂离子电池标准的技术水平达到国际水平，初步形成科学合理、技术先进、协调配套的锂离子电池综合标准化技术体系。为加强锂离子电池行业管理，引导产业转型升级，推动锂离子电池产业健康发展，2019年1月工信部发布《锂离子电池行业规范条件（2018年本）》，指出鼓励企业加强顶层设计，促进自动化装备升级；鼓励企业积极开展智能制造，降低运营成本，缩短产品生产周期，提高生产效率，降低产品不良品率，提高能源利用率，推动自动化水平提高。国家相关部门对锂离子电池行业多项鼓励政策的发布，明确显示出国家对锂离子电池产业发展的肯定与支持，对行业快速发展、加速产业升级具有积极意义。（二）锂电池产业链不断完善在我国相关政策的大力扶持和下游消费需求有效支撑的作用下，我国锂离子电池产业经过十余年的发展和完善，不仅在电芯制造这一核心领域取得了长足的发展，而且已逐步建立起包含锂矿采选、材料供应、电芯及PACK、电池回收等各个环节的完整产业链，并且受益于我国锂离子电池行业生产规模的不断扩大，我国锂电产业链产值也在迅速提升。根据高工产研（GGII）数据显示，2018年我国锂电产业链产值已突破3，100亿元，同比增长13%。我国锂电生产设备的技术水平也在不断提升，据高工产研（GGII）统计，中国锂电设备的国产化率已经超过85%，尽管在部分高端设备产品上与国际一流水平还存在一定差距，但是已完全可以实现锂离子电池所有生产环节所用设备的国产化供应，中国企业已具备提供整条锂离子电池生产线的能力，并且已有国内企业将生产设备供应至三星、索尼等企业的电池生产线。完整的产业链结构以及配套产业水平的提升将大幅减少我国锂电产业的设备进口量，降低成本，有利于产业的持续稳定健康发展，巩固我国在全球锂离子电池产业中的中心地位。（三）锂离子电池安全问题持续引发社会关注在锂离子电池问世初期，安全性是制约其大规模商业化的重要瓶颈之一。随着锂离子电池行业的不断发展和技术不断升级进步，锂离子电池的安全性能实现了大幅提升，但其安全隐患仍然不容忽视。从手机、笔记本电脑中的消费类锂离子电池，到新能源汽车中的动力锂离子电池，近年来关于锂离子电池的安全事故仍时有发生。根据新闻报道不完全统计，2020年我国新能源汽车发生起火等安全事故超过100起，与2019年不相上下。2021年4月，北京集美大红门25MWh直流光储充一体化电站发生起火爆炸事故，导致两名消防员牺牲。锂离子电池安全事故时有发生，这使得锂离子电池的安全问题持续引发社会关注。引发锂离子电池安全事故的原因主要有过充、不恰当使用等导致电池温度过高，受到外部猛烈的碰撞、挤压导致电解液外溢，电池内部短路导致起火，电池胀气、电解液外溢等。即便是在锂离子电池技术发展日趋成熟的今天，安全性能仍然是锂离子电池产业发展中最重要的议题。锂电池行业综述电池（Battery）指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。电池根据放电时内部反应分为化学电池、物理电池和生物电池。电池可根据是否可以充电分为一次电池和二次电池。一次电池也称原电池，是指电极反应不可逆，可连续或间歇放电，放电后不能充电复原的电池。主要包括锌锰电池、碱锰电池和锂一次电池等。二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池，主要包括铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池和锂离子电池，目前行业主流电池为锂离子电池。锂离子电池按照锂电池不同的组成成分、形状及其应用，可以从几个原则进行分类：电解质形态、正极材料、应用领域、外包装材料、形状。从外包装材料来分，目前锂离子电池主要方形、圆柱、软包三大类，其中方形和圆柱的外壳主要采用铝合金、不锈钢等硬壳。而软包的外壳则采用铝塑膜来制造：铝塑膜（ALF）是由铝箔、多种塑料和粘合剂（包括粘接性树脂）组成的复合材料：在软包电池中，单片电池组装后用铝塑膜密封，铝塑膜起保护内容物的作用；从应用领域来看，目前锂离子电池主要包括三种：消费电池、储能电池和动力电池。从锂离子电池生产工艺来看，锂电池生产分前端、终端和后端生产工艺，主要包括搅拌、涂布、分切、卷绕、注液、化成、分容等环节，其涉及搅拌机、模切机、卷绕机等一系列锂电设备。下游需求旺盛推动离子电池行业市场发展目前锂离子电池电解液行业的下游应用仍在不断丰富中。在动力电池应用领域，全球汽车电动化趋势愈发明朗，新能源汽车行业发展迅速，渗透率不断提升，带动动力电池装机量迅速提升。中国锂电池市场规模分析在国家各种支持政策的刺激下，我国新能源汽车产量快速增长，对动力锂离子电池的需求量将超过140亿瓦时左右，再加上电动自行车对锂离子电池的需求，2015年动力电池市场规模将超过250亿元，IT用锂离子电池市场约为640亿元，储能用锂离子电池市场为30亿元，2015年我国锂离子电池产品销售收入估计约920亿元，同比2014年增长28%以上。由于动力电池需求的快速扩大，导致碳酸锂、六氟磷酸锂等材料产能不足，从2015年第三季度开始，材料价格飞速上涨。电池产品涨价的呼声日益高涨。在国家各种支持政策的刺激下，我国新能源汽车产量快速增长，对动力锂离子电池的需求量将超过140亿瓦时左右，再加上电动自行车对锂离子电池的需求，2015年动力电池市场规模将超过250亿元，IT用锂离子电池市场约为640亿元，储能用锂离子电池市场为30亿元，预计2015年我国锂离子电池产品销售收入将超过920亿元，同比2014年将增长28%以上。由于动力电池需求的快速扩大，导致碳酸锂、六氟磷酸锂等材料产能不足，从2015年第三季度开始，材料价格飞速上涨。电池产品涨价的呼声日益高涨。锂离子电池自1991年由日本索尼首次商业化以来，市场规模从无到有，先后超越镍镉电池、镍氢电池等其他二次电池，发展成为仅次于铅酸电池的第二大二次电池产品。锂离子电池通过性能优势，和快速下滑的价格，市场规模逐步扩大，而需求增长直接导致行业产能扩张、制造成本下降，又反过来刺激市场需求进一步提升。锂电池需求重心正处于由消费类电子产品的小电池市场向电动交通工具的动力电池市场转移的发展阶段，同时工业和储能市场也开始启动。其中电动交通工具以电动汽车和电动自行车为代表，工业和储能市场主要以移动通信基站电源市场为代表。电动交通工具市场对锂电池的需求呈现出高速增长的态势，未来5年电动汽车市场对锂电池需求爆发。在电动自行车市场，随着性价比提升，锂电池已开始规模化替代铅酸电池，2014年电动自行车市场使用锂电池的新品占比在20%左右，据预测，2020年占比将达95%以上。电动汽车市场是未来5年锂电池市场规模增长的最大动力，2014年电动汽车对锂电池的需求量占锂电池总需求量的比重由2011年的6．6%迅速提升至16．7%，成为仅次于智能手机的锂电池第二大细分市场，据专家预测，2016年将以2071万kWh的需求量和22%的市场份额成为最大细分市场，2020年将以31．4%的市场份额超越整个消费类电子产品市场，届时需求总量将超过6200万kWh，CAGR约32%。移动通信网络由3G向4G甚至5G方向发展，要求在人口密集地区高密度建设大量小微型移动通信基站，锂电池成为此类基站电源的最佳选择，未来几年锂电池在基站电源市场的应用有望高速发展。同时，为降低电动汽车的售价，日产、特斯拉、通用汽车、三菱汽车、戴姆勒-奔驰、比亚迪等知名车企已纷纷尝试将车载电池扩产或回收二次利用，开发家庭储能市场，以降低车载电池的价格。锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，是二次电池技术中能量密度最高、综合性能最好的电池，其市场份额自诞生之日起便逐年提升。与其他充电电池相比，锂离子电池具有高能量密度、高电压、寿命长、无记忆效应等优点。锂离子电池已经占据了手机、笔记本电脑等消费电子类产品电池的主要市场，未来随着锂电生产工艺和电池性能的进一步提升，将占据储能电池、动力电池等领域的主要市场。2016年中国锂电池的产量达到78．42亿只，同比增长40%。各类锂离子电池的制造可统一分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段。极片制作工艺包括搅拌、涂布、辊压、分切、制片、极耳成型等工序，是锂离子电池制造的基础，对极片制造设备的性能、精度、稳定性、自动化水平和生产效能等有着很高的要求；电芯组装工艺主要包括卷绕或叠片、电芯预封装、注电解液等工序，对精度、效率、一致性要求很高；电芯激活检测工艺主要包括电芯化成、分容检测等；电池封装工艺包括对构成电池组的单体电池进行测试、分类、串并联组合，以及对组装后的电池组性能、可靠性测试。锂离子电池的生产工艺复杂，不同型号的锂离子电池的生产工艺不同，甚至同一型号但不同的电池生产商所用生产工艺也不同。国外企业单一设备精度高，价格昂贵。目前，日本和韩国的锂电设备居于世界领先地位，相对于国内研发起步早，设备精度高、自动化程度较高、性能优越、技术更加成熟，价格也相对价高。企业分工精细，基本上都是从事单一设备的研发制造，如国外生产锂电卷绕设备的企业主要有日本皆藤、CKD以及韩国的Koem；生产涂布设备的企业主要有东芝、富士、东丽、平野；生产分条设备的企业主要有日本的西村等。中国锂离子电池行业市场现状锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池按照应用领域分类可分为储能、动力和消费电池。储能电池涵盖通讯储能、电力储能、分布式能源系统等；动力电池主要应用于动力领域，服务的市场包括新能源汽车、电动叉车等；消费电池涵盖消费与工业领域，包括智能表计、智能安防、智能交通、物联网等。近年来3C产品对锂离子电池需求量的稳定增加，以及随着新能源汽车的不断发展和储能电池的需求扩大，我国锂离子电池产量规模也不断扩大。从容量规模来看，据工信部数据，2022年我国锂离子电池产量达750GWh，同比增长超过130%，其中储能型锂电产量突破100GWh；从数量规模来看，据国家统计局数据，2022年我国锂离子电池产量达239．28亿只。经过几十多年的发展，中国锂离子电池生产厂从最初的几家到现在的上百家，完成了数量的突破，中国成为全球最大的锂离子电池生产国和消费国。在政策、补贴的双重推动下，中国锂离子电池产业诞生出众多具有全球竞争力的企业。根据中国化学与物理电源行业协会按照营业收入（仅统计锂离子电芯及动力用、消费类产品用和储能用锂离子电池模组或系统）排序，前10家企业2021年营业收入为2787．80亿元。其中，宁德时代新能源科技以1051．15亿元营业收入位居第一，且远远超过其他企业。锂离子电池因其较小体积条件及优越的性能条件，是现代电子产品优先选择的储能电池种类，也是新能源汽车主要使用的动力电池。未来中国市场对电子产品的需求会保持相对稳定，再有新能源汽车市场需求的稳步增长，锂离子电池下游应用行业将带动行业发展。中国锂离子电池进出口现状从锂离子电池进出口贸易来看，我国是全球重要出口国，出口大于进口。据统计，2021年我国锂离子电池出口数量为34．3亿只，出口金额达到284．3亿美元。据工信部数据，2022年1-2月，我国锂电出口贸易稳步增长，全国出口总额达到357亿元。自2015年以来，我国锂电池出口均价持续提升。从2015年的4．3美元/个提升至2021年的8．3美元/个。从出口地区分布来看，目前，我国锂电池出口金额最高的地区是美国，2021年，出口至美国的锂离子电池金额为49．75亿美元，占总出口额的17．50%。德国、韩国、越南以及中国香港紧随其后，出口额占比分别为12．28%、10．56%、8．92%和8．01%。锂电池行业成本仍有下降空间降低成本是电动汽车对锂离子电池行业发展提出的另一需求。电动汽车的造价成本一般比传统燃油车高。而电动汽车中动力电池成本占比在40%左右，动力电池成本的降低对整车降本贡献最大。而且锂离子电池成本下降空间一直存在。自从大规模工业化应用以来，锂离子电池的制造成本呈现急速下降趋势。根据BloombergNEF数据，2019年全球动力锂离子电池包价格在156美元/kWh，预计到2024年降至93美元/kWh，到2030年进一步降至61美元/kWh。锂离子电池的失效分为性能失效与安全性失效。性能失效指锂电池容量衰减、循环寿命短、倍率性能差、一致性差、易自放电、高低温性能衰减等。安全性失效包括热失控、胀气、漏液、析锂、短路等。失效的内因较为复杂，电芯四大材料皆存在失效导火索。动力锂电池的失效直接影响电池的使用寿命与安全性。有效解决电池热失效问题主要方法为：1）使用阻燃添加剂防止有机电解液燃烧；2）开发不易燃的固态电解质。近年来，锂电池不仅广泛应用于新能源汽车、消费类电子产品、储能领域，而且受工业智能化、信息化、民用便利化以及互联网、物联网、智慧城市快速发展带动，应用场景日趋丰富、产品质量持续提升。根据高工产业研究院（GGII）统计数据显示，2021年中国锂离子电池产量达到324GWh，同比增长126．57%。同时，我国锂电池行业创新持续加速，高端产品供给能力不断提高，三元电池、磷酸铁锂电池等产品能量密度陆续取得突破，预计2022年中国锂离子电池产量将达到489GWh。从应用领域来看，我国锂电池主要分为动力型锂电池、消费型锂电池和储能型锂电池三大类，广泛应用于电动汽车、手机、笔记本电脑、电动自行车、电动工具、数码相机和储能等众多下游领域。根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年受新能源汽车发展带动，锂电池市场中动力型锂电池产量最大，为220GWh，占比达到68%。2021年，虽然全球经济依然受到了新冠疫情的负面影响，但一方面，国内新能源终端市场增长超预期，新能源汽车市场产量超过350万辆，同比增幅达到159．5%，带动国内动力电池出货量增长；另一方面，欧洲新能源汽车市场继续高增长，带动国内部分头部电池企业出口规模提升。因此，我国动力型锂电池产量呈高增长态势。根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年我国动力型锂电池产量达到220GWh，同比增长175．0%，预计2022年我国动力型锂电池产量将达到306GWh。在可穿戴设备、电子烟、无人机、服务机器人、电动工具等新兴市场快速增长背景下，消费型锂电池需求呈较快增长态势。根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年中国消费型锂电池产量达到72GWh。预计随着5G技术的进一步普及、应用场景的持续拓展，未来锂电池在消费相关领域将释放更大的市场空间，带来更多发展机遇，预计2022年我国消费型锂电池产量将达到122GWh。在风电、光伏装机量持续增长与5G基站建设加快的背景下，储能锂电池需求快速增长。2021年，在电力与通信储能市场推动的同时，加上全球化石能源价格上涨、储能参与电力市场收益性提升和国内新型储能示范项目快速上马等因素驱动，中国储能型锂电池需求继续保持高增长，根据高工产业研究院（GGII）数据显示，2021年国内储能电池出货量达到32GWh，预计2022年我国消费型锂电池产量将达到61GWh。锂离子电池行业中国市场从锂离子电池行业运行情况来看，2021年，我国锂离子电池行业以深化供给侧结构性改革为主线，加快提升产业链供应链现代化水平，全行业